垂直使用的滚珠丝杠伺服电机选型计算实例
丝杠垂直运动选型计算表格
8)负荷与 减速机惯 量比 当负荷与 电机惯量 比>5时， 考虑采用 减速装 置，提高 惯量匹配
P=
0.008326116 KW
I1= 1.230732765
I2= 0.001367481
*
其他常数
*
*
*
丝杠密度
*
*
*
*
* *
*
G=
9.8 m/s
pi=
3.1416
ρ=
7900 kg/m3
a cos a)
安全系数
S=
2
电机惯量
JM=
0.0002 kgm2
减速机减速比
i＝
30
机械结构 参数：
速度： 滑动部分质 量 丝杠部分长 度
丝杠直径 丝杠导程 连轴器质量 连轴器直径 摩擦系数 移动距离 机械效率 定位时间 加减速时间 比 外力 移动方向与 水平轴夹角
1)速度曲 线
加速时间
2)电机转 速
3)负荷转 矩计算
轴向负载
丝杠垂直 运动选型 计算表格
Vl=
0.3 m/min
M=
= 1.24093E-06 kgm2
JC=
1 8பைடு நூலகம்
mDC 2
= 0.00015625 kgm2
JL= JL+JB+JC
= 0.000246147 kgm2
2 Nm(Jm Jl)
TS=
60t1
= 0.05606456 Nm
TM= (TL+TS)*S
= 1.325240183 Nm
根据计算， 初步确定电 机型号，然 后输入转子 惯量，确认 TM
丝杠垂直运动选型计算表格
丝杠垂直运动选型计算表格机械结构参数：速度：Vl=6m/min*滑动部分质量M=33kg*丝杠部分长度L B=0.52m*丝杠直径D B=0.032m*丝杠导程P B=0.01m*连轴器质量M C0.16065kg*连轴器直径D C0.04m*摩擦系数μ=0.01*移动距离L=0.245m机械效率η=0.9*定位时间t=1s*加减速时间比A=14%*外力F A=0N移动方向与水平轴夹角a =90°1)速度曲线加速时间t0=t*A=0.14s2)电机转速N M =V l/P B=600rpm3)负荷转矩计算轴向负载负载转矩=Nm4)直线运动平台与负载惯J Lkgm2滚珠丝杠惯量JBkgm2连轴器惯量J CT L =kgm 2总负荷惯量J L =J L +J B +J C =0.000538613kgm 2启动转矩T S ==5)必须转矩必须转矩T M =(T L +T S )*S=1.306607198Nm6)电机选择根据计算，初步确定电机型号，然后输入转子惯量，确认T M7)负荷与电机惯量比I 1= 4.2079166198)负荷与减速机惯量比当负荷与电机惯量比>5时，考虑采用减速装置，提高惯量匹配I 2= 4.2079166199)减速转矩Td=（Tl-Ts）*S =0.40907901410)有效转矩T=({Tm2*t0+Td2*t0)/t}/1/2=0.381837314选型计算表格其他常数G=9.8m/spi= 3.1416丝杠密度ρ=7900kg/m3安全系数S= 1.5电机惯量J M=0.000128kgm2i＝1减速机减速比。
伺服电机计算选择应用实例
伺服电机计算选择应用实例1．选择电机时的计算条件本节叙述水平运动伺服轴（见下图）的电机选择步骤。
例：工作台和工件的W ：运动部件（工作台及工件）的重量（kgf）=1000 kgf 机械规格μ：滑动表面的摩擦系数=0.05π：驱动系统（包括滚珠丝杠）的效率=0.9fg ：镶条锁紧力（kgf）=50 kgfFc ：由切削力引起的反推力（kgf）=100 kgfFcf ：由切削力矩引起的滑动表面上工作台受到的力（kgf）=30kgfZ1/Z2：变速比=1/1例：进给丝杠的（滚珠Db ：轴径=32 mm丝杠）的规格Lb ：轴长=1000 mmP ：节距=8 mm例：电机轴的运行规格Ta ：加速力矩（kgf.cm）Vm :快速移动时的电机速度(mm-1)=3000 mm-1ta :加速时间(s)=0.10 sJm :电机的惯量(kgf.cm.sec2)Jl :负载惯量(kgf.cm.sec2)ks :伺服的位置回路增益(sec-1)=30 sec-11.1 负载力矩和惯量的计算计算负载力矩加到电机轴上的负载力矩通常由下式算出:Tm = + TfTm :加到电机轴上的负载力矩(Nm)F :沿坐标轴移动一个部件(工作台或刀架)所需的力(kgf)L :电机转一转机床的移动距离=P×(Z1/Z2)=8 mmTf :滚珠丝杠螺母或轴承加到电机轴上的摩擦力矩=2NmF×L2πη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)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）。
