伺服電機(jī)選型

1、伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)概述概述 (1) (1) 伺服系統(tǒng)的一般組成伺服系統(tǒng)的一般組成 (2) (2) 伺服系統(tǒng)的分類伺服系統(tǒng)的分類 (3) (3) 機(jī)電一體化裝備對伺服系統(tǒng)的要求機(jī)電一體化裝備對伺服系統(tǒng)的要求 伺服系統(tǒng)的一般組成伺服系統(tǒng)的一般組成 控制器控制器 + + 功率放大功率放大 + + 執(zhí)行元件執(zhí)行元件+ + 機(jī)械部件機(jī)械部件 + + 檢測裝置檢測裝置 伺服系統(tǒng)的分類伺服系統(tǒng)的分類 按執(zhí)行元件分類按執(zhí)行元件分類 伺服系統(tǒng)的分類伺服系統(tǒng)的分類 按控制原理分類按控制原理分類機(jī)電一體化裝備對伺服系統(tǒng)的要求機(jī)電一體化裝備對伺服系統(tǒng)的要求 穩(wěn)、穩(wěn)、 準(zhǔn)、準(zhǔn)、 快快 1 1）、高的穩(wěn)定性）、高的穩(wěn)定性

2、裝備正常工作的先決條件裝備正常工作的先決條件 2 2）、快速性）、快速性 配合控制計(jì)算機(jī)的快速需要配合控制計(jì)算機(jī)的快速需要 3 3）、高精度）、高精度 高精度機(jī)電裝備的需要高精度機(jī)電裝備的需要5.4 機(jī)電裝備伺服系統(tǒng)的機(jī)電裝備伺服系統(tǒng)的動(dòng)力方法設(shè)計(jì)動(dòng)力方法設(shè)計(jì)機(jī)電裝備的特點(diǎn)？的特點(diǎn)？與普通裝備相比與普通裝備相比 伺服系統(tǒng)的動(dòng)力方法設(shè)計(jì)伺服系統(tǒng)的動(dòng)力方法設(shè)計(jì) 動(dòng)力方法設(shè)計(jì)是在一般機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其動(dòng)力方法設(shè)計(jì)是在一般機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其目的是確定伺服電機(jī)的型號(hào)以及電機(jī)與機(jī)械系統(tǒng)的參數(shù)目的是確定伺服電機(jī)的型號(hào)以及電機(jī)與機(jī)械系統(tǒng)的參數(shù)相互匹配，但不計(jì)算控制器的參數(shù)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，因相互匹配

3、，但不計(jì)算控制器的參數(shù)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，因此這種方法屬于靜態(tài)設(shè)計(jì)范疇此這種方法屬于靜態(tài)設(shè)計(jì)范疇 對于電氣式伺服系統(tǒng)來說，就是要根據(jù)伺服系統(tǒng)對于電氣式伺服系統(tǒng)來說，就是要根據(jù)伺服系統(tǒng)的負(fù)載情況，確定伺服電機(jī)的型號(hào)這就是伺服電機(jī)與的負(fù)載情況，確定伺服電機(jī)的型號(hào)這就是伺服電機(jī)與機(jī)械負(fù)載的匹配問題，即伺服系統(tǒng)的動(dòng)力方法設(shè)計(jì)機(jī)械負(fù)載的匹配問題，即伺服系統(tǒng)的動(dòng)力方法設(shè)計(jì)。 在設(shè)計(jì)伺服系統(tǒng)時(shí)在設(shè)計(jì)伺服系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)當(dāng)選定了伺服系統(tǒng)的了伺服系統(tǒng)的類型以后需要以后需要選定執(zhí)行執(zhí)行元件。 對于電氣式伺服系統(tǒng)來說，就是要根據(jù)伺服系對于電氣式伺服系統(tǒng)來說，就是要根據(jù)伺服系統(tǒng)的負(fù)載情況，統(tǒng)的負(fù)載情況，確定伺服電機(jī)的伺服電機(jī)的

4、型號(hào) 這就是伺服電機(jī)與機(jī)械負(fù)載的匹配問題，即伺這就是伺服電機(jī)與機(jī)械負(fù)載的匹配問題，即伺服系統(tǒng)的動(dòng)力方法設(shè)計(jì)。服系統(tǒng)的動(dòng)力方法設(shè)計(jì)。 伺服電機(jī)與機(jī)械負(fù)載的匹配主要是指 慣量、容量和和速度的匹配的匹配一、一、慣量匹配慣量匹配二、二、容量匹配三、三、速度匹配四四、伺服電機(jī)的選擇實(shí)例機(jī)電裝備伺服系統(tǒng)的動(dòng)力方法設(shè)計(jì)（一）等效負(fù)載慣量（一）等效負(fù)載慣量J J ，的計(jì)算，的計(jì)算 旋轉(zhuǎn)機(jī)械與直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械慣量，旋轉(zhuǎn)機(jī)械與直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械慣量， 按照能量守恒定律，通過等效換算，均可用轉(zhuǎn)按照能量守恒定律，通過等效換算，均可用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來表示。動(dòng)慣量來表示。 是指伺服系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)物體的慣量折算到驅(qū)動(dòng)軸是指伺服系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)物

5、體的慣量折算到驅(qū)動(dòng)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。一、慣量匹配一、慣量匹配（一）等效負(fù)載慣量（一）等效負(fù)載慣量J J ，的計(jì)算，的計(jì)算1 聯(lián)動(dòng)回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量聯(lián)動(dòng)回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 在機(jī)電系統(tǒng)中，經(jīng)常使用齒輪副、皮帶輪及其它回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件來傳動(dòng)，傳在機(jī)電系統(tǒng)中，經(jīng)常使用齒輪副、皮帶輪及其它回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件來傳動(dòng)，傳動(dòng)時(shí)要進(jìn)行加速、減速、停止等控制，在一般情況下，選用電機(jī)軸為控制軸，動(dòng)時(shí)要進(jìn)行加速、減速、停止等控制，在一般情況下，選用電機(jī)軸為控制軸，因此，整個(gè)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要換算到電機(jī)軸上。當(dāng)選用其它軸作為控制軸時(shí)，因此，整個(gè)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要換算到電機(jī)軸上。當(dāng)選用其它軸作為控制軸時(shí)，此時(shí)應(yīng)對特

