富士伺服電機選型計算資料

附(1)機械系統(tǒng)的種類用可變速電機驅(qū)動的機械系統(tǒng)，一般有以下幾類。機構(gòu)特點滾珠絲杠(直接連接)用于距離較短的高精度定位。電機和滾珠絲杠只用聯(lián)軸節(jié)連接，沒有間隙。滾珠絲杠(減速)選擇減速比，可加大向機械系統(tǒng)傳遞的轉(zhuǎn)矩。由于產(chǎn)生齒輪側(cè)隙，需要采取補償措施。齒條和小齒輪用于距離較長的(臺車驅(qū)動等)定位。小齒輪轉(zhuǎn)動一圈包含了π值，因此需要修正。同步皮帶(傳送帶)與鏈條比較，形態(tài)上的自由度變大。主要用于輕載。皮帶輪轉(zhuǎn)動一圈的移動量中包含π值，因此需要修正。將伺服系統(tǒng)用于機械系統(tǒng)中時，請注意以下各點。①減速比為了有效利用伺服電機的功率，應(yīng)在接近電機的額定速度(最高旋轉(zhuǎn)速度)數(shù)值的范圍使用。在最高旋轉(zhuǎn)速度下連續(xù)輸出轉(zhuǎn)矩，還是比額定轉(zhuǎn)矩小。②預(yù)壓轉(zhuǎn)矩對絲杠加預(yù)壓力，剛性增強，負載轉(zhuǎn)矩值增大。由預(yù)壓產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩，請參照滾珠絲杠規(guī)格書。③保持轉(zhuǎn)矩升降機械在停止時，伺服電機繼續(xù)輸出保持力。在時間充裕的場合，建議使用保持制動。

機構(gòu)特點鏈條驅(qū)動多用于輸送線上。必須考慮鏈條本身的伸長并采取相應(yīng)的措施。在減速比比較大的狀態(tài)下使用，機械系統(tǒng)的移動速度小。進料輥將板帶上的材料夾入輥間送出。由于未嚴密確定輥子直徑，在尺寸長的物件上將產(chǎn)生誤差，需進行π補償。如果急劇加速，將產(chǎn)生打滑，送出量不足。轉(zhuǎn)盤分度轉(zhuǎn)盤的慣性矩大，需要設(shè)定足夠的減速比。轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速低，多使用蝸輪蝸桿。主軸驅(qū)動在卷繞線材時，由于慣性矩大，需要設(shè)定夠的減速比。在等圓周速度控制中，必須把周邊機械考慮進來研究。

＜參考＞材質(zhì)密度材質(zhì)密度摩擦系數(shù)μ的目標值機構(gòu)摩擦系數(shù)軌道和鐵車輪(臺車，吊車)0.05直線導(dǎo)軌0.05~0.2滾珠花鍵軸滾柱工作臺滾柱系統(tǒng)材質(zhì)材質(zhì)密度:kg/m3銅8.96×103黃銅8.54×103不銹鋼7.91×103鐵7.85×103鋁2.7×103聚縮醛1.43×103機械效率η的目標值機構(gòu)機械效率臺式絲杠0.5~0.8滾珠絲杠0.9齒條和小齒輪0.8齒輪減速器0.8~0.95蝸輪減速器(起動)0.5~0.7蝸輪減速器(運行中)0.6~0.8皮帶傳動0.95鏈條傳動0.9(齒輪節(jié)圓直徑)模數(shù)(齒輪節(jié)圓直徑)(齒數(shù))(模數(shù))＝(齒數(shù))※※公制齒輪※模數(shù)※模數(shù)0.50.750.811.522.5345670.50.750.811.522.534567鏈條尺寸編號刻度編號刻度154.7628025.4256.3510031.75359.52512038.14012.714044.455015.87516050.86019.0518057.15

