1、機電領域中伺服電機的選擇原則

現代機電行業中經常會碰到一些復雜的運動,這對電機的動力荷載有很大影響。伺服驅動裝置是許多機電系統的核心,因此,伺服電機的選擇就變得尤為重要。首先要選出滿足給定負載要求的電動機,然后再從中按價格、重量、體積等技術經濟指標選擇最適合的電機。

各種電機的T- 曲線

(1)傳統的選擇方法

      這里只考慮電機的動力問題,對于直線運動用速度v(t),加速度a(t)和所需外力F(t)表示,對于旋轉運動用角速度 (t),角加速度 (t)和所需扭矩T(t)表示,它們均可以表示為時間的函數,與其他因素無關。很顯然。電機的最大功率P電機,最大應大于工作負載所需的峰值功率P峰值,但僅僅如此是不夠的,物理意義上的功率包含扭矩和速度兩部分,但在實際的傳動機構中它們是受限制的。用 峰值,T峰值表示最大值或者峰值。電機的最大速度決定了減速器減速比的上限,n上限= 峰值,最大/ 峰值,同樣,電機的最大扭矩決定了減速比的下限,n下限=T峰值/T電機,最大,如果n下限大于n上限,選擇的電機是不合適的。反之,則可以通過對每種電機的廣泛類比來確定上下限之間可行的傳動比范圍。只用峰值功率作為選擇電機的原則是不充分的,而且傳動比的準確計算非常繁瑣。

(2)新的選擇方法

一種新的選擇原則是將電機特性與負載特性分離開,并用圖解的形式表示,這種表示方法使得驅動裝置的可行性檢查和不同系統間的比較更方便,另外,還提供了傳動比的一個可能范圍。這種方法的優點:適用于各種負載情況;將負載和電機的特性分離開;有關動力的各個參數均可用圖解的形式表示并且適用于各種電機。因此,不再需要用大量的類比來檢查電機是否能夠驅動某個特定的負載。

在電機和負載之間的傳動比會改變電機提供的動力荷載參數。比如,一個大的傳動比會減小外部扭矩對電機運轉的影響,而且,為輸出同樣的運動,電機就得以較高的速度旋轉,產生較大的加速度,因此電機需要較大的慣量扭矩。選擇一個合適的傳動比就能平衡這相反的兩個方面。通常,應用有如下兩種方法可以找到這個傳動比n,它會把電機與工作任務很好地協調起來。一是,從電機得到的最大速度小于電機自身的最大速度 電機,最大;二是,電機任意時刻的標準扭矩小于電機額定扭矩M額定。

 

2、一般伺服電機選擇考慮的問題

(1)電機的最高轉速

       電機選擇首先依據機床快速行程速度。快速行程的電機轉速應嚴格控制在電機的額定轉速之內。
式中, 為電機的額定轉速(rpm);n為快速行程時電機的轉速(rpm);為直線運行速度(m/min);u為系統傳動比,u=n電機/n絲杠;絲杠導程(mm)。

(2)慣量匹配問題及計算負載慣量

      為了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。


式中, 為各轉動件的轉動慣量,kg.m2;為各轉動件角速度,rad/min; 為各移動件的質量,kg;為各移動件的速度,m/min; 為伺服電機的角速度,rad/min。

(3)空載加速轉矩

  空載加速轉矩發生在執行部件從靜止以階躍指令加速到快速時。一般應限定在變頻驅動系統最大輸出轉矩的80% 以內。


式中, 為與電機匹配的變頻驅動系統的最大輸出轉矩(N.m);為空載時加速轉矩(N.m);為快速行程時轉換到電機軸上的載荷轉矩(N.m);為快速行程時加減速時間常數(ms)。

(4)切削負載轉矩

      在正常工作狀態下,切削負載轉矩 不超過電機額定轉矩 的80%。


式中, 為最大切削轉矩(N.m);D為最大負載比。

(5)連續過載時間

      連續過載時間 應限制在電機規定過載時間之內。

3、根據負載轉矩選擇伺服電機

      根據伺服電機的工作曲線,負載轉矩應滿足:當機床作空載運行時,在整個速度范圍內,加在伺服電機軸上的負載轉矩應在電機的連續額定轉矩范圍內,即在工作曲線的連續工作區;最大負載轉矩,加載周期及過載時間應在特性曲線的允許范圍內。加在電機軸上的負載轉矩可以折算出加到電機軸上的負載轉矩。
式中,為折算到電機軸上的負載轉矩(N.m);F為軸向移動工作臺時所需的力(N);L為電機每轉的機械位移量(m);為滾珠絲杠軸承等摩擦轉矩折算到電機軸上的負載轉矩(N.m);為驅動系統的效率。
      式中, 為切削反作用力(N);為齒輪作用力(N);W為工作臺工件等滑動部分總重量(N);為由于切削力使工作臺壓向導軌的正壓力(N); 為摩擦系數。無切削時,。

計算轉矩時下列幾點應特別注意。

(a)<

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