6、定的軸求等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，計(jì)算方法是相同的此時(shí)應(yīng)對特定的軸求等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，計(jì)算方法是相同的一、慣量匹配一、慣量匹配如圖所示，軸如圖所示，軸1 為為電機(jī)軸，軸電機(jī)軸，軸2 為齒為齒輪軸，它們的轉(zhuǎn)速輪軸，它們的轉(zhuǎn)速分別為分別為n ，和幾：，和幾：軸軸1 、小齒輪和電、小齒輪和電機(jī)轉(zhuǎn)子對軸機(jī)轉(zhuǎn)子對軸1 的轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，而軸動(dòng)慣量為，而軸2 和大齒輪對軸和大齒輪對軸2 的的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為。（一）等效負(fù)載慣量（一）等效負(fù)載慣量J J ，的計(jì)算，的計(jì)算1 聯(lián)動(dòng)回轉(zhuǎn)體聯(lián)動(dòng)回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能各為 一、慣量匹配一、慣量匹配2111J21E現(xiàn)在的控制軸為軸1 ，將軸2 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量換算到

7、對軸1 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)，根據(jù)能量守恒定理，轉(zhuǎn)換時(shí)能量守恒，則2222J21E2112222|J|21J21（一）等效負(fù)載慣量（一）等效負(fù)載慣量J J ，的計(jì)算，的計(jì)算1 聯(lián)動(dòng)回轉(zhuǎn)體聯(lián)動(dòng)回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 一、慣量匹配一、慣量匹配所以上式中所以上式中 軸軸2 2 對軸對軸l l 的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。推廣到一般多軸傳動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)各軸的轉(zhuǎn)速分別為推廣到一般多軸傳動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)各軸的轉(zhuǎn)速分別為n1n1、n2n2、n3n3、 、nknk各軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為各軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為J1J1、J2J2、J3J3、JKJK，所有的軸對軸所有的軸對軸1 1 的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 kjjjkkk

8、nnJnnJnnJnnJJJ12122123212211（一）等效負(fù)載慣量（一）等效負(fù)載慣量J J ，的計(jì)算，的計(jì)算一、慣量匹配一、慣量匹配2 直線運(yùn)動(dòng)物體直線運(yùn)動(dòng)物體的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 在機(jī)電系統(tǒng)中，機(jī)械裝置不僅有作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的部在機(jī)電系統(tǒng)中，機(jī)械裝置不僅有作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的部分，還有作直線運(yùn)動(dòng)的部分。分，還有作直線運(yùn)動(dòng)的部分。 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量雖然是對回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提出的概念，但從本轉(zhuǎn)動(dòng)慣量雖然是對回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提出的概念，但從本質(zhì)上說它是表示慣性的一個(gè)量，質(zhì)上說它是表示慣性的一個(gè)量， 直線運(yùn)動(dòng)也是有慣性的，所以通過適當(dāng)?shù)淖儞Q也直線運(yùn)動(dòng)也是有慣性的，所以通過適當(dāng)?shù)淖儞Q也可以借用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來表示它的慣性可以借用轉(zhuǎn)

9、動(dòng)慣量來表示它的慣性（一）等效負(fù)載慣量（一）等效負(fù)載慣量J J ，的計(jì)算，的計(jì)算一、慣量匹配一、慣量匹配 2 直線運(yùn)動(dòng)物體的等效轉(zhuǎn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)物體的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量慣量 圖圖 表示伺服電機(jī)通過絲杠驅(qū)動(dòng)進(jìn)表示伺服電機(jī)通過絲杠驅(qū)動(dòng)進(jìn)給工作臺(tái)，現(xiàn)在求該工作臺(tái)對特定的控制給工作臺(tái)，現(xiàn)在求該工作臺(tái)對特定的控制軸（如電機(jī)軸）的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。設(shè)軸（如電機(jī)軸）的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。設(shè)m m 為為工作臺(tái)的質(zhì)量，工作臺(tái)的質(zhì)量，v v 為工作臺(tái)的移動(dòng)速度，為工作臺(tái)的移動(dòng)速度，JmJm為為m m 對電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，對電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，n n 為為電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速（電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速（r / min r / min ）。直線運(yùn)動(dòng)工

10、）。直線運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)的動(dòng)能為作臺(tái)的動(dòng)能為221mVE 假設(shè)將此能量轉(zhuǎn)換成電機(jī)軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的能假設(shè)將此能量轉(zhuǎn)換成電機(jī)軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的能量，根據(jù)能量守恒定理得量，根據(jù)能量守恒定理得 222900nmVJm 所以所以 222602212121nJJmVEmm（一）等效負(fù)載慣量（一）等效負(fù)載慣量J J ，的計(jì)算，的計(jì)算一、慣量匹配一、慣量匹配 2 直線運(yùn)動(dòng)物體直線運(yùn)動(dòng)物體 的 等效轉(zhuǎn)動(dòng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量慣量 推廣到一般情況，設(shè)有推廣到一般情況，設(shè)有k k 個(gè)直線運(yùn)動(dòng)的個(gè)直線運(yùn)動(dòng)的物體，由一個(gè)軸驅(qū)動(dòng)，各物體的質(zhì)量分別為物體，由一個(gè)軸驅(qū)動(dòng)，各物體的質(zhì)量分別為m1m1、m2m2、m3m3、mkmk，各物體的速度分別為，各

11、物體的速度分別為v1v1、v2v2、v3v3、vkvk，控制的轉(zhuǎn)速為，控制的轉(zhuǎn)速為n1n1， 則對控制軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為則對控制軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 kjjjkknVmnVmnVmnVmJ1212212123211121900900（一）等效負(fù)載慣量（一）等效負(fù)載慣量J J ，的計(jì)算，的計(jì)算一、慣量匹配一、慣量匹配3 3 回轉(zhuǎn)和直線聯(lián)動(dòng)回轉(zhuǎn)和直線聯(lián)動(dòng)裝置的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量裝置的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 在有的機(jī)電系統(tǒng)中，既有作回在有的機(jī)電系統(tǒng)中，既有作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的部件，也有作直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的部件，也有作直線運(yùn)動(dòng)的部件。部件。 綜合以上兩種情況就可以得到綜合以上兩種情況就可以得到回轉(zhuǎn)一直線運(yùn)動(dòng)裝置的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣回轉(zhuǎn)