滚珠丝杠选型计算
滚珠丝杠1.滚珠丝杠计算1. 确定滚珠丝杠副的导程根据电机最高转速为3000min -1。
电机与滚珠丝杆直连， X 向最大运动速度V max 1000mm/s ，即60×1000=6000mm/min 。
则丝杠导程为mm n i V P h 2030001/6000/max max =⨯=⋅=即mm P h 20=，可满足速度要求。
2.螺帽的选择(1)所需基本动额定负载与容许转速(DmN 值)各动作模式下轴向负载的计算3.丝杠轴的选择丝杠轴全长(L)与危险速度(Nc)、屈曲载荷(Pk)的研讨1.8 电机选择条件：选择伺服电机驱动，伺服电机选取松下NAS A4系列MDMA152P1V 型大惯量电机，其功率：1.5KW, 额定转矩：7.15 N.m, 电机惯量JM ：0.00123 Kg.m 2X 向运动工件及工作台质量估计最大值约1500Kg 。
1.8.1 外部负荷的转动惯量：丝杆部分的转动惯量：22210151996565.0031.0633.312121m kg r m J ⋅=⨯⨯=⋅= 外部负荷的负荷转动惯量： 2221 090.01899920201.015000151996565.0)2(m kg P m J J h L ⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+=⋅+=ππ 则有：45.1500123.0 090.01899920==M L J J 加在电机上的转动惯量：2 090.0202292000123.0 090.01899920m kg J J J M L ⋅=+=+=1.8.2 外部负荷产生的摩擦扭矩：m N P F T h p ⋅=⨯⨯⨯=⨯⋅⋅=-- 940.19133960109.02102.10810233πηπ 式中： h P ——滚珠丝杆副的导程η——未预紧的滚珠丝杆副的效率（2级精度η=0.9）F ——外加轴向载荷，含导轨摩擦力，其中含切削力为01.8.3 预紧力产生的摩擦扭矩：m N P F T h p D ⋅=⨯-⨯⨯=⨯-⋅⋅=-- 360.01346588109.09.0121007.361012322322πηηπ 式中：p F ——滚珠丝杆副间的预紧力，N F F p 07.363/2.1083/max ===1.8.4 支承轴承产生的摩擦扭矩：选择HRC 轴承，型号：7603050TN ，查轴承样本可得摩擦力矩：1b T =0.23N.m 。
滚珠丝杆电机选型计算公式
滚珠丝杆电机选型计算公式
一、滚珠丝杆相关参数。
1. 负载力（F）计算。
- 垂直方向负载：如果滚珠丝杆用于垂直方向运动，需要考虑负载的重力。
F = mg+F_f，其中m是负载质量（kg），g = 9.81m/s²是重力加速度，F_f是摩擦力。
- 水平方向负载：F = F_f+F_a，其中F_a是加速力。
加速力F_a = ma，a是加速度（m/s²）。
摩擦力F_f=μ N，对于滚珠丝杆，摩擦系数μ较小，N是正压力（在水平方向时N = mg）。
2. 丝杆导程（P）
- 导程是丝杆旋转一周，螺母移动的距离，单位为mm。
3. 丝杆效率（eta）
- 滚珠丝杆的效率较高，一般在90% - 95%之间，可根据丝杆的质量和类型取值。
二、电机选型计算公式。
1. 扭矩（T）计算。
- 根据能量守恒原理，电机输出的扭矩转化为丝杆的轴向力来推动负载运动。
T=(F× P)/(2πeta)，其中F是负载力（N），P是丝杆导程（m），eta是丝杆效率。
