伺服电机的选型计算及应用案例介绍-文档资料
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若选200W,则JM= 0.14*10-4kg.m2
4.惯量比
JL /JM =1.73/0.14 =12.3<30
(若选100W,则JM= 0.14*10-4kg.m2,比值为 33.9>30
25
5.最高速度 Vmax S=1/2*ta*Vmax+tb*Vmax+1/2*td*Vmax
0.3=1/2*0.1*Vmax+0.8*Vmax+1/2*0.1*Vmax Vmax=0.334m/s
=0.231N.M
15
4.计算转速 根据移动距离、加减速时间、匀速时间计 算电机转速。
5.计算转矩
根据负载惯量和加减速时间、匀速时间计 算所需的电机转矩。 6.选择电机 选择能满足以上3~5项条件的电机。
16
五.和选择相关的项目说明
1.转矩 a 峰值转矩 运转过程中（主要是加减速时）电机所需的最 大转矩，通常为电机最大转矩的80%以下。
23
1.滚珠丝杆的质量： Bw=ρxV=7.9*103*π(0.02/2)2*0.5
=1.24kg
2.负载部分的惯量： JL=JC+JB=JC+BW*BD2/8+WA*BP2/4π2
=0.00001+(1.24*0.022)/8+10*0.022/4π2 =1.73*10-4kg.m2
24
3.预选电机
8
3.转动惯量的计算： （1）单个质点的转动惯量: J=mr2
（2）质量离散分布刚体的转动惯量:
ห้องสมุดไป่ตู้
J mjrj2 m 1r12m 2r2 2 j
r2 m2
（3）质量连续分布刚体的转动惯量:
r1
m1
r3 m3
转轴
J r2dm dm:质量元
9
5.3 定轴转动的转动惯量
• 质量离散分布的刚体 J miri2 • 质量连续分布的刚体 J r 2dm
13
2.确定运转模式 加减速时间、匀速时间、停止时间、循 环时间、移动距离等。
14
注：运转模式对电机的容量选择有很大的影 响。除了特别需要的情况，加减速时间、停 止时间尽量取得大点，就可以选择小容量的 电机
3.计算负载惯量和惯量比
结合各机构部计算负载惯量。（请参照普 通的惯量及其计算方法）并且用所选的电 机的惯量去除负载惯量，计算惯量比。
10
三.伺服电机的选型原则
• 连续工作扭矩 < 伺服电机额定扭矩
• 瞬时最大扭矩 < 伺服电机最大扭矩 (加速时)
• 惯量比
<电机规定的惯量比
• 连续工作速度 < 电机额定转速
11
12
四.伺服电机选型步骤
1.确定机构部 次外，还要确定各机构零件（滚珠丝杆 的长度，导程和带轮直径等）的细节 机构部典型示例
提升力F （N）F=
T r
经过减速机提升后的提
升力为：F=
T r
▪R
r T
F
r 1/R T
F
6
6.电机带动丝杆扭矩计算
电机转矩T （N.m） 螺杆导程PB （m）
推力F （N）F=T▪2π
P
经过减速机提升后的提
升力为：F=T▪2π ▪R
P
T T
1/R
F PB
F PB
7
二.转动惯量
1.定义:是刚体绕轴转动时惯性的量度。通常 以字母I或J来表示。单位为kg·m² 2.与转动惯量有关的因素： 1.刚体的总质量 2.质量分布 3.转轴的位置
2.扭矩：转动力矩又称为转矩或扭矩。
3
3.公式: 力矩等于径向矢量与作用力的
如右图所示：欲让门产生转动，必须 施加一外力F。施力点离转轴越远越容 易使门产生转动。平行于门面的分力 对门的转动没有效果，只有垂直于门 面的分力才能让门产生转动。力矩的 符号经常用T表示。单位N ▪ m
T=rFsin θ=有效作用力x力臂
4
4.电机转速和扭矩（转矩）公式
扭矩公式：T=9550P/n
T是扭矩，单位N·m； P是输出功率，单位KW； n是电机转速，单位r/min
扭矩公式：T=973P/n
T是扭矩，单位kg·m； P是输出功率，单位KW； n是电机转速，单位r/min
5
5.扭矩计算
电机转矩T （N.m）
滑轮半径r （m）
19
3.惯量比
惯量比是用电机的转动惯量去除负载惯 量的数值。按照通常的标准，750W以下 的电机为20倍以下，1000W以上的电机 为10倍以下，若要求快速响应，则需更 小的惯量比。反之，如果加速时间允许 数秒，就可以采用更大的惯量比。
20
21
22
六.实例应用讲解
案例1
已知：负载重量WA=10kg，螺杆螺距BP=20mm，螺杆直径 BD=20mm，螺杆长BL=0.5m，机械效率η=0.9，摩擦系数 μ=0.1，负载移动距离0.3m，加减速时间ta=td=0.1s，匀速时 间tb=0.8s，静止时间t4=1s。联轴器的惯量Jc= 10x10-6 kg.m2 . 请选择满足负载需求的最小功率伺服电机。