12、一直線運(yùn)動(dòng)裝置的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。量。 對特定的控制軸對特定的控制軸i i （例如電機(jī)（例如電機(jī)軸）的整個(gè)裝置的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，軸）的整個(gè)裝置的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，按下式計(jì)算按下式計(jì)算 kjijjkjijjnVmnnJJ122121900式中式中k k 構(gòu)成裝置的回轉(zhuǎn)軸的個(gè)數(shù)；構(gòu)成裝置的回轉(zhuǎn)軸的個(gè)數(shù)；k k 構(gòu)成裝置的直線運(yùn)動(dòng)部件的構(gòu)成裝置的直線運(yùn)動(dòng)部件的個(gè)數(shù)；個(gè)數(shù)；nini特定控制軸特定控制軸i i 的轉(zhuǎn)速；的轉(zhuǎn)速；njnj任意回轉(zhuǎn)軸任意回轉(zhuǎn)軸j j 的轉(zhuǎn)速；的轉(zhuǎn)速；vj vj 任意直線運(yùn)動(dòng)部件任意直線運(yùn)動(dòng)部件j j 的移動(dòng)的移動(dòng)速度；速度；JjJj對任意回轉(zhuǎn)軸對任意回轉(zhuǎn)軸j j 的回轉(zhuǎn)體的的回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)

13、動(dòng)慣量；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；mjmj任意直線運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量。任意直線運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量。（二）慣量匹配原則（二）慣量匹配原則 一、慣量匹配一、慣量匹配1 1步進(jìn)電機(jī)的慣量匹配條件步進(jìn)電機(jī)的慣量匹配條件 負(fù)載慣量負(fù)載慣量JL JL 的大小對電機(jī)的靈敏的大小對電機(jī)的靈敏度、系統(tǒng)精度和動(dòng)態(tài)性能有明顯的影響，度、系統(tǒng)精度和動(dòng)態(tài)性能有明顯的影響，在一個(gè)伺服系統(tǒng)中，負(fù)載慣量在一個(gè)伺服系統(tǒng)中，負(fù)載慣量JL JL 和電和電機(jī)的慣量機(jī)的慣量 Jm Jm 必須合理匹配必須合理匹配 根據(jù)不同的電機(jī)類型，匹配條件有根據(jù)不同的電機(jī)類型，匹配條件有所不同。所不同。 為了使步進(jìn)電為了使步進(jìn)電機(jī)具有良好的起動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)能力及較快的響

14、應(yīng)能力及較快的響應(yīng)速度，通常推薦：速度，通常推薦： 4mLJJmLmLJJff1 由于步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)矩頻特性曲由于步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)矩頻特性曲線是在空載下作出的，檢查其起動(dòng)能力線是在空載下作出的，檢查其起動(dòng)能力時(shí)應(yīng)考慮慣性負(fù)載對起動(dòng)頻率的影響，時(shí)應(yīng)考慮慣性負(fù)載對起動(dòng)頻率的影響，即根據(jù)起動(dòng)慣頻特性曲線找出帶慣性負(fù)即根據(jù)起動(dòng)慣頻特性曲線找出帶慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率，然后，再查其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩載的起動(dòng)頻率，然后，再查其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和計(jì)算起動(dòng)時(shí)間。和計(jì)算起動(dòng)時(shí)間。 當(dāng)在起動(dòng)慣矩特性曲線查不到帶慣當(dāng)在起動(dòng)慣矩特性曲線查不到帶慣性負(fù)載時(shí)的最大起動(dòng)頻率時(shí)，可用下式性負(fù)載時(shí)的最大起動(dòng)頻率時(shí)，可用下式近似計(jì)算：近似計(jì)算：式中式中

15、 fL fL 帶慣性負(fù)載的最大自起動(dòng)頻率；帶慣性負(fù)載的最大自起動(dòng)頻率； fm fm 電機(jī)本身的最大空載起動(dòng)頻率；電機(jī)本身的最大空載起動(dòng)頻率； JL JL 折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； JmJm電機(jī)軸轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。電機(jī)軸轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。當(dāng)當(dāng) mfLf5 . 0mLJJ3 3 時(shí)時(shí) （二）慣量匹配原則（二）慣量匹配原則 一、慣量匹配一、慣量匹配2 2交、直流伺服電機(jī)的慣量匹配原則交、直流伺服電機(jī)的慣量匹配原則( l )( l )對于采用對于采用慣慣量較小量較小的直流伺服的直流伺服電機(jī)的伺服系統(tǒng)電機(jī)的伺服系統(tǒng) 直流伺服電機(jī)直流伺服電機(jī) 的慣量匹配與伺服電機(jī)的種類及其應(yīng)用場合

16、有關(guān)，通常分的慣量匹配與伺服電機(jī)的種類及其應(yīng)用場合有關(guān)，通常分 兩兩種情況：種情況：mLJJ通常推薦為通常推薦為4mLJJ當(dāng)當(dāng)mLJJ3 3 時(shí)對電機(jī)的靈敏度和響應(yīng)時(shí)間有很大的影響，甚至使伺時(shí)對電機(jī)的靈敏度和響應(yīng)時(shí)間有很大的影響，甚至使伺服放大器不能在正常調(diào)節(jié)范圍內(nèi)工作。服放大器不能在正常調(diào)節(jié)范圍內(nèi)工作。 小慣量直流伺服電機(jī)的慣量低達(dá)小慣量直流伺服電機(jī)的慣量低達(dá)23105mkgJm其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩慣量比大，慣量比大， 機(jī)械時(shí)間常數(shù)小加速能力強(qiáng)，所以其動(dòng)態(tài)性能好，響應(yīng)快。但是，使用小慣量電機(jī)時(shí)機(jī)械時(shí)間常數(shù)小加速能力強(qiáng)，所以其動(dòng)態(tài)性能好，響應(yīng)快。但是，使用小慣量電機(jī)時(shí)容易發(fā)生對電源頻率的響

17、應(yīng)共振，當(dāng)存在間隙、死區(qū)時(shí)容易造成振蕩和蠕動(dòng)，這才提出容易發(fā)生對電源頻率的響應(yīng)共振，當(dāng)存在間隙、死區(qū)時(shí)容易造成振蕩和蠕動(dòng)，這才提出了了“慣量匹配原則慣量匹配原則”，并在數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)采用大慣量電機(jī)。，并在數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)采用大慣量電機(jī)。（二）慣量匹配原則（二）慣量匹配原則 一、慣量匹配一、慣量匹配2 2交、直流伺服電機(jī)的慣量匹配原則交、直流伺服電機(jī)的慣量匹配原則( 2 )( 2 )對于采用對于采用大慣量大慣量的直流的直流伺服電機(jī)的伺服伺服電機(jī)的伺服系統(tǒng)系統(tǒng) 直流伺服電機(jī)直流伺服電機(jī) 的慣量匹配與伺服電機(jī)的種類及其應(yīng)用場合有關(guān)，通常的慣量匹配與伺服電機(jī)的種類及其應(yīng)用場合有關(guān)，通常分分兩

