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自動化伺服電機(jī)選型

2021-03-24 01:52:34王軍領(lǐng)王秀敏仲太生詹俊勇羅素萍周智偉
鍛壓裝備與制造技術(shù) 2021年1期

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]。

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