(2)容量選擇計算容量選擇計算，是由機械規(guī)格(構(gòu)成)計算出必要的伺服電機容量的計算。容量選擇計算所需要的項目如下。負載負載慣性矩(機械系統(tǒng)的慣性矩)負載轉(zhuǎn)矩(驅(qū)動機械所需的轉(zhuǎn)矩)加速/減速時間運行模式一般地說，由于不能測定系統(tǒng)慣性矩和負載轉(zhuǎn)矩。因此，由機械的構(gòu)成計算出近似值。容量選擇計算的次序如下。容量選擇流程圖繪制轉(zhuǎn)矩特性曲線計算負載慣性矩結(jié)束重新審定機械規(guī)格，變更運行模式計算再生電力計算實際的轉(zhuǎn)矩繪制轉(zhuǎn)矩特性曲線計算負載慣性矩結(jié)束重新審定機械規(guī)格，變更運行模式計算再生電力計算實際的轉(zhuǎn)矩計算最短加速/減速時間(計算加速/減速轉(zhuǎn)矩)臨時選定電機容量計算負載轉(zhuǎn)矩TL開始①由機械構(gòu)成計算負載慣性矩。②由機械構(gòu)成計算負載轉(zhuǎn)矩。③臨時選定電機容量。④確認最短加速/減速時間。指定時間時，計算必要的加速/減速轉(zhuǎn)矩。⑤由運行模式繪制轉(zhuǎn)矩特性曲線。⑥由轉(zhuǎn)矩特性曲線計算出實際轉(zhuǎn)矩。⑦如果實際轉(zhuǎn)矩(Trms)比額定轉(zhuǎn)矩(TR)小，則可按指定的運行模式運轉(zhuǎn)。⑧計算再生電力，必要時選擇再生電阻器。⑨在可能范圍內(nèi)，重新審定機械規(guī)格。

＜慣性矩計算＞?形狀?換算滾珠絲杠滾珠絲杠2BP12BP1××GL2＝J11032π××GL2＝J11032πWW:W:可動部分總重量[kg]BPBP:絲杠螺矩[mm]GLGL:減速比(無單位)齒條和小齒輪齒條和小齒輪·傳送帶·鏈條傳動2BP12BP1××GL21032π＝J1××GL21032π＝J1WWW:可動部分總重量[kg]小齒輪直徑[mm]D小齒輪直徑[mm]D:可動部分總重量[kg]:物體與旋轉(zhuǎn)軸的距離[mm]LW:通過物體重心的慣性矩GL:減速比(無単位)J:GL:減速比(無單位)W:物體的重量[kg]4鏈輪直徑[mm]D處在離開旋轉(zhuǎn)軸位置的某一物體的慣性矩(J4)求出慣性矩作為各自形狀之和。旋轉(zhuǎn)體·轉(zhuǎn)盤驅(qū)動進料輥GL:減速比(無單位):輥子直徑[mm]+W×可動部分總重量[kg]:物體與旋轉(zhuǎn)軸的距離[mm]LW:通過物體重心的慣性矩GL:減速比(無単位)J:GL:減速比(無單位)W:物體的重量[kg]4鏈輪直徑[mm]D處在離開旋轉(zhuǎn)軸位置的某一物體的慣性矩(J4)求出慣性矩作為各自形狀之和。旋轉(zhuǎn)體·轉(zhuǎn)盤驅(qū)動進料輥GL:減速比(無單位):輥子直徑[mm]+W×GL2＝J42103LJ×GL22103DW＝J3絲杠螺矩L電機軸旋轉(zhuǎn)速度N減速比GL可動部分重量絲杠螺矩L電機軸旋轉(zhuǎn)速度N減速比GL可動部分重量W移動速度V＜負載轉(zhuǎn)矩(TL)計算＞滾珠絲杠μ:摩擦系數(shù)BP:絲杠螺矩[mm]W，W1:可動部分重量[kg]W2:配重重量[kg]GL:減速比(無單位)F:推力[kg]上升時(垂直)下降時(垂直)停止時(垂直)電機軸旋轉(zhuǎn)速度N減速比GL移動速度電機軸旋轉(zhuǎn)速度N減速比GL移動速度V小齒輪直徑D傳送帶·齒條和小齒輪μ:摩擦系數(shù)D:直徑[mm]W，W1:可動部分重量[kg]W2:配重重量[kg]GL:減速比(無單位)上升時(垂直)下降時(垂直)停止時(垂直)可動部分重量可動部分重量W①計算負載慣性矩(JL)計算對于電機軸換算的機械系統(tǒng)負載慣性矩(GD2)。計算電機旋轉(zhuǎn)時隨轉(zhuǎn)動(移動)部分的慣性矩，并求出總和。②計算負載轉(zhuǎn)矩(TL)計算對于電機軸換算的負載轉(zhuǎn)矩。③臨時選定電機容量選定滿足以下兩個條件的電機容量。允許用負載慣性矩JL≦JM×100(30) 在速度控制中緩慢移動時JL≦JM×30(10) 在位置控制中定位時JL≦JM×10(-) 進行高頻度定位時 (參考值:在0.5秒內(nèi)，運轉(zhuǎn)/停止一次以上)※()內(nèi)的數(shù)值、是使用GYG電機時的值?！鲐撦d轉(zhuǎn)矩TL≦TR×0.9 0.9是安全系數(shù)(例子)④計算最短的加速/減速時間(計算加速/減速轉(zhuǎn)矩)確認考慮負載條件的最短加速/減速時間。指定加速/減速時間時，計算加速/減速轉(zhuǎn)矩。(J(JM＋JL)×2π×(N1－N0)60(TAC－TL)tAC＝?最短加速/減速時間+T+TL(JM＋JL)×2π×(N1－N0)60(tAC)TAC＝?加速/減速轉(zhuǎn)矩ttAC:加速/減速時間[s]JM:伺服電機慣性矩[kg·m2]JL:對電機軸換算的負載慣性矩[kg·m2]TL:對電機軸換算的負載轉(zhuǎn)矩[Nm]TAC:加速/減速轉(zhuǎn)矩[Nm]Ｎ１：変速後の回転速度[r/min]Ｎ０：変速前の回転速度[r/min]