18、種情況兩種情況：mLJJ通常推薦為通常推薦為所謂大慣量是相對小慣量而言的，其數(shù)值所謂大慣量是相對小慣量而言的，其數(shù)值 大慣量寬調(diào)速直流伺服電機(jī)的特點(diǎn)是慣量大、轉(zhuǎn)矩大，且能在低速下提供額定轉(zhuǎn)矩，常常不需要傳大慣量寬調(diào)速直流伺服電機(jī)的特點(diǎn)是慣量大、轉(zhuǎn)矩大，且能在低速下提供額定轉(zhuǎn)矩，常常不需要傳動(dòng)裝置而與滾珠絲杠等直接相聯(lián)，而且受慣性負(fù)載的影響小，調(diào)速范圍大；動(dòng)裝置而與滾珠絲杠等直接相聯(lián)，而且受慣性負(fù)載的影響小，調(diào)速范圍大；熱時(shí)間常數(shù)有的長達(dá)熱時(shí)間常數(shù)有的長達(dá)100 min , 100 min , 比小慣量電機(jī)的熱時(shí)間常數(shù)比小慣量電機(jī)的熱時(shí)間常數(shù)2 2 3min 3min 長得多，并允許長時(shí)間的過載

19、。長得多，并允許長時(shí)間的過載。其轉(zhuǎn)矩其轉(zhuǎn)矩慣量比高于普通電機(jī)而低于小慣量電機(jī)，其快速性在使用上已經(jīng)足夠。慣量比高于普通電機(jī)而低于小慣量電機(jī)，其快速性在使用上已經(jīng)足夠。此外，由于其特殊構(gòu)造使其轉(zhuǎn)矩波動(dòng)系數(shù)很?。ù送?，由于其特殊構(gòu)造使其轉(zhuǎn)矩波動(dòng)系數(shù)很小（ 2 % 2 % ） ，因此，采用這種電機(jī)能獲得優(yōu)良的低速，因此，采用這種電機(jī)能獲得優(yōu)良的低速范圍的速度剛度和動(dòng)態(tài)性能，因而在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用較廣。范圍的速度剛度和動(dòng)態(tài)性能，因而在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用較廣。425. 0mLJJ26 . 01 . 0mkgJm交流伺服電機(jī)的慣量匹配與直流電機(jī)相似交流伺服電機(jī)的慣量匹配與直流電機(jī)相似一、一、慣量匹配二、

20、二、容量匹配容量匹配三、三、速度匹配四四、伺服電機(jī)的選擇實(shí)例機(jī)電裝備伺服系統(tǒng)的動(dòng)力方法設(shè)計(jì)二、容量匹配二、容量匹配 在選擇伺服電機(jī)時(shí)要根據(jù)電機(jī)的在選擇伺服電機(jī)時(shí)要根據(jù)電機(jī)的負(fù)載負(fù)載大小確定伺服大小確定伺服電機(jī)的電機(jī)的容量容量，即使電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩與被驅(qū)動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)，即使電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩與被驅(qū)動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)負(fù)負(fù)載載相匹配。相匹配。 若選擇若選擇容量偏小容量偏小的電機(jī)則可能在工作中出現(xiàn)的電機(jī)則可能在工作中出現(xiàn)帶不動(dòng)帶不動(dòng)的的現(xiàn)象，或現(xiàn)象，或電機(jī)發(fā)熱電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重，導(dǎo)致電機(jī)嚴(yán)重，導(dǎo)致電機(jī)壽命減小壽命減小。 反之，電機(jī)反之，電機(jī)容量過大容量過大，則，則浪費(fèi)浪費(fèi)了電機(jī)的了電機(jī)的“能力能力”，且相應(yīng)且相應(yīng)提高提高

21、了了成本成本，這也是不能容忍的。，這也是不能容忍的。 在進(jìn)行容量匹配時(shí)，對于不同種類的伺服電機(jī)匹配方法在進(jìn)行容量匹配時(shí)，對于不同種類的伺服電機(jī)匹配方法也不同。也不同。（一）等效轉(zhuǎn)矩的計(jì)算（一）等效轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 在機(jī)械運(yùn)動(dòng)與控制中，根據(jù)轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)將其分在機(jī)械運(yùn)動(dòng)與控制中，根據(jù)轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)將其分為：驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩TmTm、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL TL 、摩擦力矩、摩擦力矩TfTf和動(dòng)態(tài)和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩TaTa（慣性轉(zhuǎn)矩），它們之間的關(guān)系是（慣性轉(zhuǎn)矩），它們之間的關(guān)系是 二、容量匹配二、容量匹配 在伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，在伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)矩的匹配都是對特定軸轉(zhuǎn)矩的匹配都是對特定軸（一般都是電機(jī)軸）（

22、一般都是電機(jī)軸）的對特定軸的轉(zhuǎn)矩稱為的對特定軸的轉(zhuǎn)矩稱為等效轉(zhuǎn)矩。等效轉(zhuǎn)矩。 如果力矩直接作用在如果力矩直接作用在控制軸上，就沒有必要將控制軸上，就沒有必要將其換算成等效力矩，否則，其換算成等效力矩，否則，必須換算成等效力矩。必須換算成等效力矩。 faLmTTTT（一）等效轉(zhuǎn)矩的計(jì)算（一）等效轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 二、容量匹配二、容量匹配 1 1。等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T TL L 的計(jì)算的計(jì)算 負(fù)載轉(zhuǎn)矩根據(jù)其特征可分為負(fù)載轉(zhuǎn)矩根據(jù)其特征可分為工作負(fù)載工作負(fù)載（由工（由工藝條件決定）和藝條件決定）和 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，它們一般由專業(yè)機(jī)械，它們一般由專業(yè)機(jī)械作為設(shè)計(jì)的依據(jù)提供作為設(shè)計(jì)的依據(jù)提供 在這里