2. 转速（n）计算。
- 电机转速n与丝杆的线速度v有关。
n=(v)/(P)，其中v是负载的线速度（mm/s），P是丝杆导程（mm）。
3. 电机功率（P_m）计算。
- P_m=(T× n)/(9550)，其中T是扭矩（N·m），n是转速（r/min），9550是一个换算系数。
在实际电机选型时，还需要考虑电机的过载能力、工作环境、精度要求等因素，并且所选电机的额定扭矩和额定转速应大于计算得到的数值，以确保系统稳定可靠地运行。
例子滚珠丝杠的选择与计算
一、如图1所示滚珠丝杠的传动系统中，采用右旋丝杠，支承方式为双推-简支式，根据对刚度和失动量的要求，选用法兰式双螺母丝杠（FDG ），丝杠有效行程=800mm ，工作台最高移动速度V max =14（m/min ），寿命定为L h =24000工作小时，摩擦系数μ=0.1，电机最高转速n max =1800（r/min ），最大行程内行程误差小于0.02mm ，300mm 行程内行程误差小于0.02mm ，工作台重量为600kg ，工件与卡具最大重量总合为500kg ，重力加速度g=9.8m/s 2，丝杠的平均转速为266r/min,刀具切削加工时的平均切削力的水平分力为2000N ，切削时的最大载荷下分力为N F x 400=，N F y 9000=。
图1 滚珠丝杠副简图1、计算空载摩擦阻力f F 和切削加工时的摩擦阻力jf F】【或Kg 110)(10788.91.01100)500600(N g F f =⨯⨯=⨯⨯+=μ】【或Kg 1118)(11188.91.01500400)500600(N g F jf =⨯⨯=⨯+⨯⨯+=μμ2、确定滚珠丝杠副的导程0l 。
根据题目给定条件，步进电机直接与滚珠丝杠副连接，其传动比为1。
所以则有：)(8.7)(00778.0180014max max 0mm m n V l ==== 根据国际标准ISO/DIS 3408-2-1991或GB/T17587.2-1998，确定丝杠的基本导程为大于8mm 。
3、根据平均负载计算滚珠丝杠副的最大动载荷Q F ，硬度系数取1.0。
设滚珠丝杠副在工作时的平均工作载荷为cp F 。
则)(181300021118N F F F gcp jf cp =+=+=滚珠丝杠副的寿命系数万转）(04.383102662400060106066=⨯⨯==h nL L 则有：)(07.40759~686.326073470]5.1~2.1[2.126.73118]5.1~2.1[2.104.383F L 3W 3N F f F cp H Q =⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=4、结合最大静载荷，从附表中选择丝杠并写出丝杠的参数：丝杠的型号，公称直径，丝杠底径，导程，循环圈数，额定动载荷，额定静载荷，螺母的总长。
滚珠丝杠设计实例与计算(内容参考)
计算举例某台加工中心台进给用滚珠丝杠副的设计计算:已知: 工作台重量 W 1=5000N 工作及夹具最大重量W 2=3000N 工作台最大行程 L K =1000mm 工作台导轨的摩擦系数:动摩擦系数μ=0.1 静摩擦系数μ0=0.2 快速进给速度 V max =15m/min 定位精度20 μm /300mm 全行程25μm 重复定位精度10μm 要求寿命20000小时(两班制工作十年)。
表1 切削方式 纵向切削力 Pxi(N) 垂向切削力 Pzi(N) 进给速度Vi(m/min)工作时间百分比% 丝杠轴向载荷 (N) 丝杠转速 r/min 强力切削 2000 1200 0.6 10 2920 60 一般切削 1000 200 0.8 30 1850 80 精切削 500 200 1 50 1320 100 快速进给 015108001500解：1) 确定滚珠丝杠副的导程maxmaxhi n VP=⋅::/min :/min:hmaxmaxmm m r i PV n滚珠丝杠副的导程 工作台最高移动速度 电机最高转速 传动比因电机与丝杠直联，1i = 由表查得max15/min m V=max 1500/min n r =代入得，10hmm P=2)确定当量载荷331122121122112...3...()m s n n t n t F n t n t F F F F W W P μ++=++=+++可求得：12342920,1850,1320,800,1290m F N F N F N F N F N=====3)确定当量转速112212/min m n t n t n r t t ++⋅⋅⋅==++⋅⋅⋅2304）预期额定动载荷 ①按预期工作时间估算。
