伺服电机功率计算选型
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
11
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。
19
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型计算公式是指通过一系列的计算公式来确定伺服电机的合适参数，以满足特定需求。
伺服电机选型的主要目标是确定伺服电机的额定转矩、额定电流、额定功率等参数，以及选择合适的伺服驱动器。
下面将介绍一些常用的伺服电机选型计算公式。
1.负载的转矩计算公式：负载的转矩是伺服电机选型的基础，通过计算负载的转矩，可以确定伺服电机的额定转矩。
负载的转矩可以通过以下公式计算：负载转矩=（负载力*负载半径）/（传动效率*减速比）2.伺服电机的额定转矩计算公式：伺服电机的额定转矩是指在额定转速下，电机能够提供的最大转矩。
额定转矩可以通过以下公式计算：额定转矩=（负载转矩+加速扭矩）/传动效率3.伺服电机的额定电流计算公式：伺服电机的额定电流是指在额定转矩下，电机所需的额定电流。
额定电流可以通过以下公式计算：额定电流=额定转矩*电流系数/额定转速4.伺服电机的额定功率计算公式：伺服电机的额定功率是指在额定转矩和额定转速下，电机所提供的对外功率。
额定功率可以通过以下公式计算：额定功率=额定转矩*额定转速/9.555.伺服驱动器的额定功率计算公式：伺服驱动器的额定功率是指驱动器所能提供的最大功率。
额定功率可以通过以下公式计算：额定功率=伺服电机的额定功率/驱动器的效率除了上述几个常用的伺服电机选型计算公式外，还需要考虑一些其他因素，例如：负载的加速时间、负载的惯性矩、伺服系统的控制精度等，这些因素都会对伺服电机的选型产生影响，需要综合考虑。
同时，还需要根据具体的应用环境和需求，选择合适的伺服电机和驱动器型号，以确保系统的性能和可靠性。
需要注意的是，伺服电机选型计算公式只是一个参考，实际选型过程中还需要考虑一系列的工程参数和实际情况，同时也需要借助一些专业的伺服电机选型软件，以更准确地确定伺服电机的参数。
伺服电机的选型计算及应用案例介绍
1.滚珠丝杆的质量： Bw=ρxV=7.9*103*π(0.02/2)2*0.5
=1.24kg
2.负载部分的惯量：
JL=JC+JB=JC+BW*BD2/8+WA*BP2/4π2 =0.00001+(1.24*0.022)/8+10*0.022/4π2 =1.73*10-4kg.m2
3.预选电机
若选200W,则JM= 0.14*10-4kg.m2
六.实例应用讲解
案例1
已知：负载重量WA=10kg，螺杆螺距BP=20mm，螺杆直径 BD=20mm，螺杆长BL=0.5m，机械效率η=0.9，摩擦系数 μ=0.1，负载移动距离0.3m，加减速时间ta=td=0.1s，匀速 时间tb=0.8s，静止时间t4=1s。联轴器的惯量Jc= 10x10-6 kg.m2 .请选择满足负载需求的最小功率伺服电机。
2.与转动惯量有关的因素：
1.刚体的总质量 2.质量分布 3.转轴的位置
3.转动惯量的计算： （1）单个质点的转动惯量: J=mr2
（2）质量离散分布刚体的转动惯量:
J m jrj2 m1r12 m2r22 j
r2 m2
（3）质量连续分布刚体的转动惯量:
r1
m1
r3 m3
转轴
J r2dm dm:质量元
4.电机转速和扭矩（转矩）公式
扭矩公式：T=9550P/n
T是扭矩，单位N·m； P是输出功率，单位KW； n是电机转速，单位r/min
扭矩公式：T=973P/n
T是扭矩，单位kg·m； P是输出功率，单位KW； n是电机转速，单位r/min
5.扭矩计算
电机转矩T （N.m）
滑轮半径r （m）
伺服电机选型计算(自动计算版)
负载质量M（kg）100·滚珠丝杠节距P（mm）5·滚珠丝杠直径D（mm）20·滚珠丝杠质量MB（kg）3·滚珠丝杠摩擦系数μ0.02·因无减速器，所以G=1、η=11②动作模式的决定速度(mm/s)单一变化·负载移动速度V（mm/s）200·行程L（mm）600·行程时间tS（s）3·加减速时间tA（s）1·定位精度AP（mm）0.01③换算到电机轴负载惯量的计算滚珠丝杠的惯量JB= 1.50E-04kg.m2负载的惯量JW= 2.13E-04kg.m2换算到电机轴负载惯量JL=JW J=G2x(J W+J2)+J1 2.13E-04kg.m2L④负载转矩的计算对摩擦力的转矩Tw 3.12E-02N.m换算到电机轴负载转矩TL=Tw 3.12E-02N.m⑤旋转数的计算转数N N=60V/P.G2400r/min⑥电机的初步选定[选自OMNUC U系列的初步选定举例]选定电机的转子·惯量为负载的JM≥J L/307.11E-06kg.m2 1/30*以上的电机选定电机的额定转矩×0.8TMx0.8＞T L0.5096＞比换算到电机轴负载转矩大的电机N.m＊ 此值因各系列而异，请加以注意。