23、只討論負(fù)載轉(zhuǎn)矩?fù)Q算成等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的在這里只討論負(fù)載轉(zhuǎn)矩?fù)Q算成等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方法。如圖方法。如圖4 4 一一6666所示，軸所示，軸2 2 作用有負(fù)載力矩作用有負(fù)載力矩 ，將，將此力矩?fù)Q算成對控制軸此力矩?fù)Q算成對控制軸1 1 的等效負(fù)載力矩，。的等效負(fù)載力矩，。 根據(jù)能量守恒定理，單位時(shí)間內(nèi)，軸根據(jù)能量守恒定理，單位時(shí)間內(nèi)，軸2 2 負(fù)載力負(fù)載力矩所作的功與軸矩所作的功與軸1 1 等效負(fù)載所作的功是相等的，所以等效負(fù)載所作的功是相等的，所以 60260211222nTnTTELL1222nnTTLL 些機(jī)械裝置中有負(fù)載作用的軸不止一個(gè)，這時(shí)等效負(fù)載力矩的求法如下：些機(jī)械裝置中有負(fù)載作用的軸不止一

24、個(gè)，這時(shí)等效負(fù)載力矩的求法如下：設(shè)設(shè)TLjTLj為任意軸為任意軸j j 上的負(fù)載力矩，上的負(fù)載力矩， TLiTLi為對控制軸為對控制軸i i上的等效力矩，上的等效力矩，njnj和和nini分別為任意軸分別為任意軸j j 和控制軸和控制軸i i 上的轉(zhuǎn)速，上的轉(zhuǎn)速，k k 為負(fù)載軸的個(gè)數(shù)，則為負(fù)載軸的個(gè)數(shù)，則 kjijLjikLKiLiLiLnnTnnTnnTnnTT12211（一）等效轉(zhuǎn)矩的計(jì)算（一）等效轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 二、容量匹配二、容量匹配 2 2。等效摩擦轉(zhuǎn)矩等效摩擦轉(zhuǎn)矩TfTf的計(jì)算的計(jì)算 理論上等效摩擦力矩可以作比理論上等效摩擦力矩可以作比較精確的計(jì)算，但由于摩擦力矩的較精確的計(jì)算，但由

25、于摩擦力矩的計(jì)算比較復(fù)雜（摩擦力矩與摩擦系計(jì)算比較復(fù)雜（摩擦力矩與摩擦系數(shù)有關(guān)，而且在不同的條件下，摩數(shù)有關(guān)，而且在不同的條件下，摩擦系數(shù)不為常值，表現(xiàn)出一定的非擦系數(shù)不為常值，表現(xiàn)出一定的非線性，往往是估算出來的）所以在線性，往往是估算出來的）所以在實(shí)踐中等效摩擦力矩常根據(jù)機(jī)械效實(shí)踐中等效摩擦力矩常根據(jù)機(jī)械效率作近似的估算，率作近似的估算， 其基本理論依據(jù)是機(jī)械裝置大其基本理論依據(jù)是機(jī)械裝置大部分所損失的功率都是因?yàn)榭朔Σ糠炙鶕p失的功率都是因?yàn)榭朔Σ亮ψ鞴浪愕姆椒ㄊ牵涸诓亮ψ鞴浪愕姆椒ㄊ牵涸?IifIiiLTTTTT 控制精度要求不高，或控制精度要求不高，或者調(diào)整部分有裕度時(shí)，可根者

26、調(diào)整部分有裕度時(shí)，可根據(jù)類似機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)估算機(jī)械據(jù)類似機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)估算機(jī)械效率效率 ，由此機(jī)械效率推，由此機(jī)械效率推算等效摩擦力矩。算等效摩擦力矩。11TTiLif（一）等效轉(zhuǎn)矩的計(jì)算（一）等效轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 二、容量匹配二、容量匹配 3 3。等效慣性轉(zhuǎn)矩。等效慣性轉(zhuǎn)矩 TaTa的計(jì)算的計(jì)算 電機(jī)在變速時(shí)，需要一定的加速力矩，加速力矩的計(jì)算與電機(jī)電機(jī)在變速時(shí)，需要一定的加速力矩，加速力矩的計(jì)算與電機(jī)的加速形式有關(guān)：的加速形式有關(guān)：dtdJTLa（二）伺服電機(jī)的容量匹配原則（二）伺服電機(jī)的容量匹配原則 在進(jìn)行容量匹配時(shí)，對于不同種類的伺服電機(jī)匹配方法也不同在進(jìn)行容量匹配時(shí)，對于不同種類的伺服電機(jī)匹配方法

27、也不同 二、容量匹配二、容量匹配 1 1 步進(jìn)電機(jī)的容量匹配步進(jìn)電機(jī)的容量匹配 步進(jìn)電機(jī)的容量匹配比較步進(jìn)電機(jī)的容量匹配比較簡單，通常推薦：簡單，通常推薦： 4TTmaxL式中式中TL TL 工作過程中電機(jī)軸所受的最大等效負(fù)載力工作過程中電機(jī)軸所受的最大等效負(fù)載力矩；矩；Tmax Tmax 步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩。（二）伺服電機(jī)的容量匹配原則（二）伺服電機(jī)的容量匹配原則 二、容量匹配二、容量匹配 2 2 交、直流伺服電機(jī)的容交、直流伺服電機(jī)的容量匹配量匹配 直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩一速度特性曲線直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩一速度特性曲線分成連續(xù)工作區(qū)、斷續(xù)工作區(qū)和加減速工分成連續(xù)工作區(qū)、斷

28、續(xù)工作區(qū)和加減速工作區(qū)圖示是直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩一速度作區(qū)圖示是直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩一速度特性曲線特性曲線 圖中圖中a a 、b b 、c c 、d d、e e 五條曲線五條曲線組成了電機(jī)的三個(gè)區(qū)域，描述了電機(jī)輸組成了電機(jī)的三個(gè)區(qū)域，描述了電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和速度之間的關(guān)系。在規(guī)定的連出轉(zhuǎn)矩和速度之間的關(guān)系。在規(guī)定的連續(xù)工作區(qū)內(nèi)，速度和轉(zhuǎn)矩的任何組合都續(xù)工作區(qū)內(nèi)，速度和轉(zhuǎn)矩的任何組合都可長時(shí)間連續(xù)工作可長時(shí)間連續(xù)工作 而在斷續(xù)工作區(qū)內(nèi)，電機(jī)只允許短時(shí)間工作或周期性間歇工作，即而在斷續(xù)工作區(qū)內(nèi)，電機(jī)只允許短時(shí)間工作或周期性間歇工作，即工作一段時(shí)間，停歇一段時(shí)間，間歇循環(huán)允許工作時(shí)間的長短因載荷工作一段時(shí)間

