伺服电机的选型和计算
伺服马达的选用设计和转动惯量的计算
举例计算1
这种传动方式与前一种传动方式相同，选型时主要考虑负载 惯量的计算，计算公式也与前面相同。 总结：转动型负载主要考虑惯量计算。
1:R2
举例计算2
M
D
1:R1 已知：负载重量M=50kg，同步带轮直径D=120mm， 减速比R1=10，R2=2，负载与机台摩擦系数µ=0.6， 负载最高运动速度30m/min，负载从静止加速到最高 速度时间200ms，忽略各传送带轮重量，驱动这样的 负载最少需要多大功率电机？
举例计算3
3. 计算电机驱动负载所需要的扭矩 另一种计算所需加速扭矩的方法： TA= 2π* N * (JW + JB) / (60 * t1) / η
= 6.28 * 1500 * 0.014529 / 12 / 0.9 = 12.672 N.m 计算瞬时最大扭矩： 加速扭矩Ta = TA + Tf = 14.059 N.m 匀速扭矩Tb = Tf = 1.387 N.m 减速扭矩Tc = TA – Tf = 11.285 N.m 实效扭矩Trms = sqrt[(Ta2*t1 + Tb2*t2 + Tc2*t3) / (t1+t2+t3)]
举例计算3 1. 计算折算到电机轴上的负载惯量 重物折算到电机轴上的转动惯量JW = M * ( PB / 2π)2
= 200 * (2 / 6.28)2 = 20.29 kg.cm2 螺杆转动惯量JB = MB * DB2 / 8 = 40 * 25 / 8 = 125 kg.cm2 总负载惯量JL = JW + JB = 145.29 kg.cm2
F
r
θ
r sin 作用線
r F s i n F ( r s i n ) 力 量 力 臂
伺服电机选型计算
[伺服电机的基本三要素]1.转数n：根据客户的实际需求，可以选择不同功率的相同功率的电动机。
一般来说，速度越低，价格越便宜。
2.转矩T：必须满足实际需要，但不需要像步进电机那样留有太多余量。
3.惯量J：根据现场要求选择惯性不同的电动机，例如机床行业中惯性较大的伺服电动机。
[伺服电机功率的基本计算]输出功率P = 0.1047 * n * t其中，n是转速，t是扭矩。
旋转速度基本上是3000rpm。
扭矩T = R * m * 9.8其中R是轴半径，M是物体的重量。
[伺服电机功率选择要点]电动机的功率应根据生产机械所需的功率进行选择，以使电动机尽可能在额定负载下运行。
如果电动机功率太小，就会出现“拉小马车”的现象，这将导致电动机长期过载，并由于发热而损坏其绝缘。
甚至电动机也烧毁了。
如果电动机功率太大，就会出现“大马拉小车”的现象。
输出的机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率不高，不仅不利于用户和电网。
而且这是浪费功率。
伺服电机功率实际选择的计算方法1.为了正确选择电动机功率，必须进行以下计算或比较：功率P = f * V / 1000（P =计算的功率kW，f =所需的拉力N，v =工作机的线速度M / s）2.对于恒定负载连续运行模式，可以根据以下公式计算所需的电动机功率：P1（kw）：P = P / n1n2其中N1是生产机械的效率；N2是电动机的效率，即传动效率。
通过该公式计算出的功率P1不必与乘积功率相同。
因此，所选电动机的额定功率应等于或略大于计算的功率。
3.电机功率采用等级比法选择所谓的类比法是比较类似生产机械中使用的电动机的功率。
具体方法是：知道本机组或附近其他机组的类似生产机械中如何使用大功率电动机，然后选择具有类似功率的电动机进行试运行。
调试的目的是验证所选电动机是否与生产机械匹配。
验证方法是：使电动机带动生产机械运转，用钳形电流表测量电动机的工作电流，并将测量的电流与电动机铭牌上标出的额定电流进行比较。
伺服电机的选型和计算
