伺服電機、步進電機、絲杠、導軌的計算選擇

1、僅供個人參考For pers onal use only in study and research; not for commercial use伺服電機的選擇伺服電機： 伺服主要靠來定位，伺服電機接收到1個脈沖，就會旋轉 1個脈沖對應的角度，從而實現(xiàn)位移；可以將信號轉化為和轉速以驅動控制對象。伺服電機內部的轉子是永磁鐵，驅動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉子在此磁場的作用下轉動，同時電機自帶的編碼器反饋給驅動器，驅動器根據反饋值與目標值進行比較，調整轉子轉動的角度。伺服電 機的精度決定于編碼器的精度（線數）。閉環(huán)半閉環(huán)：格蘭達的設備用伺服電機都是半閉環(huán)，只是編碼器發(fā)出多少個脈沖，無法

2、進行反饋值和目標 值的比較；如是閉環(huán)則使用光柵尺進行反饋。開環(huán)步進電機：則沒有記憶發(fā)出多少個脈沖。伺服：速度控制、位置控制、力矩控制增量式伺服電機：是沒有記憶功能，下次開始是從零開始；絕對值伺服電機：具有記憶功能，下次開始是從上次停止位置開始。伺服電機額定速度3000rpm，最大速度5000 rpm ；加速度一般設0.05 0.5s計算內容：1. 負載（有效）轉矩T伺服電機T勺額定轉矩2. 負載慣量J/伺服電機慣量J 10 （5倍以下為好）3. 加、減速期間伺服電機要求的轉矩 伺服電機的最大轉矩4. 最大轉速 電機額定轉速伺服電機：編碼器 分辨率2500puls/圈；則控制器發(fā)出2500個脈沖

3、，電機轉一圈。1. 確定機構部。另確定各種機構零件（絲杠的長度、導程和帶輪直徑等）細節(jié)。典型機構：滾珠絲杠機構、皮帶傳動機構、齒輪齒條機構等2. 確定運轉模式。（加減速時間、勻速時間、停止時間、循環(huán)時間、移動距離）運轉模式對電機的容量選擇影響很大，加減速時間、停止時間盡量取大，就可以選擇小容量電機3. 計算負載慣量J和慣量比（xkg.）。根據結構形式計算慣量比。負載慣量J/伺服電機慣量J 10 單位不得用于商業(yè)用途僅供個人參考（ xkg. ）計算負載慣量后預選電機，計算慣量比4. 計算轉速 N【r/min 】。 根據移動距離、加速時間 ta 、減速時間 td 、勻速時間 tb 計算電機轉速。計

4、算最高速度 Vmax x ta x Vmax + tb x Vmax + x td x Vmax = 移動距離則得 Vmax=0.334m/s（假設）則最高轉速：要轉換成 N【 r/min 】，1 ）絲桿轉1圈的導程為Ph=0.02m （假設）最高轉速Vmax=0.334m/s （假設N = Vmax/Ph = 0.334/0.02=16.7（r/s ）= 16.7 x 60 = 1002（r/min ） 3000（ 電機額定轉速 ）2）帶輪轉1全周長=0.157m （假設）最高轉速Vmax=1.111 （m/s）N = Vmax/Ph = 1.111/0.157 = 7.08（r/s ）=

5、7.08 x 60 = 428.8（r/min ） 3000（ 電機額定轉速 ）5. 計算轉矩 T【N . m 】。 根據負載慣量、加減速時間、勻速時間計算電機轉矩。計算移動轉矩、加速轉矩、減速轉矩確認最大轉矩：加減速時 轉矩最大 電機最大轉矩確認有效轉矩： 有效（負載）轉矩 電機額定轉矩6. 選擇電機 。 選擇能滿足 35項條件的電機。1. 轉矩N.m : 1 ）峰值轉矩：運轉過程中（主要是加減速）電機所需要的最大轉矩；為電機最大轉矩的80%以下。2 ）移動轉矩、 停止時的保持轉矩： 電機長時間運行所需轉矩； 為電機 額定轉矩 的80%以下。3 ）有效轉矩：運轉、停止全過程所需轉矩的平方平均

