自動化伺服電機選型

王軍領，王秀敏，仲太生，詹俊勇，羅素萍，周智偉

（揚力集團股份有限公司 自動化處，江蘇 揚州225127）

隨著自動化行業的迅速發展，由于伺服電機精度高、抗過載能力強，穩定性強等諸多優點，各行各業得到了非常廣泛應用，廣泛替代了人工操作，提高了生產效率和品質，降低了勞動和人力成本[1-2]。

1 受力原理圖

伺服電機受力驅動原理圖，如圖1，運動部件（工

圖1 絲桿驅動原理圖作臺及工件）的重量M=200kg，螺桿螺距Ph=20mm，螺桿直徑DB=50mm，螺桿及配件重量MB=10kg，滑動表面的摩擦系數μ=0.2，機械效率η=0.9，負載移動速度V=30m/min，全程移動時間t=1.4s，加減速時間t1=t3=0.2s，靜止時間t4=0.3s。圖2 中減速比為1:10，負載與上述相同[3-4]。

2 絲杠伺服電機負載

為保證足夠的角加速度使系統反應靈敏和滿足系統的穩定性要求，負載慣量JL應限制在2.5 倍電機慣量JM之內，即JL＜2.5JM[5]。

2.1 電機軸上的負載慣量

負載折算到電機軸上的轉動慣量，如式1 所示。

式中：M——運動部件重量，kg；

Ph——絲杠導程，cm。

2.2 螺桿轉動慣量

旋轉后的轉動慣量如式2 所示。

式中：MB——螺桿及配件重量，kg；

DB——螺桿直徑，cm；

2.3 總負載慣量

2.4 電機轉速

電機所需要的轉速控制在電機額定轉速之內，否則需要調整傳動比達到所需值，如式（4）：

式中：Vmax——直線運行速度，m/min;

nnom——電機的額定轉速，rpm。

2.5 電機驅動扭矩

克服負載和自重所需轉矩如式（5）：

加速度為a=30/60/0.2=2.5m/s2，重物加速時所需轉矩如式（6）：

螺桿加速時所需要轉矩如式（7）：

加速所需總扭矩如式（8）：

使用中最大扭矩如式（9）：

3 齒輪齒條伺服電機負載

和滾珠絲杠速度如果一樣對應的齒輪節圓直徑為63.66mm。

克服負載自重齒排切向力如式（10）：

減速機減速之后對應齒輪力矩如式（11）：

克服重力加速度齒排切向力如式（12）：

減速機減速之后的齒輪力矩如式（13）：

經過減速之后電機扭矩為如式（14）：

設計需求力矩如式（15）：

4 伺服電機選擇

連續工作扭矩6.936N·m＜伺服電機額定扭矩9.55 N·m；

瞬時最大扭矩2.5×11.43N·m＜伺服電機最大扭矩（加速時）28.6 N·m

負載慣量51.54 N·m＜3 倍電機轉子慣量=3×47.9 N·m；

連續工作速度1500 轉/min＜電機額定轉速3000 轉/min

經過上面綜合對比，選定功率為2.0kW 的伺服電機[6]。

5 總結

如果電機功率過小，就會造成電機長期過載，使電機發熱而損壞，如果電機功率過大，就會造成功率效率得不到充分的利用，增加設備的成本，造成電能的浪費。經過上述兩種結構的傳動結構負載情況和電機型號選型對比，負載一樣，傳動結構不同，總的電機功率是接近的，可以相互借鑒引用[7-8]。