伺服電機的選型計算

1、 完整地伺服電機選型計算包含哪些參數

2、 如何确定伺服電機的額定轉速

A 超過額定轉速是否可行？

3、 編碼器的類别及選用方法

A 增量式編碼器（需要使用額外的電子設備（通常是PLC、計數器或變頻器）以進行脈沖計數，并将脈沖數據轉換為速度或運動數據），選型時需考慮PLC等最高的計數範圍。速度閉環控制

安裝時應注意：機械尺寸、分辨率、電氣接口

B 絕對值式編碼器（可産生能夠識别絕對位置的數字信号） 機械手，位置閉環控制，盡量選擇内部不帶計數器的，怕幹擾

碼盤材料分為金屬、玻璃、塑料

安裝時應注意與用戶軸的連接，采用彈性連接，切忌采用剛性連接

應用場合：

a、 當設備可能會有停電移動、慣性滑動會引起安全性問題時，比如：高度、長度的安全性測量設備、大型設備、起重類設備、水閘、工程機械、電梯、門機等，這類設備必須保證數據的穩定可靠，采用全行程編碼器

b、 無法判斷現場幹擾情況時（對于現場的變頻器、開關電源、接地狀況不明時）

c、 需要多個編碼器比較的同步糾偏、多個編碼器聯動的生産線、加工機械（CNC），此種情況下選用增量式編碼器會占用過多的CPU資源

d、 設備容易受到水氣、灰塵、振動影響時，（增量式編碼器為光學式，絕對值式編碼器為電磁式）

e、 設備運行時，不方便停機、檢修、修正時，絕對值編碼器可以保證其數據的穩定可靠，比如高速運轉的一些生成線，偏遠地區的自控設備

f、 高精度定位時，如機械手

4、 伺服電機的選型原則

a、連續工作扭 矩 < 伺服電機額定扭矩

b、瞬時最大扭矩 < 伺服電機最大扭矩 (加速時)

c慣量比 <電機規定的慣量比

d、連續工作速度 < 電機額定轉速

5、伺服電機選型計算步驟

a、确定機械系統的類型

b、确定機構的運行模式

C、計算負載慣量和慣量比

J=J1/(i²*η) J0

d、負載轉矩的計算

第二節 步進電機的選型計算

步進電機分3種：永磁式步進電機（PM）、反應式步進電機（VR）和相混合式步進電機（HB）。永磁式步進一般為兩相，轉矩和體積較小，步進角一般為7.5°或15°，多半用于價格低廉

的消費性産品；反應式步進一般為三相，可實現大轉矩輸出，步進角一般為1.5°，但噪聲和振動都很大，在歐美等發達國家20世紀80年代已被淘汰；混合式步進是指混合了永磁式和反應式的優點，它又分為兩相、三相和五相：兩相步進角一般為1.8°，三相步距角為0.9°，而五相步進角一般為0.72°。混進合式步進是工業運動控制應用最常見的電機。此外，按照電機驅動架構又可分為單極性（unipolar）和雙極性（bipolar）步進電機。

1、步進電機常用參數

A、相數：指電機内部的線圈組數

B、靜轉矩：電機在通電卻不轉動時，定子鎖住轉子的力矩

C、步距角：輸入一個電脈沖信号，步進電動機轉子相應的角位移

D、定位轉矩：電機在不通電情況下，定子鎖住轉子的力矩

E、拍數：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數或導電狀态用n表示

F、步進電動機的機座号：主要有35、39、42、57、86、110等

G矩頻特性曲線：輸出力矩與頻率的關系

2、步進電機選型時應注意的問題

A、步進電機的精度一般為步距角的3-5%，且不累積

B、力矩随轉速的升高而下降（變化明顯）,見矩頻特性曲線

C、注意電機的空載啟動頻率，（高于改值，不能正常啟動、丢步、堵轉），

啟動轉速一般為10-100轉，大負載的電機選用較低值

D、低頻時振動、噪聲明顯

a、通過增加減速機來避開共振區

b、更換驅動器，選用帶有細分功能的驅動器（此方法最為簡便）

c、更換步進電機，選用更小步距角的電機（此方法會較大提高成本）

d、采用小電流、低電壓進行驅動

e、增加磁性阻尼器(結構允許的情況下，加在電機軸上)