电机的选择：（1）电机扭矩的计算 负载扭矩是由于驱动系统的摩擦力和切削力所引起的可用下式表达： FL M =π2式中 M-----电动机轴转距；F------使机械部件沿直线方向移动所需的力；L------电动机转一圈（2πrad ）时，机械移动的距离2πM 是电动机以扭矩M 转一圈时电动机所作的功，而FL 是以F 力机械移动L 距离时所需的机械功。
实际机床上，由于存在传动效率和摩擦系数因素，滚珠丝杠克服外部载荷P 做等速运动所需力矩，应按下式计算：z z M h h F M B spSPao P K 211122⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=ηππ M 1-----等速运动时的驱动力矩(N.mm)π2hF spao K---双螺母滚珠丝杠的预紧力矩(N.mm) Fao------预紧力(N),通常预紧力取最大轴向工作载荷Fm ax的1/3，即F ao =31F m ax当F m ax 难于计算时，可采用F ao =(0.1~0.12))(N C a ； C a -----滚珠丝杠副的额定载荷，产品样本中可查：hsp-----丝杠导程(mm)；K--------滚珠丝杠预紧力矩系数，取0.1~0.2；P---------加在丝杠轴向的外部载荷(N),W F P μ+=； F---------作用于丝杠轴向的切削力(N)； W--------法向载荷(N),P W W 11+=；W 1-----移动部件重力(N),包括最大承载重力；P 1-------有夹板夹持时（如主轴箱）的夹板夹持力；μ --------导轨摩擦系数，粘贴聚四氟乙烯板的滑动导轨副09.0=μ，有润滑条件时，05.0~03.0=μ，直线滚动导轨004.0~003.0=μ；η1-------滚珠丝杠的效率，取0.90~0.95；MB----支撑轴承的摩擦力矩，即叫启动力矩(N.m),可以从滚珠丝杠专用轴承样本中得到，见表2-6（这里注意，双支撑轴承有M B 之和的问题）z 1--------齿轮1的齿数 z2--------齿轮2的齿数最后按满足下式的条件选择伺服电机M M s ≤1Ms-----伺服电机的额定转距（2）惯量匹配计算 为使伺服进给系统的进给执行部件具有快速相应能力，必须选用加速能力大的电动机，亦即能够快速响应的电机（如采用大惯量伺服电机），但又不能盲目追求大惯量，否则由于不能从分发挥其加速能力，会不经济的。
伺服电机功率计算选型
连续工作速度 < 电机额定转速
7
举例计算1
已知：圆盘质量M=50kg，圆盘直径 D=500mm，圆盘最高转速60rpm， 请选择伺服电机及减速机。
8
举例计算1
计算圆盘转动惯量 JL = MD2/ 8 = 50 * 2500 / 8 = 15625 kg.cm2 假设减速机减速比1：R，则折算到伺服电机轴上 负载惯量为15625 / R2。
高速度时间200ms，忽略各传送带轮重量，驱动这
样的负载最少需要多大功率电机？
11
举例计算2
1. 计算折算到电机轴上的负载惯量 JL = M * D2 / 4 / R12 = 50 * 144 / 4 / 100 = 18 kg.cm2 按照负载惯量 < 3倍电机转子惯量JM的原则 JM > 6 kg.cm2
= 0.0125 * (1500 * 6.28 / 60 / 0.2) / 0.9 = 10.903 N.m 加速所需总转矩TA = TA1 + TA2 = 12.672 N.m
16
举例计算3
3. 计算电机驱动负载所需要的扭矩 另一种计算所需加速扭矩的方法： TA= 2π* N * (JW + JB) / (60 * t1) / η
14
举例计算3
1. 计算折算到电机轴上的负载惯量 重物折算到电机轴上的转动惯量JW = M * ( PB / 2π)2
= 200 * (2 / 6.28)2 = 20.29 kg.cm2 螺杆转动惯量JB = MB * DB2 / 8 = 40 * 25 / 8 = 125 kg.cm2 总负载惯量JL = JW + JB = 145.29 kg.cm2 2. 计算电机转速 电机所需转速 N = V / PB = 30 / 0.02 = 1500 rpm
