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伺服机电选型参数参考:转速、扭矩、惯量


伺服机电是实现智能建造最首要的主动化元件,普遍利用于数控机床、机器手、机器人和一些公用紧密装备上。伺服机电的选型对伺服体系的精度、稳定性、静态呼应、经济性等都有首要的影响,本文首要先容一下伺服机电的选型。
伺服机电选型申明
针对伺服机电选型题目,有两种环境,一种是参数选型,一种是设想选型。
参数选型:机器机构已肯定,且已知转速、扭矩、惯量等选型参数。此时,可按照伺服机电规格表间接选型。
设想选型:发生的机器设想阶段,此时须要按照机器末真个地位、速率、精度、静态特征等请求,肯定机器机谈判加快拆卸。在机器设想进程中,需计较得出机电的转速、扭矩、惯量比等参数。尔后按照伺服机电规格表选型。罕见机器机构如图1所示。
伺服机电选型参数参考
 图1:罕见机器机构
伺服机电的选型准绳

·延续任务时的机电转速<机电额外速率

·延续任务扭矩<伺服机电额外扭矩

·刹时最大扭矩<伺服机电最大扭矩(加快时)

·惯量比:按照装备静态机能请求,肯定适合的惯量比

综上可得出论断,伺服机电的三个选型参数是:转速、扭矩、惯量。

注重,不将功率作为伺服机电的焦点选型参数。有些伺服机电厂家的机电系列中,一样功率的机电分小,中大惯量。

以下图所示,两个伺服机电功率不异,此中左图为低惯量高速机电,右图为高惯量低速机电。低惯量机电合用于高静态呼应、低扭矩场所,高惯量机电合用于高扭矩输入、转速较低的场所。明显功率不异的两个机电,其利用特色不一样。
伺服机电选型参数参考

图2:低惯量和高惯量表面对照
大师能够设想博尔特和泰森的对照,两人体重能够差别不大,但其小我特色却截然差别。伺服机电同理。另:从机器设想的角度,伺服机电是经由过程扭矩驱念头器机构实现运转的。是以经由过程扭矩挑选伺服机电比经由过程功率选型更精确。功率可作为一个参考选型参数。

动弹惯量和扭矩

动弹惯量

动弹惯量是刚体动弹惯性的量度,由刚体本身的布局(转轴、品质、外形)决议,与外界身分有关,是刚体的固有性子。


伺服机电选型参数参考
有法则外形的物体,其惯量都有对应的公式,可参考相干材料。如上图所示,品质为m,半径为R的圆柱体沿轴OO‘扭转时,其扭转惯量J=MR2/2。

力矩

力矩是用来描写力对刚体的动弹感化,如图4所示:
伺服机电选型参数参考

如图4所示

T=F*r*sinθ=Fd       (1)

T: 力矩

F:感化力

d: 力臂

即:力矩巨细即是力的巨细乘以参考点到力的感化线的间隔。

力矩是矢量,无方向性。

机电扭矩在装备启动时,发生加快率,在恒速活动时,降服体系的阻力矩,在装备遏制时,发生加快率,使装备疾速遏制。地位、速率、加快率、扭矩的干系如图5所示:
伺服机电选型参数参考

通俗的伺服机电,过载扭矩或最大扭矩通俗为额外扭矩的3~5倍。即伺服机电启动时,最大可输入3~5倍的额外扭矩,以短时候取得充足大的加快率,使机电转速疾速到达任务速率。加快时同理。
最大转矩不能延续输入,延续时候太长时,会触发驱动器过载报警。

力矩和动弹惯量的干系

物体的直线活动可用牛顿第二定律描写为:
F=m*a       (2)
F: 物体所受的协力
m : 物体的品质
a:物体取得的加快率
 
物体的反转展转活动,须要使劲矩和动弹惯量描写,有以下公式
T=J*θ        (3)
T: 扭矩
J:动弹惯量
θ:角加快率

由公式(3)可见,扭矩与动弹惯量和角加快率成正比。机电输入扭矩必然时,惯量和角加快率成正比。

在扭矩输入必然时,惯量越大,其可取得的角加快率越小,即:机器机构的静态机能越差。反之,惯量越小,其可取得的角加快率越大,机器机构的静态机能越好。

当伺服机电驱动负载时,公式(3)中的T为伺服机电的输入扭矩,θ为机电轴可取得的角加快率,J为伺服机电的转子惯量和负载映照惯量之和。即:

J=JM+JL        (4)

J:  反转展转体系的惯量

JM:机电定子惯量

JL:负载映照到机电轴上的惯量

比方,机器机构经由过程n=3的加快机毗连到机电轴上,经由过程计较得出加快机前端机器机构的总惯量JZ,设JZ映照到机电轴上的惯量为JL,则:

JL=JZ/n2=JZ/9     (5)

即:负载的映照惯量与加快比的平方成正比。

在机器设想时,按照公式(5),要先算出JZ,而后按照加快比n计较出负载机器机构映照到机电轴上的映照惯量。

偶然,负载机器机构有多重负载,则负载机器机构的总惯量为多重负载的惯量之和。

惯量比

负载映照惯量与机电转子惯量的比值即惯量比。

机器机构设想实现后,要公道挑选伺服机电,把惯量比限定在必然的规模内,使负载映照惯量与机电转子惯量相婚配。惯量婚配须要按照装备的静态特征、精度请求、负载变更规模等身分综合设想。

  • 高静态装备的惯量比通俗小于3,比方机床、金属加工装备等。
  • 通俗装备惯量比,通俗小于7,如通俗焊接机、包装装备等。
  • 低请求装备,通俗小于10,如皮带传输、重载变位机等。

可连系挑选加快比停止惯量婚配。如前文所述,负载在机电轴上的映照惯量与加快比的平方成正比。增大加快比,能够明显减小负载映照到机电轴上的惯量,即减小伺服机电的负载。此时,在负载机器惯量稳定的环境下,挑选大加快比的加快机,可对应挑选容量较小的伺服机电,下降综合本钱。

 

但,增大加快比会下降负载侧的转速,由于负载侧转速与加快比成正比。加快比要保障加快后的速率能知足负载侧的最大速率请求。

停止惯量婚配时,还需斟酌空载和满载环境,装备空载和满载运转时,其负载惯量是不一样的,惯量比也差别。要保障在满载的环境下,惯量比也在公道的规模以内。

惯量婚配时,要综合斟酌加快比,转速请求,空载和满载等多种环境,统筹机能和本钱。

其余斟酌身分

伺服机电选型时,还要斟酌机电法兰、编码器范例、编码器精度、抱闸等身分。

机电法兰:触及机电与机器接口的婚配

编码器范例:首要分增量编码器和相对值编码器,增量编码器每次上电均需回零,相对值编码器又分单圈和多圈相对值编码器,需视详细利用肯定是不是需回零,通俗多圈相对值编码器不需回零。

编码器精度:此刻伺服机电的编码器精度做得都比拟高,可知足大局部机器对编码器精度的请求。对一些高紧密的装备,可斟酌选分辩率较高的编码器。

抱闸:驱动负重的垂直轴通俗需挑选带抱闸的伺服机电。

伺服驱动器和其余附件选型

按照伺服机电的额外电流挑选伺服驱动器,通俗选伺服驱动器的额外电流即是或稍大于伺服机电的额外电流。驱动器的编码器输入接口需与伺服机电的编码器旌旗灯号输入格局相婚配。有些伺服品牌,其伺服驱动器与伺服机电已成对婚配,选型很是便利。

按照伺服机电和驱动器挑选配套的电源线和编码器线。偶然为节流本钱,也可本身建造。

总结

伺服机电的选型首要按转速、扭矩和惯量选型。功率可作为选型的一个参考参数。
参数选型比拟简略,间接按伺服机电规格表选型便可。
设想选型需斟酌机器机构、负载变更、速率、加快率、精度、惯量婚配等请求,还需斟酌机器加工精度,拆卸精度,传动效力、磨擦力,选型裕量、经济性等,还需斟酌法兰、编码器、抱闸等身分。并按照伺服机电停止响应伺服驱动器的选型。这局部任务通俗由机器设想职员实现。




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