6、值的單位時間數值；為電機額定轉矩的 80%以下。Ta ：加速轉矩 ta: 加速時間 Tf ：移動轉矩 tb ：勻速時間 Td ：減速轉矩 td ：減速時間 tc ： 循環(huán)時間2. 轉速：最高轉速 運轉時電機的最高轉速：大致為額定轉速以下； （最高轉速時需要注意轉矩和溫度的 上升）3. 慣量：保持某種狀態(tài)所需要的力 不得用于商業(yè)用途僅供個人參考步進電機步進：是將電信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的；同時可以通過控制來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。1.步進電機的最大速度 6001200rpm加速度一般設0.1s1

7、s1. 確定驅動機械結構2.確定運動曲線3.計算負荷轉矩4.計算負荷慣量5.計算啟動轉矩6.計算必須轉矩7電機選型8選型電機驗算9選型完成選定電機：1. 負載慣量J/伺服電機慣量J負載轉矩T3. 在最大脈沖速度f0時，離開轉矩（是不是必須轉矩）負載轉矩T步進選型計算見（KINCO步進選型中12頁的例題）伺服選型計算見（松下伺服選型計算伺服電機選型方法）1千克 米（kg m） = 9.8牛頓 米（N m）。脈沖當量（即運動精度）&= 0.05（0.05為重復定位精度）200為兩相步進電機的脈沖數m為細分數200=360/1.8 i減速比1/xC電機轉一圈的周長無減速比電機轉一圈絲杠走一個導程電機

8、轉速（r/s ） V= p為脈沖頻率例：已知齒輪減速器的傳動比為 1/16，步進電機步距角為1.5 細分數為4細分，滾珠絲杠的基本導程為 4mm。問：脈沖當量是多少？脈沖當量 是每一個脈沖滾珠絲杠移動的距離滾珠絲杠導程為4mm，滾珠絲杠每轉 360滾珠絲杠移動一個導程也就是 4mm那么每一度移動（4/360） mm電機4細分，步距角為1.5 則每一個脈沖，步進電動機轉1.5/4那么一個脈沖，通過減速比，則絲杠轉動（1.5/4） * （1/16）度那么每個脈沖滾珠絲杠移動距離（及脈沖當量）&:&=（ 1.5/4）*（ 1/16）*（ 4/360） =0.0003mm 或者&= =60*1000*

9、v/（N/A）1.Ph:絲桿導程 mm 2.V ：預定的最高進給速度 m/s 3.N ：馬達使用轉速 rpm 4.A ：減速比3. 直徑。（負載確定直徑） 動載荷、靜載荷；計算推力，一般只看動載荷軸向負荷的計算：u摩擦系數；a=Vmax/t加速度；t加減速時間；水平時：加速時承受最大軸向載荷，減速時承受最小載荷；垂直時：上升時承受最大軸向載荷，下 降時承受最小載荷；1. 加速時（上升） N： Fmax=u*m*g+f-m*a 2. 減速時（下降） N： Fmin=u*m*g+f-m*a 3. 勻速時 N ： F勻=u*m*g+fu因螺桿軸 直徑越細，螺桿軸的容許軸向負荷越小4. 長度 。（總長

10、 =工作行程 +螺母長度 +安全余量 +安裝長度 +連接長度 +余量）。如果增加了防護，比如護套，需要把護套的伸縮比值（一般是 1： 8，即護套的最大伸長量除以 8）考慮進去。5. 支撐方式 。固定 - 固定固定 - 支撐 支撐 - 支撐 固定 - 自由6. 螺母 的選擇：7. 許用轉速 計算：螺桿軸直徑20mm、導程Ph=20mm 最高速度Vmax = 1m/s貝：最高轉速 Nmax=Vmax * 60 * /Ph許用轉速 （臨界轉速） N1=r *（d1/）*r安裝方式決定的系數；d仁絲杠軸溝槽谷徑；1=安裝間距所以有：最高轉速 許用轉速8. 剛度的選擇 9. 選擇馬達*驗證： 剛度驗證、