29、，停歇一段時(shí)間，間歇循環(huán)允許工作時(shí)間的長短因載荷大小而異。大小而異。 加減速區(qū)的意思是指電機(jī)在該區(qū)域中供加減速期間工作加減速區(qū)的意思是指電機(jī)在該區(qū)域中供加減速期間工作（二）伺服電機(jī)的容量匹配原則（二）伺服電機(jī)的容量匹配原則 二、容量匹配二、容量匹配 2 2 交、直流伺服電機(jī)的容量匹配交、直流伺服電機(jī)的容量匹配 曲線曲線a a 為電機(jī)溫度限制線，在此曲線上為電機(jī)溫度限制線，在此曲線上電機(jī)達(dá)到絕緣所允許的極限值，故只允許電電機(jī)達(dá)到絕緣所允許的極限值，故只允許電機(jī)在此曲線內(nèi)長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行。曲線機(jī)在此曲線內(nèi)長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行。曲線c c 為電為電機(jī)最高轉(zhuǎn)速限制線，隨著轉(zhuǎn)速上升，電樞電機(jī)最高轉(zhuǎn)速限制線，隨著

30、轉(zhuǎn)速上升，電樞電壓升高，整流子片間電壓加大，超過一定值壓升高，整流子片間電壓加大，超過一定值時(shí)有發(fā)生起火的危險(xiǎn)。時(shí)有發(fā)生起火的危險(xiǎn)。 曲線曲線d d 中最大轉(zhuǎn)矩主要受永磁材料的去中最大轉(zhuǎn)矩主要受永磁材料的去磁特性所限制，當(dāng)去磁超過某值后，鐵氧體磁特性所限制，當(dāng)去磁超過某值后，鐵氧體磁性發(fā)生變化。磁性發(fā)生變化。 由于這三個(gè)工作區(qū)的用途不同，電機(jī)轉(zhuǎn)矩的選擇方法也應(yīng)不同但工程由于這三個(gè)工作區(qū)的用途不同，電機(jī)轉(zhuǎn)矩的選擇方法也應(yīng)不同但工程上常根據(jù)電機(jī)發(fā)熱條件的等效原則，將重復(fù)短時(shí)工作制等效于連續(xù)工作制的上常根據(jù)電機(jī)發(fā)熱條件的等效原則，將重復(fù)短時(shí)工作制等效于連續(xù)工作制的電機(jī)來選擇。電機(jī)來選擇。 其基本方法

31、是：計(jì)算在一個(gè)負(fù)載工作周期內(nèi)，所需電機(jī)轉(zhuǎn)矩的均方根值，其基本方法是：計(jì)算在一個(gè)負(fù)載工作周期內(nèi)，所需電機(jī)轉(zhuǎn)矩的均方根值，及等效轉(zhuǎn)矩，并使此值小于連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩，就可確定電機(jī)的型號(hào)和規(guī)格。及等效轉(zhuǎn)矩，并使此值小于連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩，就可確定電機(jī)的型號(hào)和規(guī)格。 （二）伺服電機(jī)的容量匹配原則（二）伺服電機(jī)的容量匹配原則 二、容量匹配二、容量匹配 2 2 交、直流伺服電機(jī)的容量匹配交、直流伺服電機(jī)的容量匹配 常見的變轉(zhuǎn)常見的變轉(zhuǎn)矩、加減速控制矩、加減速控制的兩種計(jì)算模型的兩種計(jì)算模型如圖如圖4 4 一一68 68 所所示。示。 圖（圖（a a ）為）為一般伺服系統(tǒng)的一般伺服系統(tǒng)的計(jì)算模型。根據(jù)計(jì)算模型。根據(jù)電機(jī)

32、發(fā)熱條件的電機(jī)發(fā)熱條件的等效原則。這種等效原則。這種三角形轉(zhuǎn)矩波在三角形轉(zhuǎn)矩波在加減速時(shí)的均方加減速時(shí)的均方根轉(zhuǎn)矩由下式近根轉(zhuǎn)矩由下式近似計(jì)算：似計(jì)算： )mN(3ttTt3TtTdtTt1Tp32322221t02prms1p式中式中tptp一個(gè)負(fù)載工作周期的時(shí)間，即一個(gè)負(fù)載工作周期的時(shí)間，即tp = t1 + t2 + t3 + t4 tp = t1 + t2 + t3 + t4 。（二）伺服電機(jī)的容量匹配原則（二）伺服電機(jī)的容量匹配原則 二、容量匹配二、容量匹配 2 2 交、直流伺服電機(jī)的容量匹配交、直流伺服電機(jī)的容量匹配圖圖( b ( b ）為常見的矩形波負(fù)）為常見的矩形波負(fù)載轉(zhuǎn)矩、加

33、減速計(jì)算模型，載轉(zhuǎn)矩、加減速計(jì)算模型，其其 均方根均方根 轉(zhuǎn)矩由下式轉(zhuǎn)矩由下式計(jì)算計(jì)算 以上兩式只有在以上兩式只有在tptp比溫度上升熱時(shí)間常數(shù)比溫度上升熱時(shí)間常數(shù)tth tth 小得多（小得多（ tp tp tth/4 tth/4 ）且）且tp = tgtp = tg時(shí)才能成立，其中時(shí)才能成立，其中tgtg為冷卻時(shí)的熱時(shí)間常數(shù)，為冷卻時(shí)的熱時(shí)間常數(shù)，通常這些條件均能滿足。通常這些條件均能滿足。所以選擇伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩所以選擇伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩TRTR時(shí)，應(yīng)使時(shí)，應(yīng)使 TR TR TrmsTrms 交流伺服電機(jī)的容量匹配原則與方法與直流電機(jī)相同。交流伺服電機(jī)的容量匹配原則與方法與直流電機(jī)相同

34、。 )mN(tttttTt3TtTT432132322221rms1一、一、慣量匹配二、二、容量匹配三、速度匹配三、速度匹配四四、伺服電機(jī)的選擇實(shí)例機(jī)電裝備伺服系統(tǒng)的動(dòng)力方法設(shè)計(jì)速度匹配速度匹配 同樣功率的電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速高則電機(jī)尺寸小，重量同樣功率的電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速高則電機(jī)尺寸小，重量輕；另外，根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式（輕；另外，根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式（4 4 一一30 30 ）和）和等效負(fù)載的計(jì)算公式（等效負(fù)載的計(jì)算公式（4 4 一一37 37 ）可以得知，）可以得知， 電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，傳動(dòng)比就會(huì)越大，這對于減小伺服電機(jī)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，傳動(dòng)比就會(huì)越大，這對于減小伺服電機(jī)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)