E、慣量較大的系統，應選用大機座号電機

F、最好不要使用整步狀态，整步狀态振動大

G、電機在600轉以下工作時，應采用小電流、低電壓、大電感來驅動

H、先選擇電機再選擇驅動器

I、電機的扭矩應至少大于3倍的計算扭矩

3、具體參數的選型計算

A、最大轉速

Vmax≤1000

過高轉速容易丢步，超多1000時，最好選用伺服電機

電機的效率較低

B、定位精度

定位精度有步距角和驅動器的細分功能共同決定，步距角與定位精度最少為2倍的關系

當有高精度要求，切忌單一的提高驅動器的細分，此方式不能保證輸出的精度，細分等級一般不大于1/4

C、轉動慣量的計算

此内容與伺服電機的選型一樣，請參照伺服電機的選型

D、扭矩的計算

a 步進電機扭矩計算常采用脈沖速度來計算

工作脈沖數=移動的距離/定位精度----A

運行脈沖速度（HZ）=A-f1*t1/t0-t1---f2（t1=0.25t0）

運行速度（r/min）=f2*步距角*60/360

負載轉矩的公式與伺服電機的選型公式一樣

加速扭矩=總慣量*π*步距角*（f2-f1）*/(180*t1)

總扭矩=（負載轉矩 加速扭矩）*安全系數---（安全系數一般取2以上）

E、慣量比的選擇

需要快速啟動的裝置，慣量比一般要小于4，如果不滿足以上慣量比，需考慮增加減速機，

F、根據矩頻特性曲線，選擇型号

4、選型計算實例

（1）一台四相八拍運行的步進電動機，通過一對減速齒輪，滾珠絲杠副帶動工作台移動。齒輪1的齒數選定為Z1=27，步進電動機轉子轉子齒數Zr=45，并設定步進電動機每走一步，工作台移動8μm。當絲杠導程t=8mm，時，試求齒輪2的齒數Z2。

（2）水平放置的滾珠絲杠選型計算

計算前需準備的基礎數據

工作台與工作物的總質量…m=40kg

滑動面的摩擦系數…………µ=0.05

滾珠螺杆的效率……………η ＝0.9（0.85-0.95）預壓螺帽的内部摩擦系數…µ0 ＝0.3（0.1-0.3）滾珠螺杆的軸徑……………DB＝15mm滾珠螺杆的全長……………LB＝600mm滾珠螺杆的材質密度……………ρ ＝ 7.9× 103[kg/m3]）滾珠螺杆的螺距……………PB＝＝ 15mm定位精度………………………Δl＝ 0.03mm移動量………………………l ＝ 180mm定位時間……………………t0＝ 0.8 s

★①計算最小分辨率

最小分辨率 θs＝ 360°×定位精度（△l）/滾珠螺杆的螺距（PB）=0.72°

★②工作脈沖數A=180mm/0.03mm=6000

★③加減速時間t1=0.25*0.8=0.2s

★④運行脈沖速度f 2= A-f1*t1/t0-t1=6000/(0.8-0.2)=10000(HZ)

★⑤運行速度=f2*步距角*60/360=1200

★⑥負載轉矩

軸向負載F= mg（sina＋μcosa）=19.6

預緊力負載F0=⅓F=6.53

負載轉矩T1

=0.056

★⑦螺杆的慣量=

=0.236x10-4

負載的慣量=

=2.28x10-4

總慣量=JB JT=2.52X10-4

★⑧加速扭矩T2=總慣量*π*步距角*（f2-f1）*/(180*t1)=0.158

★⑨總扭矩=（T1 T2）*2=0.429

結合轉速和扭矩和矩頻曲線選取合适的電機

（3）滾珠絲杠豎直放置時

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