所以 N=0.334/0.02=16.7r/s =16.7*60=1002r/min<3000r/min
26
6.计算转矩
移动转矩 Tf=Bp/2πη*(μgWA+F)
=0.02/2π*0.9(0.1*9.8*10+0)=0.035N.M 加速时转矩 Ta=(JL+JM)*2πN/加速时间+移动转矩
dm为质量元，简称质元。其计算方法如下：
质量为线分布 dm dl 质量为面分布 dm ds 质量为体分布 dm dV
J与质量大小、质量分布、转轴位置有关 演示程序： 影响刚体转动惯量的因素
常见刚体的转动惯量
J mr2 Jm2r/2 Jm2r/2 Jm(r12r22)/2
Jm2l/12 Jm2r/2 J2m2r/5 J2m2r/3
b 移动转矩 电机长时间运转所需的转矩。通常为电机的额 定转矩的80%以下。
17
各机构移动转矩的计算公式：
18
c 有效转矩 运转、停止全过程所需转矩的平方平均值的单 位时间数值，通常为电机的额定转矩的80%以 下。
2.转速 最高转速通常要在额定转速以下。需使用电机 的最高转速时，应注意转矩和温度的上升。
伺服电机的选型及应用案 例介绍
1
➢一，扭矩的概念及计算方法 ➢二，转动惯量的概念及计算方法 ➢三，伺服电机选型的原则 ➢四，伺服电机选型的步骤 ➢五，与选择相关的项目情况说明 ➢六，实例应用讲解
2
一.力矩
1.定义:使物体转动状态产生变化的因素，即 物体在受到不为零的外力矩作用下，原为静 止的将开始转动，原为转动的转速将发生变 化。
4.惯量比
JL /JM =1.73/0.14 =12.3<30
(若选100W,则JM= 0.14*10-4kg.m2,比值为 33.9>30
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5.最高速度 Vmax S=1/2*ta*Vmax+tb*Vmax+1/2*td*Vmax
0.3=1/2*0.1*Vmax+0.8*Vmax+1/2*0.1*Vmax Vmax=0.334m/s
=0.231N.M
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4.计算转速 根据移动距离、加减速时间、匀速时间计 算电机转速。
5.计算转矩
根据负载惯量和加减速时间、匀速时间计 算所需的电机转矩。 6.选择电机 选择能满足以上3~5项条件的电机。
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五.和选择相关的项目说明
1.转矩 a 峰值转矩 运转过程中（主要是加减速时）电机所需的最 大转矩，通常为电机最大转矩的80%以下。
23
1.滚珠丝杆的质量： Bw=ρxV=7.9*103*π(0.02/2)2*0.5
=1.24kg
2.负载部分的惯量： JL=JC+JB=JC+BW*BD2/8+WA*BP2/4π2
=0.00001+(1.24*0.022)/8+10*0.022/4π2 =1.73*10-4kg.m2
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3.预选电机
8
3.转动惯量的计算： （1）单个质点的转动惯量: J=mr2
（2）质量离散分布刚体的转动惯量:
ห้องสมุดไป่ตู้
J mjrj2 m 1r12m 2r2 2 j
r2 m2
（3）质量连续分布刚体的转动惯量:
r1
m1
r3 m3
转轴
J r2dm dm:质量元
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5.3 定轴转动的转动惯量
• 质量离散分布的刚体 J miri2 • 质量连续分布的刚体 J r 2dm
13
2.确定运转模式 加减速时间、匀速时间、停止时间、循 环时间、移动距离等。
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注：运转模式对电机的容量选择有很大的影 响。除了特别需要的情况，加减速时间、停 止时间尽量取得大点，就可以选择小容量的 电机
3.计算负载惯量和惯量比
结合各机构部计算负载惯量。（请参照普 通的惯量及其计算方法）并且用所选的电 机的惯量去除负载惯量，计算惯量比。
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三.伺服电机的选型原则
• 连续工作扭矩 < 伺服电机额定扭矩
• 瞬时最大扭矩 < 伺服电机最大扭矩 (加速时)
• 惯量比
<电机规定的惯量比
• 连续工作速度 < 电机额定转速
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四.伺服电机选型步骤