⑦加减速转矩的计算加减速转矩TA0.057N.m⑧瞬时最大转矩、有效转矩的计算必要的瞬时最大转矩为T1T1=TA+TL0.0879N.mT2=TL0.0312N.mT3=TL-TA-0.0255N.m有效转矩Trms为0.051N.m功率0.0160198813867548kw⑨讨论负载惯量JL 2.13E-04kg.m2≦[电机的转子惯量JM有效转矩Trms0.051N.m﹤[电机的额定转矩瞬时最大转矩T10.0879N.m﹤[电机的瞬时最大转矩必要的最大转数N2400r/min≦[电机的额定转数编码器分辨率R=P.G/AP.S500(脉冲/转)U系列的编码器规格为204速度(mm/s)3000.210.20.2时间(s)初步选择定R88M-U20030(Jm= 1.23E-05根据R88M-U20030的额定转矩Tm=(N.m)≦[电机的转子惯量JM1.23E-05×[适用的惯量比=30]﹤[电机的额定转矩0.5096N.M3.1E-020.637﹤[电机的瞬时最大转矩 1.528N.M≦[电机的额定转数3000r/minU系列的编码器规格为2048（脉冲/转），经编码器分频比设定至1000（脉冲/转）的情况下使用。
伺服电机功率计算选型课件
案例三：搬运机械臂的伺服电机应用
总结词
大负载、高精度定位
详细描述
搬运机械臂需要承受较大负载并实现高精度定位，伺服电机能够提供足够的扭 矩和精确的控制能力，确保机械臂的稳定运行和精确操作。
伺服电机维护与保
05
养
伺服电机的日常维护
01
02
03
每日检查
检查伺服电机是否有异常 声音、振动或发热，检查 电缆和连接是否松动或破 损。
清洁
定期清除电机上的灰尘和 杂物，保持电机清洁，以 防止灰尘和杂物对电机运 行造成影响。
油脂涂抹
根据需要，在电机的轴承 和齿轮上涂抹适量的润滑 油脂，以减少磨损和摩擦 。
伺服电机的定期保养
定期更换润滑油
根据电机制造商的推荐， 定期更换电机的润滑油， 以保证电机正常运行。
检查绝缘电阻
定期检查电机的绝缘电阻 ，以确保电机电气性能正 常。
伺服电机的工作原理
伺服电机通过将输入的电压或电流信 号转换成转矩或转速，驱动负载进行 转动。
伺服电机内部通常包含一个旋转的转 子，以及一个固定的定子，通过电磁 感应原理实现能量的转换和传递。
伺服电机的分类与特点
根据使用的电源类型，伺服电 机可以分为直流伺服电机和交
流伺服电机两大类。
直流伺服电机具有精度高、 调速范围广、低速稳定性好 等优点，但需要定期更换电
案例一：数控机床的伺服电机应用
总结词
高精度、高效率
详细描述
数控机床需要高精度和高效率的加工能力，伺服电机能够提供稳定的扭矩和转速，确保加工过程的精确性和高效 性。
案例二：包装机械的伺服电机应用
总结词
快速响应、高可靠性
详细描述
包装机械需要快速响应和高可靠性的运行能力，伺服电机能够迅速启动和停止，适应各种包装工艺需 求，确保生产线的稳定性和效率。
伺服电机选型计算实例
1
·注
伺服电机计算选择应用实例
无论是否在切削，是垂直轴还是水平轴，F 值取决于工作台的重量， 摩擦系数。若坐标轴是垂直轴，F 值还与平衡锤有关。对于水平工 作台，F 值可按下列公式计算：
不切削时： F = μ（W+fg） 例如： F=0.05×(1000+50)=52.5 (kgf) Tm = (52.5×0.8) / (2×μ×0.9)+2=9.4(kgf.cm) = 0.9(Nm)
Ta =
Vm × 2π× 1
60
ta
×Jm×（1-e-ks。ta）+
+ Vm × 2π× 1
60
ta
×JL×（1-e-ks。ta）÷η
1 Vr = Vm×{1- Ta·ks
(1- e-ks。ta )}
Ta :加速力矩(kgf·cm) Vm :电机快速移动速度(min-1) ta :加速时间(sec) Jm :电机的惯量(kgf.cm.s2) JL :负载的惯量(kgf.cm.s2) Vr :加速力矩开始下降的速度(与 Vm 不同) (min-1) Ks :位置回路的增益(sec-1) η :机床的效率
切削时: F = Fc+μ(W+fg+Fcf) 例如: F=100+0.05×(1000+50+30)=154(kgf) Tmc=(154×0.8) / (2×μ×0.9)+2=21.8(kgf.cm) =2.1(Nm)