⑤繪制轉(zhuǎn)矩特性曲線由運行模式，繪制輸出轉(zhuǎn)矩特性曲線。●轉(zhuǎn)矩特性曲線●運●轉(zhuǎn)矩特性曲線●運行模式移動速度輸出轉(zhuǎn)矩時間時間TL:時間時間TL:負載轉(zhuǎn)矩TDC:減速轉(zhuǎn)矩TAC:加速轉(zhuǎn)矩⑥計算實際轉(zhuǎn)矩(Trms)計算運行模式1個循環(huán)的實際轉(zhuǎn)矩。(T(TAC2×tAC)＋(TL2×tL)＋(TDC2×tDC)tCYCTrms＝將各輸出轉(zhuǎn)矩的平方與輸出時間之積相加，再將所得之和除以1個循環(huán)的時間，然后開平方，所得平方根值為實際轉(zhuǎn)矩值。⑦Trms≦TR如果實際轉(zhuǎn)矩小于額定轉(zhuǎn)矩，則可以按指定的運行模式連續(xù)運行。

⑧計算再生電力一般在下述狀態(tài)下進行再生運行。水平方向進給:減速時垂直方向進給:下降時以一定速度進給以及在減速時。減速時的再生電力(P1)P1[W]＝(2π/60)×TDC[Nm]×N1[r/min]×(1/2)下降時以一定速度進給(P2)P2[W]＝(2π/60)×TDC[Nm]×N1[r/min]計算運行模式1時，循環(huán)時的平均再生電力(P)，確認再生電阻容量下降。如果升高，則應(yīng)適當(dāng)選用外部再生電阻。((P1[w]×t1[s]＋P2[w]×t2[s])tCYC[s]PP[W]＝⑨運行模式/機械構(gòu)成的重新審查當(dāng)Trms大于TR時，重新審查以下項目。在允許范圍內(nèi)，將加速/減速時間加長一些。延長運轉(zhuǎn)頻率(1循環(huán)時間)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度有余量時，加大減速比。加大電機容量。當(dāng)升降機械停止時間長時，加機械制動。在高頻率運行時，盡量加大減速比，減小慣性矩。