35、慣量，提高電機(jī)的負(fù)載能力有利。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，電機(jī)常工作在提高電機(jī)的負(fù)載能力有利。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，電機(jī)常工作在 高轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)速、低扭矩低扭矩 狀態(tài)狀態(tài)。 但是但是，一般機(jī)電系統(tǒng)的機(jī)械裝置工作在低轉(zhuǎn)速、高扭矩一般機(jī)電系統(tǒng)的機(jī)械裝置工作在低轉(zhuǎn)速、高扭矩狀態(tài)狀態(tài)，所以在伺服電機(jī)與機(jī)械裝置之間需要減速器匹配，在某種程度上講，所以在伺服電機(jī)與機(jī)械裝置之間需要減速器匹配，在某種程度上講，伺服電機(jī)與機(jī)械負(fù)載的速度匹配就是伺服電機(jī)與機(jī)械負(fù)載的速度匹配就是 減速器的設(shè)計(jì)減速器的設(shè)計(jì) 問題問題。 減速器的減速比不可過大也不能太小，減速比太小，對于減小伺服電機(jī)的減速器的減速比不可過大也不能太小，減速比太小，

36、對于減小伺服電機(jī)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，有效提高電機(jī)的負(fù)載能力不利，減速比過大，則減速器的齒隙、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，有效提高電機(jī)的負(fù)載能力不利，減速比過大，則減速器的齒隙、彈性變形、傳動(dòng)誤差等勢必影響系統(tǒng)的性能，精密減速器的制造成本也較高。彈性變形、傳動(dòng)誤差等勢必影響系統(tǒng)的性能，精密減速器的制造成本也較高。 因此應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況，在對負(fù)載分析的基礎(chǔ)上合理地選擇減速器因此應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況，在對負(fù)載分析的基礎(chǔ)上合理地選擇減速器的減速比。有關(guān)減速器的設(shè)計(jì)可參考有關(guān)資料。的減速比。有關(guān)減速器的設(shè)計(jì)可參考有關(guān)資料。 kjijLjikLKiLiLiLnnTnnTnnTnnTT12211 kjijjkjijjnV

37、mnnJJ122121900一、一、慣量匹配二、二、容量匹配三、速度匹配四、伺服電機(jī)的選擇實(shí)例四、伺服電機(jī)的選擇實(shí)例機(jī)電裝備伺服系統(tǒng)的動(dòng)力方法設(shè)計(jì)四、伺服電機(jī)的四、伺服電機(jī)的選擇實(shí)例選擇實(shí)例 伺服電機(jī)應(yīng)根據(jù)負(fù)載條件和電機(jī)的伺服電機(jī)應(yīng)根據(jù)負(fù)載條件和電機(jī)的工作特性曲線，遵循一般匹配原則，工作特性曲線，遵循一般匹配原則，通過計(jì)算來選擇和確定。下面通過實(shí)通過計(jì)算來選擇和確定。下面通過實(shí)例說明例說明 （一）步進(jìn)電機(jī)選擇實(shí)例（一）步進(jìn)電機(jī)選擇實(shí)例 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的縱向（經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的縱向（z z 軸）進(jìn)給系軸）進(jìn)給系統(tǒng)，通常是采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠、帶統(tǒng)，通常是采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠、帶動(dòng)裝有刀架的

38、拖板作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其工作動(dòng)裝有刀架的拖板作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其工作原理與圖原理與圖 相似，其中工作臺(tái)即拖板。相似，其中工作臺(tái)即拖板。 假設(shè)假設(shè) 拖板重量拖板重量W W2000N 2000N ， 拖板導(dǎo)軌之間的摩擦系數(shù)拖板導(dǎo)軌之間的摩擦系數(shù)0 . 06 0 . 06 ， 車削時(shí)最大切削負(fù)載車削時(shí)最大切削負(fù)載2150N , 2150N , y y 向切削分力向切削分力FyFy2Fz 2Fz 4300N 4300N （垂直（垂直于導(dǎo)軌），于導(dǎo)軌）， 要求要求 刀具切削時(shí)的進(jìn)給速度刀具切削時(shí)的進(jìn)給速度v1v110 10 一一500mm 500mm /min/min， 快速行程速度快速行程速度3000mm

39、/min 3000mm/min ， 滾珠絲杠名義直徑滾珠絲杠名義直徑d0d032mm 32mm ， 導(dǎo)程導(dǎo)程tsptsp6mm 6mm ，絲杠總長，絲杠總長l = l = 1400mm 1400mm ， 拖板最大行程為拖板最大行程為1150mm 1150mm ，定位精，定位精度士度士0 .0lmm 0 .0lmm ，試選擇合適的步進(jìn)電機(jī)。，試選擇合適的步進(jìn)電機(jī)。 四、伺服電機(jī)的四、伺服電機(jī)的選擇實(shí)例選擇實(shí)例（一）步進(jìn)電機(jī)選擇實(shí)例（一）步進(jìn)電機(jī)選擇實(shí)例 1 1。脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量的選擇的選擇 初選三相步進(jìn)電機(jī)的步距角為初選三相步進(jìn)電機(jī)的步距角為0.75 /1.5 0.75 /1.5 , , ，當(dāng)三

40、相六拍運(yùn)行時(shí)，步距角，當(dāng)三相六拍運(yùn)行時(shí)，步距角 = 0.75 = 0.75 ，其每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)其每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)S=360 /480S=360 /480。 初選脈沖當(dāng)量初選脈沖當(dāng)量 =0.01mm =0.01mm，根據(jù)脈沖當(dāng)量的，根據(jù)脈沖當(dāng)量的定義，可得中間齒輪傳動(dòng)比定義，可得中間齒輪傳動(dòng)比i i 為為25. 148001. 06stisp選小齒輪齒數(shù)選小齒輪齒數(shù)z1=20 ,z2 =25z1=20 ,z2 =25，模數(shù)，模數(shù)m = 2mmm = 2mm。四、伺服電機(jī)的選擇實(shí)例四、伺服電機(jī)的選擇實(shí)例（一）步進(jìn)電機(jī)選擇實(shí)例（一）步進(jìn)電機(jī)選擇實(shí)例 2 2。等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算。等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 ( l (

