自動化伺服電機(jī)選型

王軍領(lǐng)，王秀敏，仲太生，詹俊勇，羅素萍，周智偉

（揚(yáng)力集團(tuán)股份有限公司 自動化處，江蘇 揚(yáng)州225127）

隨著自動化行業(yè)的迅速發(fā)展，由于伺服電機(jī)精度高、抗過載能力強(qiáng)，穩(wěn)定性強(qiáng)等諸多優(yōu)點，各行各業(yè)得到了非常廣泛應(yīng)用，廣泛替代了人工操作，提高了生產(chǎn)效率和品質(zhì)，降低了勞動和人力成本[1-2]。

1 受力原理圖

伺服電機(jī)受力驅(qū)動原理圖，如圖1，運(yùn)動部件（工

圖1 絲桿驅(qū)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(shù)μ=0.2，機(jī)械效率η=0.9，負(fù)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(fù)載與上述相同[3-4]。

2 絲杠伺服電機(jī)負(fù)載

為保證足夠的角加速度使系統(tǒng)反應(yīng)靈敏和滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求，負(fù)載慣量JL應(yīng)限制在2.5 倍電機(jī)慣量JM之內(nèi)，即JL＜2.5JM[5]。

2.1 電機(jī)軸上的負(fù)載慣量

負(fù)載折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量，如式1 所示。

式中：M——運(yùn)動部件重量，kg；

Ph——絲杠導(dǎo)程，cm。

2.2 螺桿轉(zhuǎn)動慣量

旋轉(zhuǎn)后的轉(zhuǎn)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(fù)載慣量

2.4 電機(jī)轉(zhuǎn)速

電機(jī)所需要的轉(zhuǎn)速控制在電機(jī)額定轉(zhuǎn)速之內(nèi)，否則需要調(diào)整傳動比達(dá)到所需值，如式（4）：

式中：Vmax——直線運(yùn)行速度，m/min;

nnom——電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，rpm。

2.5 電機(jī)驅(qū)動扭矩

克服負(fù)載和自重所需轉(zhuǎn)矩如式（5）：

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

螺桿加速時所需要轉(zhuǎn)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(jī)負(fù)載

和滾珠絲杠速度如果一樣對應(yīng)的齒輪節(jié)圓直徑為63.66mm。

克服負(fù)載自重齒排切向力如式（10）：

減速機(jī)減速之后對應(yīng)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(jī)減速之后的齒輪力矩如式（13）：

經(jīng)過減速之后電機(jī)扭矩為如式（14）：

設(shè)計需求力矩如式（15）：

4 伺服電機(jī)選擇

連續(xù)工作扭矩6.936N·m＜伺服電機(jī)額定扭矩9.55 N·m；

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

負(fù)載慣量51.54 N·m＜3 倍電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量=3×47.9 N·m；

連續(xù)工作速度1500 轉(zhuǎn)/min＜電機(jī)額定轉(zhuǎn)速3000 轉(zhuǎn)/min

經(jīng)過上面綜合對比，選定功率為2.0kW 的伺服電機(jī)[6]。

5 總結(jié)

如果電機(jī)功率過小，就會造成電機(jī)長期過載，使電機(jī)發(fā)熱而損壞，如果電機(jī)功率過大，就會造成功率效率得不到充分的利用，增加設(shè)備的成本，造成電能的浪費(fèi)。經(jīng)過上述兩種結(jié)構(gòu)的傳動結(jié)構(gòu)負(fù)載情況和電機(jī)型號選型對比，負(fù)載一樣，傳動結(jié)構(gòu)不同，總的電機(jī)功率是接近的，可以相互借鑒引用[7-8]。