伺服电机选型和编码器选型计算
伺服电机选型和编码器选型计算
摘要
本文介绍了如何进行伺服电机和编码器的选型计算。
通过以下步骤，您可以选择适合您应用需求的伺服电机和编码器组合。
1. 确定应用需求
首先，您需要确定您的应用的一些关键需求，例如输出动力、扭矩要求、速度要求等。
2. 计算负载参数
根据您的应用需求，计算系统的负载参数，例如惯性矩、负载扭矩等。
这些参数将帮助您选择合适的伺服电机。
3. 伺服电机选型计算
使用所得到的负载参数，结合电机性能曲线和应用需求，计算所需的伺服电机的额定功率和最大扭矩。
同时，考虑电机的尺寸和重量限制来选择合适的型号。
4. 编码器选型计算
对于伺服电机，选择适当的编码器也是重要的。
根据应用需求和所选电机的分辨率，计算编码器的分辨率、线数和精度等参数。
5. 选择合适的组合
最后，在满足应用需求的前提下，根据电机和编码器的参数进行选择，以确保系统性能达到预期。
6. 总结
选型计算是有效选择适合应用需求的伺服电机和编码器的重要步骤。
通过明确应用需求、计算负载参数、进行选型计算和选择合适的组合，您可以确保您的系统能够高效稳定地工作。
以上是关于伺服电机选型和编码器选型计算的简要指南。
希望对您有所帮助！。
伺服电机选型及负载转矩计算
伺服电机选型及负载转矩计算伺服电机选型及负载转矩计算惯量转矩计算机械制造商在选购电机时担心切削力不够，往往选择较大规格的马达，这不但会增加机床的制造成本，而且使之体积增大，结构布局不够紧凑。
本文以实例应用阐明了如何选择最佳规格电机的方法，以控制制造成本。
一、进给驱动伺服电机的选择1.原则上应该根据负载条件来选择伺服电机。
在电机轴上所有的负载有两种，即阻尼转矩和惯量负载。
这两种负载都要正确地计算，其值应满足下列条件: 1)当机床作空载运行时，在整个速度范围内，加在伺服电机轴上的负载转矩应在电机连续额定转矩范围内，即应在转矩速度特性曲线的连续工作区。
2)最大负载转矩，加载周期以及过载时间都在提供的特性曲线的准许范围以内。
3)电机在加速/减速过程中的转矩应在加减速区(或间断工作区)之内。
4)对要求频繁起，制动以及周期性变化的负载，必须检查它的在一个周期中的转矩均方根值。
并应小于电机的连续额定转矩。
5)加在电机轴上的负载惯量大小对电机的灵敏度和整个伺服系统的精度将产生影响。
通常，当负载小于电机转子惯量时，上述影响不大。
但当负载惯量达到甚至超过转子惯量的5倍时，会使灵敏度和响应时间受到很大的影响。
甚至会使伺服放大器不能在正常调节范围内工作。
所以对这类惯量应避免使用。
推荐对伺服电机惯量Jm和负载惯量Jl之间的关系如下:Jl<5×Jm1、负载转矩的计算负载转矩的计算方法加到伺服电机轴上的负载转矩计算公式，因机械而异。
但不论何种机械，都应计算出折算到电机轴上的负载转矩。
通常，折算到伺服电机轴上的负载转矩可由下列公式计算:Tl=(F*L/2πμ)+T0式中:Tl折算到电机轴上的负载转矩(N.M)；F：轴向移动工作台时所需要的力；L：电机轴每转的机械位移量(M)；To：滚珠丝杠螺母，轴承部分摩擦转矩折算到伺服电机轴上的值(N.M)；Μ：驱动系统的效率F：取决于工作台的重量，摩擦系数，水平或垂直方向的切削力，是否使用了平衡块(用在垂直轴)。
伺服基本原理及伺服选型计算
18
举例计算3
1. 计算折算到电机轴上的负载惯量 重物折算到电机轴上的转动惯量JW = M * ( PB / 2π)2
= 200 * (2 / 6.28)2
= 20.29 kg.cm2 螺杆转动惯量JB = MB * DB2 / 8
= 40 * 25 / 8
= 125 kg.cm2 总负载惯量JL = JW + JB = 145.29 kg.cm2 2. 计算电机转速 电机所需转速 N = V / PB = 30 / 0.02 = 1500 rpm
10
伺服选型原则
• • • • 连续工作扭矩 < 伺服电机额定扭矩 瞬时最大扭矩 < 伺服电机最大扭矩 (加速时) 负载惯量 < 3倍电机转子惯量 连续工作速度 < 电机额定转速