1.确定机构部 次外，还要确定各机构零件（滚珠丝杆 的长度，导程和带轮直径等）的细节 机构部典型示例
提升力F （N）F=
T r
经过减速机提升后的提
升力为：F=
T r
▪R
r T
F
r 1/R T
F
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6.电机带动丝杆扭矩计算
电机转矩T （N.m） 螺杆导程PB （m）
推力F （N）F=T▪2π
P
经过减速机提升后的提
升力为：F=T▪2π ▪R
P
T T
1/R
F PB
F PB
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二.转动惯量
1.定义:是刚体绕轴转动时惯性的量度。通常 以字母I或J来表示。单位为kg·m² 2.与转动惯量有关的因素： 1.刚体的总质量 2.质量分布 3.转轴的位置
2.扭矩：转动力矩又称为转矩或扭矩。
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3.公式: 力矩等于径向矢量与作用力的
如右图所示：欲让门产生转动，必须 施加一外力F。施力点离转轴越远越容 易使门产生转动。平行于门面的分力 对门的转动没有效果，只有垂直于门 面的分力才能让门产生转动。力矩的 符号经常用T表示。单位N ▪ m
T=rFsin θ=有效作用力x力臂
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4.电机转速和扭矩（转矩）公式
扭矩公式：T=9550P/n
T是扭矩，单位N·m； P是输出功率，单位KW； n是电机转速，单位r/min
扭矩公式：T=973P/n
T是扭矩，单位kg·m； P是输出功率，单位KW； n是电机转速，单位r/min
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5.扭矩计算
电机转矩T （N.m）
滑轮半径r （m）
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3.惯量比
惯量比是用电机的转动惯量去除负载惯 量的数值。按照通常的标准，750W以下 的电机为20倍以下，1000W以上的电机 为10倍以下，若要求快速响应，则需更 小的惯量比。反之，如果加速时间允许 数秒，就可以采用更大的惯量比。
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六.实例应用讲解
案例1
已知：负载重量WA=10kg，螺杆螺距BP=20mm，螺杆直径 BD=20mm，螺杆长BL=0.5m，机械效率η=0.9，摩擦系数 μ=0.1，负载移动距离0.3m，加减速时间ta=td=0.1s，匀速时 间tb=0.8s，静止时间t4=1s。联轴器的惯量Jc= 10x10-6 kg.m2 . 请选择满足负载需求的最小功率伺服电机。
所以 N=0.334/0.02=16.7r/s =16.7*60=1002r/min<3000r/min
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6.计算转矩
移动转矩 Tf=Bp/2πη*(μgWA+F)
=0.02/2π*0.9(0.1*9.8*10+0)=0.035N.M 加速时转矩 Ta=(JL+JM)*2πN/加速时间+移动转矩
dm为质量元，简称质元。其计算方法如下：
质量为线分布 dm dl 质量为面分布 dm ds 质量为体分布 dm dV
J与质量大小、质量分布、转轴位置有关 演示程序： 影响刚体转动惯量的因素
常见刚体的转动惯量
J mr2 Jm2r/2 Jm2r/2 Jm(r12r22)/2
Jm2l/12 Jm2r/2 J2m2r/5 J2m2r/3
b 移动转矩 电机长时间运转所需的转矩。通常为电机的额 定转矩的80%以下。
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各机构移动转矩的计算公式：
18
c 有效转矩 运转、停止全过程所需转矩的平方平均值的单 位时间数值，通常为电机的额定转矩的80%以 下。
2.转速 最高转速通常要在额定转速以下。需使用电机 的最高转速时，应注意转矩和温度的上升。
伺服电机的选型及应用案 例介绍
1
➢一，扭矩的概念及计算方法 ➢二，转动惯量的概念及计算方法 ➢三，伺服电机选型的原则 ➢四，伺服电机选型的步骤 ➢五，与选择相关的项目情况说明 ➢六，实例应用讲解
2
一.力矩
1.定义:使物体转动状态产生变化的因素，即 物体在受到不为零的外力矩作用下，原为静 止的将开始转动，原为转动的转速将发生变 化。