为了满足条件 1，应根据数据单选择电机，其负载力矩在不切削时 应大于 0.9（Nm），最高转速应高于 3000（min-1）。考虑到加/减速， 可选择α2/3000（其静止时的额定转矩为 2.0 Nm）。
伺服电机的选型计算方法
步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题.交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。
六、速度响应性能不同步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒。
交流伺服系统的加速性能较好，以京伺服（KINGSERVO)400W交流伺服电机为例,从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合.综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机.但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。
所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。
1.负载惯量的计算.由电机驱动的所有运动部件，无论旋转运动的部件，还是直线运动的部件，都成为电机的负载惯量.电机轴上的负载总惯量可以通过计算各个被驱动的部件的惯量，并按一定的规律将其相加得到.1）圆柱体惯量如滚珠丝杠，齿轮等围绕其中心轴旋转时的惯量可按下面公式计算： J=（πγ/32)＊D4L（kg cm2）如机构为钢材，则可按下面公式计算： J=(0.78*10—6)＊D4L(kg cm2）式中：γ材料的密度（kg/cm2） D圆柱体的直经(cm) L圆柱体的长度（cm)2)轴向移动物体的惯量工件,工作台等轴向移动物体的惯量,可由下面公式得出: J=W*（L/2π)2 （kg cm2）式中: W直线移动物体的重量（kg) L电机每转在直线方向移动的距离(cm）3)圆柱体围绕中心运动时的惯量如图所示: 圆柱体围绕中心运动时的惯量属于这种情况的例子：如大直经的齿轮，为了减少惯量，往往在圆盘上挖出分布均匀的孔这时的惯量可以这样计算： J=Jo+W＊R2(kg cm2）式中:Jo为圆柱体围绕其中心线旋转时的惯量（kgcm2） W圆柱体的重量(kg） R旋转半径(cm）4)相对电机轴机械变速的惯量计算将上图所示的负载惯量Jo折算到电机轴上的计算方法如下： J=(N1/N2)2Jo 式中：N1 N2为齿轮的齿数2. 53。
伺服电机选型计算实例
4
1．2 加速力矩的计算 计算加速力矩：步骤 1
·直线加/减速
伺服电机计算选择应用实例
如果负载惯量比 3 倍的电机惯量大的多，则控制特性将大大下降。 此时，电机的特性需要特殊调整。使用中应避免这样大的惯量。若 机械设计出现这种情况，请与 FANUC 联系。
按下步骤计算加速力矩： 假定电机由 NC 控制加/减速，计算其加速度。将加速度乘 以总的转动惯量（电机的惯量 + 负载惯量），乘积就是加速力矩。 计算式如下。
切削时: F = Fc+μ(W+fg+Fcf) 例如: F=100+0.05×(1000+50+30)=154(kgf) Tmc=(154×0.8) / (2×μ×0.9)+2=21.8(kgf.cm) =2.1(Nm)
为了满足条件 1，应根据数据单选择电机，其负载力矩在不切削时 应大于 0.9（Nm），最高转速应高于 3000（min-1）。考虑到加/减速， 可选择α2/3000（其静止制加/减速时
速度
指令
转矩
Vm
Ta
ta
时间
Vm 速度
计算加速力矩：步骤 2
公式为：
Ta =
Vm ×2π× 1 ×（Jm+JL）
60
ta
1
Ta = 为了得到电机k轴s 上的力矩 T，应在加速力矩 Ta 上增加 Tm
（摩擦力矩）。
T = Ta+Tm T = 12.1(Nm)+0.9(Nm) = 13.0 (Nm)
J L= 0.0082＋0.0165 = 0.0247(kgf.cm.s2) 负载惯量对电机的控制特性和快速移动的加/减速时间都有 很大影响。负载惯量增加时，可能出现以下问题：指令变化后，需 要较长的时间达到新指令指定的速度。若机床沿着两个轴高速运动 加工圆弧等曲线，会造成较大的加工误差。 负载惯量小于或等于电机的惯量时，不会出现这些问题。若负载惯 量为电机的 3 倍以上，控制特性就会降低。实际上这对普通金属加 工机床的工作的影响不大，但是如果加工木制品或是高速加工曲线 轨迹，建议负载惯量要小于或等于电机的惯量。