41、l ）空載時(shí)的等效摩擦轉(zhuǎn)矩）空載時(shí)的等效摩擦轉(zhuǎn)矩Tf Tf 46.1125. 18 . 02106200006. 0i2mtT1sspf ( N cm )( N cm ) ( ( 2 2）車削加工時(shí)的等效）車削加工時(shí)的等效摩擦轉(zhuǎn)矩摩擦轉(zhuǎn)矩TLTL4 .24125. 182106)43002000(06. 02150i2tFWFT1sspyzL ( N cm )( N cm ) 3 3。等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量( l ( l ）滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JspJsp式中式中s= 0 . 8 s= 0 . 8 ，為絲杠預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率。，為絲杠預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率。)scmN(31.11

42、321085. 71402 . 332llJ23240sp式中式中 鋼的密度鋼的密度 23cm/kg1085. 7四、伺服電機(jī)的選擇實(shí)例四、伺服電機(jī)的選擇實(shí)例（一）步進(jìn)電機(jī)選擇實(shí)例（一）步進(jìn)電機(jī)選擇實(shí)例 ( 3( 3）大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jg2Jg2 3 3。等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量( 2 ( 2 ）拖板運(yùn)動(dòng)慣量換算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)）拖板運(yùn)動(dòng)慣量換算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量慣量JWJW式中式中 b2 = 10mm b2 = 10mm ，為大齒輪的寬度。，為大齒輪的寬度。222222spWscmN102 . 125. 1126 . 09802000i12tgWJcmN482. 03

43、21085. 70 . 1532bdJ34242g2 ( 4( 4）小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jg1Jg1cmN2 . 0321085. 72 . 1432bdJ34141g1式中式中 b1 = 10mm b1 = 10mm ，為小齒輪的寬度。，為小齒輪的寬度。因此，換算到電機(jī)軸上總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量因此，換算到電機(jī)軸上總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為為222spg2Wg1LscmN76. 752. 131.11482. 0012. 02 . 0iJJJJJ四、伺服電機(jī)的選擇實(shí)例四、伺服電機(jī)的選擇實(shí)例（一）步進(jìn)電機(jī)選擇實(shí)例（一）步進(jìn)電機(jī)選擇實(shí)例 初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為110BF003110B

44、F003，其最大靜轉(zhuǎn)矩，其最大靜轉(zhuǎn)矩 Tmax Tmax 800 ( N cm ) 800 ( N cm ) ，轉(zhuǎn)子慣量，轉(zhuǎn)子慣量 Jm=Jm= 4 4。初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)。初選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)己知：己知：滿足慣量匹配和容量匹配的條件滿足慣量匹配和容量匹配的條件cmN4 .241TL2scmN76. 7J JL L = =27.4scmN由此可得由此可得5 .03 .08004 .241maxTTL465. 17 . 476. 7mLJJ4TTmaxL4mLJJ四、伺服電機(jī)的選擇實(shí)例四、伺服電機(jī)的選擇實(shí)例（一）步進(jìn)電機(jī)選擇實(shí)例（一）步進(jìn)電機(jī)選擇實(shí)例 5 5。速度驗(yàn)算。速度驗(yàn)算( l )( l )快進(jìn)

45、速度的驗(yàn)算快進(jìn)速度的驗(yàn)算 快速進(jìn)給時(shí)，電機(jī)空載快速進(jìn)給時(shí)，電機(jī)空載運(yùn)行，查步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行，查步進(jìn)電機(jī)110BF003 110BF003 的運(yùn)行矩頻特性的運(yùn)行矩頻特性曲線得，當(dāng)曲線得，當(dāng)故可按此頻率計(jì)算最大的快進(jìn)給速度故可按此頻率計(jì)算最大的快進(jìn)給速度 v v2 2 為為電機(jī)轉(zhuǎn)矩電機(jī)轉(zhuǎn)矩Hzf6000maxcmNTcmNTfm46.1190min/3000min/360025. 16600075. 0616max2mmmmltfvsp ( 2 )( 2 )工進(jìn)速度的驗(yàn)算工進(jìn)速度的驗(yàn)算cmNTl4 .241時(shí)，對應(yīng)的頻率時(shí)，對應(yīng)的頻率 f f1 1=2000Hz =2000Hz min/500min/

46、120025. 16200075. 061611mmmmltfvsp綜上所述，可選該型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)。綜上所述，可選該型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)。 四、伺服電機(jī)的選擇實(shí)例四、伺服電機(jī)的選擇實(shí)例（二）直流伺服電機(jī)選擇實(shí)例二）直流伺服電機(jī)選擇實(shí)例圖示為用于激光加工機(jī)的進(jìn)給伺服傳圖示為用于激光加工機(jī)的進(jìn)給伺服傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)系統(tǒng)mm01. 0最大進(jìn)給速度最大進(jìn)給速度線位移脈沖當(dāng)量線位移脈沖當(dāng)量min/60002mmv 加速時(shí)間加速時(shí)間0 . 2s0 . 2s，移動(dòng)體的重量移動(dòng)體的重量WW2000N 2000N ，導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)絲杠，絲杠外徑電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)絲杠，絲杠外徑55mm 55mm ，試

47、選擇合適的直流伺服電，試選擇合適的直流伺服電機(jī)。機(jī)。065. 0四、伺服電機(jī)的選擇實(shí)例四、伺服電機(jī)的選擇實(shí)例（二）直流伺服電機(jī)選擇實(shí)例（二）直流伺服電機(jī)選擇實(shí)例1 1 根據(jù)脈沖當(dāng)量確定絲杠導(dǎo)程根據(jù)脈沖當(dāng)量確定絲杠導(dǎo)程 tsptsp或齒輪傳動(dòng)比或齒輪傳動(dòng)比i imm01. 0編碼器的分辨率編碼器的分辨率s =1000 s =1000 脈沖脈沖/ / 轉(zhuǎn)，相當(dāng)于該軸上每個(gè)轉(zhuǎn)，相當(dāng)于該軸上每個(gè)脈沖步距角為脈沖步距角為如圖所示，已知：線位移如圖所示，已知：線位移脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量換算到電機(jī)軸上換算到電機(jī)軸上36. 01000360r45. 025. 1rm電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)絲杠時(shí)，其中間齒輪傳動(dòng)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)絲杠時(shí)，其中間齒輪傳動(dòng)比比i = l i = l 。根據(jù)線位移脈沖當(dāng)量的定義。根據(jù)線位移脈沖當(dāng)量的定義。可知：可知： )(845. 0360101. 0360mmitmsp2 2 所需的電