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举例计算1
已知：圆盘质量M=50kg，圆盘直径 D=500mm，圆盘最高转速60rpm， 请选择伺服电机及减速机。
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举例计算3
3. 计算电机驱动负载所需要的扭矩 克服摩擦力所需转矩Tf = M * g * µ * PB / 2π / η = 200 * 9.8 * 0.2 * 0.02 / 2π / 0.9 = 1.387 N.m 重物加速时所需转矩TA1 = M * a * PB / 2π / η = 200 * (30 / 60 / 0.2) * 0.02 / 2π / 0.9 = 1.769 N.m 螺杆加速时所需要转矩TA2 = JB * α/ η = JB * (N * 2π/ 60 / t1) / η = 0.0125 * (1500 * 6.28 / 60 / 0.2) / 0.9 = 10.903 N.m 加速所需总转矩TA = TA1 + TA2 = 12.672 N.m
伺服电机选型计算公式
伺服电机选型计算公式伺服电机选择的时候，首先一个要考虑的就是功率的选择。
一般应注意以下两点：1。
如果电机功率选得过小．就会出现“小马拉大车”现象，造成电机长期过载，使其绝缘因发热而损坏，甚至电机被烧毁。
2。
如果电机功率选得过大．就会出现“大马拉小车”现象，其输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利。
而且还会造成电能浪费。
也就是说，电机功率既不能太大，也不能太小，要正确选择电机的功率，必须经过以下计算或比较：P=F*V/100(其中P是计算功率，单位是KW，F是所需拉力，单位是N，V是工作机线速度m/s)此外．最常用的是采用类比法来选择电机的功率。
所谓类比法，就是与类似生产机械所用电机的功率进行对比。
具体做法是：了解本单位或附近其他单位的类似生产机械使用多大功率的电机，然后选用相近功率的电机进行试车。
试车的目的是验证所选电机与生产机械是否匹配。
验证的方法是：使电机带动生产机械运转，用钳形电流表测量电机的工作电流，将测得的电流与该电机铭牌上标出的额定电流进行对比。
如果电功机的实际工作电流与铭脾上标出的额定电流上下相差不大，则表明所选电机的功率合适。
如果电机的实际工作电流比铭牌上标出的额定电流低70％左右．则表明电机的功率选得过大，应调换功率较小的电机。
如果测得的电机工作电流比铭牌上标出的额定电流大40％以上．则表明电机的功率选得过小，应调换功率较大的电机。
实际上应该是考虑扭矩（转矩），电机功率和转矩计算公式。
即T = 9550P/n式中：P —功率，kW；n —电机的额定转速，r/min；T —转矩，Nm。
电机的输出转矩一定要大于工作机械所需要的转矩，一般需要一个安全系数。
机械功率公式：P=T*N/97500P：功率单位W；T：转矩，单位克/cm；N：转速，单位r/min。
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电机的选择：
（1）电机扭矩的计算 负载扭矩是由于驱动系统的摩擦力和切削力所引起的可用下式表达：
FL M =π2
式中 M-----电动机轴转距；
F------使机械部件沿直线方向移动所需的力； L------电动机转一圈（2πrad ）时，机械移动的距离
2πM 是电动机以扭矩M 转一圈时电动机所作的功，而FL 是以F 力机械移动L 距离时所需的机械功。
实际机床上，由于存在传动效率和摩擦系数因素，滚珠丝杠克服外部载荷P 做等速运动所需力矩，应按下式计算：
z z M h h F M B sp
SP
ao P K 2
11122⎪
⎪⎭⎫ ⎝⎛++=ηππ M 1-----等速运动时的驱动力矩
π
2h
F sp
ao
K