按表3-24查得：轻微冲击取.w f =13 按表3-22查得：精度等级1-3取.a f =10 按表3-23查得：可靠性97%取.c f =044 已知h L h =20000 得：w m m h nma cf F n L C N ==36024815②拟采用预紧滚珠丝杠，按最大负载max F 计算， 按表3-25查得：中预载取：.e f =45max F F N ==12920，代入得'max ame Cf F N ==13140 取以上两种结果的最大值m C N =248155)确定允许的最小螺纹小径①估算丝杠允许的最大轴向变形量。
伺服电机的选型计算及应用案例介绍 包含多种情形计算
滚珠丝杆机构变化量变化量值单位工件部分的质量WA200Kg
铁的密度P17900Kg/m3铝的密度P22800Kg/m3黄铜的密度P38500Kg/m3滚珠丝杆的长度BL0.55M
滚珠丝杆的直径BD0.02M
滚珠丝杆的螺距BP0.01M
滚珠丝杆的效率BN0.9
联轴器的惯量JC0.00001Kg.m2摩擦系数U0.3
外力F150N
重力加速度g9.8m/s2运行模式
移动距离L0.4M
加速时间ta0.1S
匀速时间tb60S
减速时间td0.1S
循环时间tc5S
计算量
滚珠丝杆的质量BW 1.36Kg
负载部分的惯量JL0.000585Kg.m2预选电机的惯量JM0.000014Kg.m2
惯量比JL/JM41.80975倍定位快的要求惯量比在3-5倍之间，定位慢的要求惯量比在5-8倍之间
最高速度Vmax0.007m/s 转速N0.7r/s 电机转速N39.93r/min 移动转矩Tf 1.306N.M 加速时转矩Ta 1.331N.M 减速时转矩Td-1.281N.M
确认最大转矩Tmax N.M 加速时转矩=Ta
确认有效转矩Trms 4.531N.M。
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垂直使用的滚珠丝杠伺服电机选型计算实例
垂直使用的滚珠丝杠伺服电机选型计算实例如下：
一、伺服电机选型步骤
1. 确定电机的机械负载：机械负载主要包括工作台、工作物和丝杠的重量，以及可能的外部负载。
在本例中，工作台重量为50kgf，工作物重量最大为25kgf，丝杠重量可以根据具体型号确定。
2. 确定电机的运动参数：运动参数包括电机的最大行程、最大速度、加速度等。
在本例中，最大行程为1000mm，最大速度为50m/min，加速度可以根据具体应用确定。
3. 确定电机的控制参数：控制参数包括定位精度和重复定位精度。
在本例中，定位精度为±/最大行程，重复定位精度为±。
4. 确定电机的驱动参数：驱动参数包括电机的最大扭矩和最大电流等。
在本例中，电机的最大扭矩和最大电流可以根据具体应用确定。
二、伺服电机选型计算
1. 计算电机的轴向力：根据机械负载的重量和重力加速度，可以计算出电机的轴向力。
在本例中，等速度时轴向力F2=μ(W1+W2)xg=(50+25)=(N)，
其中μ为滑动摩擦系数，W1为工作台重量，W2为工作物重量，g为重力加速度。
2. 计算电机的转矩：根据电机的轴向力和转速，可以计算出电机的转矩。
在本例中，电机的转速可以根据具体应用确定，然后根据轴向力和转速计算出电机的转矩。
3. 确定电机型号：根据电机的运动参数、控制参数和驱动参数，以及计算出的转矩和可能的外部负载，选择适合的电机型号。
以上是垂直使用的滚珠丝杠伺服电机选型计算实例，具体计算过程可能需要根据具体情况进行调整和优化。