11、精度等級的驗證、壽命選擇、驅動轉矩的選擇*滾珠絲杠副預緊 ： 1.方式：雙螺母墊片預緊、單螺母變位導程預緊、單螺母增大滾珠直徑預緊；2. 目的：消除滾珠絲杠副的軸向間隙、增大滾珠絲杠副的剛性、*DN直：D :滾珠絲杠副的公稱直徑，也為滾珠中心處的直徑 （mm； N :滾珠絲杠副的極限轉速（rpm）*導程精度、定位精度、重復定位精度導程精度：1.有效行程Lu內的平均行程偏差 e （ um）, ep=2* （Lu/300 ） * V300=C ；2.任意300mr行程內行程變動量 V300（um）, V300=定位精度： 1）. 導程精度 2 ）.軸向間隙 3 ）傳動系統(tǒng)的軸向剛性 4） 熱變形

12、5 ）絲杠的運動 重復定位精度：預緊到負間隙的絲杠，重復定位精度趨于零；直線導軌的選擇1. 直線導軌的運動精度：1） 運動精度：a:滑塊頂面中心對導軌基準底面的平行度；b:與導軌基準側面同側的滑塊側面對導軌 基準側面的平行度。2） 綜合精度：a：滑塊上頂面與導軌基準底面高度H的極限偏差；b :同一平面上多個滑塊頂面高度H的變動量；c:與導軌基準側面同側的滑塊側面對導軌基準側面間距離W的極限偏差；d:同一導軌上多個滑塊側面對導軌基準側面W的變動量。3） 導軌上有超過兩個以上的導軌，只檢驗首尾兩個滑塊，中間的不做W檢驗，但中間的 W應小于首 尾的 W1。2. 選擇：1- -確定軌寬。軌寬指滑軌的寬

13、度。軌寬是決定其負載大小的關鍵因素之一2- - 確定軌長。這個長度是軌的總長，不是行程。全長=有效行程+滑塊間距（2個以上滑塊）+滑塊長度X滑塊數量 +兩端的安全行程，如果增加了防護罩，需要加上兩端防護罩的壓縮長度。3- -確定滑塊類型和數量。常用的滑塊是兩種：法蘭型，方形。前者高度低一點，但是寬一點，安裝孔是貫穿螺紋孔，后者高一 點，窄一點，安裝孔是螺紋盲孔。兩者均有短型、標準型和加長型之分（有的品牌也稱為中負荷、重 負荷和超重負荷） ，主要的區(qū)別是滑塊本體 （金屬部分） 長度不同， 當然安裝孔的孔間距也可能不同， 多數短型滑塊只有 2個安裝孔?；瑝K的數量應由用戶通過計算確定，在此只推薦一條

14、：少到可以承載， 多到可以安裝?；瑝K類型和數量與滑軌寬度構成負載大小的三要素。4- -確定精度等級。任何廠家的產品都會標注精度等級，有些廠家的標注比較科學，一般采用該等級名稱的第一個字母，如普通級標N，精密級標P。5- -確定其他參數除上述4個主要參數外，還有一些參數需要確定，例如組合高度類型、預壓等級等。預壓等級高的表示滑塊和滑軌之間的間隙小或為負間隙，預壓等級低的反之。感官區(qū)別就是等級高的滑塊滑動阻 力大，等級低的阻力小。表示方法得看廠家選型樣本，等級數有3級的，也有5級的。等級的選擇要看用戶的實際使用場合，大致的原則是滑軌規(guī)格大、負載大、有沖擊、精度高的場合可以選預壓等級 高一點的，反之