(3)容量選擇計算實例■機械構(gòu)成減速比1/1(直接連接)伺服電機伺服電機絲杠螺距10mm、輸送重量20kg、推力0kg(無)①最大移動速度(v)減速比1/1、電機軸旋轉(zhuǎn)速度3000[r/min]時:V＝(3000/60)×10×(1/1)＝500[mm/s]②對電機軸換算的負載慣性矩(JL)?假定絲杠(J1)φ20、長度為500mm?！?×(1/1)2＝0.6×10-4[kg·m2]４πρ32D11000GL2J1＝L1000π×7.85×10332201000４＝5001000×1BP×(GL)2×(1BP×(GL)2×(1/1)2＝0.5×10-4[kg·m2]WJ2＝2π2100020＝12π2101000

JJL＝1.1×10-4[kg·m2]③對電機換算的負載轉(zhuǎn)矩(TL)假定輸送重量20kg、摩擦系數(shù)(μ)0.1、機械效率(η)0.9。＝0.03[Nm](μW+F)×9.812πηBP1000×GLTL＝(0.1 ×20+0)×9.812π×0.9101000×(1/1)ＧＬ＝④容量選擇條件TTL≦TR×0.9JL≦JM×5(高頻率進給)TL＝0.03[Nm]JL＝1.1×10-4[kg·m2]⑤臨時選擇從容量選擇條件，得到GYS201DC2-T2A(0.2kW)。(JM＝0.135×10-4[kg·m2]，TR＝0.637[Nm]，TAC＝1.91[Nm])⑥最短加速/減速時間(tAC)(JM+JL)×2π×N60(TAC-TL)tAC＝＝60(1.91-0.03)＝0.021[s](0.135(0.135×10-4+1.1×10-4)×2π×3000加速/減速時間為0.05秒時的加速/減速轉(zhuǎn)矩:(JM+JL)×2π×N60(tAC)+TLTAC＝＝＝+0.0360×0.05(0.135×10-4+1.1×10-4)×2π×3000＝0.78[Nm]⑦運行模式50[mm]0.050.050.05速度時間5000.050.050.05速度時間500[mm/s]轉(zhuǎn)矩時間0.030.780.78轉(zhuǎn)矩時間0.030.780.78這是容量選擇上的模式。假設(shè)1個運行周期為0.5秒。⑧實效轉(zhuǎn)矩(Trms)為輸出轉(zhuǎn)矩的時間平均值。ttCYCTrms＝0.5＝＝0.25[Nm]TAC2×ta+TL2×tL+TDC2×td(0.782×0.05)×2+(0.032×0.05)×1由于GYS201DC2-T2A型號的額定轉(zhuǎn)矩在0.637[Nm]以下，可以用指定的運行模式連續(xù)運行。

⑨選擇結(jié)果伺服電機:GYS201DC2-T2A(0.2kW)⑩再生電力在減速時，再生電力返回。PP1[W]＝(2π/60)×T[Nm]×N[r/min]×(1/2)＝(2π/60)×0.78×3000×(1/2)≒123[W]１循環(huán)運行時的平均再生電力、P＝(123×0.05)/0.5≒12.3[W]RYC201D3型伺服放大器，沒有安裝再生電阻器。考慮是否需要再生電阻器。步驟1)求減速時機械系統(tǒng)保持的能量(EG)。1122(JM+JL)?(2πN/60)2EG＝＝6.1[J]＝2π×3000602(0.135×10-4+1.1×10-4)×12步驟2)根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩，計算消耗的能量(EL)。EEL＝(2π/60)×TL×N×tDC×(1/2)＝＝(2π/60)×0.03×3000×0.05×(1/2)＝＝0.24[J]步驟3)計算由伺服電機繞組線所消耗的能量(EM)。EEM＝3×(R×I2)×tDC＝＝3×R×((TDC/TR×IR)2)×tDC＝＝3×2.3×((0