---双螺母滚珠丝杠的预紧力矩
F
ao
------预紧力(N),通常预紧力取最大轴向工作载荷
F
m ax
的1/3，即
F ao =
3
1F
m ax
当F m ax 难于计算时，可采用F ao =~)(N C a ；
C a
-----滚珠丝杠副的额定载荷，产品样本中可查： h
sp
-----丝杠导程(mm)；
K--------滚珠丝杠预紧力矩系数，取~；
P---------加在丝杠轴向的外部载荷(N),W F P μ+=； F---------作用于丝杠轴向的切削力(N)； W--------法向载荷(N),P W W 11+=；
W
1
-----移动部件重力(N),包括最大承载重力；
P 1
-------有夹板夹持时（如主轴箱）的夹板夹持力；
μ --------导轨摩擦系数，粘贴聚四氟乙烯板的滑动导轨副09.0=μ，有
润滑条件时，05.0~03.0=μ，直线滚动导轨004.0~003.0=μ；
η
1
-------滚珠丝杠的效率，取~；
M B
----支撑轴承的摩擦力矩，即叫启动力矩,可以从滚珠丝杠专用轴承样
本中得到，见表2-6（这里注意，双支撑轴承有M B 之和的问题）
z 1
--------齿轮1的齿数 z
2
--------齿轮2的齿数
最后按满足下式的条件选择伺服电机
M M
s ≤1
M
s
-----伺服电机的额定转距
（2）惯量匹配计算 为使伺服进给系统的进给执行部件具有快速相应能力，必须选用加速能力大的电动机，亦即能够快速响应的电机（如采用大惯量伺服电机），但又不能盲目追求大惯量，否则由于不能从分发挥其加速能力，会不经济的。
因此必须使电机惯量与进给负载惯量有个合理的匹配。
通常在电机惯量J M 与负载惯量J L （折算至电动机轴）或总惯量J r 之间，推荐下列匹配关系：
14
1≤≤J
J M
L
或
8.05.0≤≤
J J r
M
或
5.02.0≤≤
J
J r
L
1. 回转的惯量：
回转体：L g
J D
4
32⨯=
πγ
（kg.m 2
）
γ ----回转体材料的密度
D-----回转体直径 L-----回转体长度 g-----重力加速度
有台阶的回转体，按每段计算后相加
......)(3224
1141++=
L D L D g
J πγ
2. 直线运动物体的惯量
⎪⎭
⎫
⎝
⎛=
π
22
L g W J
W-------直线运动物体的重力
L------电机转一圈时物体移动的距离，如电机与丝杠直联，
h sp L 丝杠导程=
推倒过程：根据能量守恒定律
ω222
1)(21J v m m W T T W +=+ 丝杠转一圈时：
⎪⎭
⎫
⎝
⎛∆∆+=+t
J t
h m m T W T
W sp π22
2
21
2)(21
于是得：
⎪
⎪⎭
⎫
⎝⎛+=+π22
)(h m m J
sp T
W
T
W
齿轮传动惯量转换：
n J n J 2
2
22112121=
J i J 221=
负载折算到电机轴上的转动惯量：
)(2
J J J J i J G W T sp C G ext +++=+
J C
-----丝杠上联轴器的转动惯量 J
sp
-----丝杠转动惯量
J
T
W +-----工作台和工件折算到丝杠上的转动惯量
J
G
------齿轮减速机构的转动惯量
i
G
-------齿轮减速器传动比
电机轴上的驱动系统总惯量：
J J
J
M L
gen
+=
（3）定位加速时的最大转距计算
定位加速时最大转距M:
M J J t n L L M a
m M ++=
)(602π
n
m
----快速移动时的电机转速
t
a
-----加速减速时间，按K t s a /3≈，取150~200ms
K s ---系统的开环增益，通常8s 1
-~25s 1
-，加工中心一般取s K s 1
20-=左
右；
J M
---电机惯量，可从样本查得；
J
L
----负载惯量
M
L
---负载转距
若是M 小于伺服电机的最大转距M max ，则电机能以所取的时间常数进行加速和减速。