15、選低一點。提示：1-預壓等級與質量無關，2 預壓等級與滑軌使用精度成正比，與使用壽命成反比。尺寸鏈的基本術語1. 尺寸鏈一一在機器裝配或零件加工過程中，由相互連接的尺寸形成封閉的尺寸組，稱為尺寸鏈。間隙 A0與其它尺寸連接成的封閉尺寸組，形成尺寸鏈。2. 環(huán)一一列入尺寸鏈中的每一個尺寸稱為環(huán)，A0、A1、A2、A3都是環(huán)。長度環(huán)用大寫斜體拉丁字母A, B,C 表示；角度環(huán)用小寫斜體希臘字母a , 3等表示。3. 圭寸閉環(huán)尺寸鏈中在裝配過程或加工過程后自然形成的一環(huán)稱為圭寸閉環(huán)。圭寸閉環(huán)的下角標0”表示。4. 組成環(huán)一一尺寸鏈中對封閉環(huán)有影響的全部環(huán)，稱為組成環(huán)。組成環(huán)的下角標用阿拉伯數字表示。

16、5. 增環(huán)一一尺寸鏈中某一類組成環(huán)，當其他組成環(huán)的大小不變，若封閉環(huán)隨著某組成環(huán)的增大而增大，則該組成環(huán)為增環(huán)。6. 減環(huán)尺寸鏈中某一類組成環(huán)，當其他組成環(huán)的大小不變，若封閉環(huán)隨著某組成環(huán)的減小而減小，則該組成環(huán)為減環(huán)。7. 補償環(huán)一一尺寸鏈中預先選定某一組成環(huán)，可以通過改變其大小或位置，使封閉環(huán)達到規(guī)定的要求，該組成環(huán)為補償環(huán)。封閉環(huán)：基本尺寸：A0=Ap1+Ap2 -Aq3上偏差：ES0=ESp1+ESp2-Elq3 下偏差：EI0=Elp1+Elp2-ESq3A0: 封閉環(huán) Ap1 、Ap2 :增環(huán) Aq3 :減環(huán)封閉環(huán)基本尺寸=所有增環(huán)基本尺寸-所有減環(huán)基本尺寸；封閉環(huán)的上偏差=所有增

17、環(huán)的上偏差一所有減環(huán)的下偏差；封閉環(huán)的下偏差=所有增環(huán)的下偏差一所有減環(huán)的上偏差。1 退火：指金屬材料加熱到適當的溫度，保持一定的時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝（隨爐冷卻）。常見的退火工藝有：再結晶退火、去應力退火、球化退火、完全退火等。退火的目的：主要是降低金屬材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或壓力加工，減少殘余應力，提高組織和成分的均勻化，或為后道熱處理作好組織準備等。2正火：指將鋼材或鋼件加熱到或（鋼的上臨界點溫度）以上，3050C保持適當時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理的工藝。正火的目的：主要是提高的 力學性能，改善切削加工性，細化晶粒， 消除組織，為后道熱處理作好組織準備等。3淬

18、火：指將鋼件加熱到 Ac3或Ac1 （鋼的下臨界點溫度）以上某一溫度，保持一定的時間，然后以適當的冷卻速度，獲得馬氏體（或）組織的熱處理工藝。常見的淬火工藝有淬火，馬氏體分級淬火，表面淬火和等。淬火的目的：使鋼件獲得所需的馬氏體組織，提高工件的硬度，強度和耐磨性，為后道熱處理作好組織準備等。4回火：指鋼件經淬硬后，再加熱到 Ac1以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。常見的回火工藝有：低溫回火，高溫回火和等。回火的目的：主要是消除鋼件在淬火時所產生的應力，使鋼件具有高的硬度和耐磨性外，并具 有所需要的塑性和韌性等。5 調質：指將鋼材或鋼件進行淬火及高溫回火的復合熱處理工藝。使用于調質處理的鋼稱。它一般是指 中碳結構鋼和中碳。6滲碳：滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過程。