电机选型介绍

电机选型三要素： 速度、 转矩、惯量
转矩 实效转矩选在85％以下，最大转矩275％以下
原因：做容量选定的时候，只是对机械结构的构想和计划。 详细设计后的实际值可能会有增加，所以一定要留有余量。
使用垂直轴场合，不平衡转矩要控制在70％以下。 惯量
根据工作制式选择确定转动惯量比，一般负载按照样本指定选择即可 ，通常在5~10倍左右；高频定位负载转动惯量比2或以下。
解决方法：
减低响应性
转动惯量比较大时（超过20以上），控制系统速度响应性变为不稳定，电机停 止时有啸叫声（电机有异常声音），并伴有高频振动，此种情况下，可以采用 降低响应频率来消除噪声，或增加VIC值也会有效，但此种方式会延长整定时间 ，冠带条缠绕效果不好。
降低转动惯量比 (建议)
目前转动惯量比为34.7，如果选用HF-KP73系列电机，就可以使转动惯量比下 降为10.2，在此转动惯量比情况下，可以保持现有响应频率，进而保证缠绕精 度。 控制模式变更、增加储料器长度（冠带条不能完全收料） 建议客户速度控制模式改成转矩控制模式，同时增加冠带条输送部分储料器的 长度；
效率
0.97~0.99 0.99
0.99~0.995 0.97~0.98 0.95~0.97
常用机构主要性能（一）
机构
传动效率η
摩 摩擦 0.85~0.92 擦 轮传 传动 动
功率Р/kW
受对轴作用力和 外廓尺寸限制 Pmax=200 通常≤20
速度ν(m/s)
受发热限制： ≤20
单级传动比I(减速)
HF-SP 2000r/min系列（中惯量、中功率）
352(B)
702(B)
350B
700B
3.5
7.0
16.7
33.4
50.1
100
2000
2000
3000
3000
75.0
154
1.683673
选型要点（二）—速度选型问题
设计要求：传送速度1500mm/min 传动方式：蜗杆传动,速比约为1:28.16
3. 两个物体之间的作用力和反作用力，在同一条直线上，大小相等， 方向相反。
一切运动计算的基础！
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容量选型：基础知识
• 由外力求得转距的方法
转距＝力×半径 ＝力×［１转的移动量／（２×π）］ ＝力×［周长／（２×π）］
力
转矩
半径
＝力×［导程／（２×π）］
转矩
力
导程
容量选型：基础知识
• 何为惯量？
选型要点（一）—转矩选型问题
解决方法： 选用HF-SP702电机 ，辅鼓转速即可达到约170r/min ~ 240r/min（无报警产生），200r/min~280r/min（无AL.50报警）
伺服电机系列 伺服电机型号 对应伺服放大器型号MR-J3连续运 额定输出功率（KW） 行特性 额定输出扭矩（N.m） 最大输出扭矩 额定转速（r/min） 允许瞬时转速（r/min） 转动惯量J（×104kg.m2)
伺服电机选型
华北分公司技术支援科：王敬利 2014年3月18日
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选型基础知识 容量选择事例 容量选择总结 实际应用案例分析
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容量选型：基础知识
牛顿力学三定律：
1. 任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到受到其它物体 的作用力迫使它改变这种状态为止。
2. 物体在受到合外力的作用会产生加速度，加速度的方向和合外力 的方向相同，加速度的大小正比于合外力的大小与物体的惯性质 量成反比。
例如：某电机的功率为200W,额定转速3000RPM,请问其额定转矩
为多 大？由以上公式得：
T=(9549.3 * P) ÷N=((9549.3 *0.2) ÷3000=0.64 Nm
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容量事例
举例： 1. 此装置为垂直轴，总
质 量为20kg 2. 滚轴丝杠的导程
40mm 3. 移动移动距离为
300mm 4. 速度为500mm/s
感谢聆听！
选型要点（二）—速度选型问题
解决方法： 选用HF-JP203电机，能够满足正常运行要求。
伺服电机系列
伺服电机型号 对应伺服放大器型号MR-J3连续运 额定输出功率（KW） 行特性 额定输出扭矩（N.m） 最大输出扭矩 额定转速（r/min） 允许瞬时转速（r/min） 转动惯量J（×104kg.m2)
加速转矩：Tma={(JL+JM) ×N0/(9.55×10000×tsa)}+TL ={(215.371+2.3) ×1200/(9.55×10000×0.45)}+0.46=6.54N.m
减速转矩： Tmd={(JL+JM) ×N0/(9.55×10000×tsd)}+TL =5.45N.m
有效负载率： 7% 峰值负载率： 6.54/6.37=102%
速度 速度Ｖ
加速度＝速度Ｖ／加速時間
加速時間
時間
加速转矩＝半径×质量×加速度
加速度＝速度V／时间
加速转矩＝半径×质量×速度Ｖ／時間
速度Ｖ＝距离／时间
＝半径×角度／时间
＝半径×角速度
加速转矩 ＝半径×质量×半径×角速度／时间
＝半径２×质量×角加速度
半径^２×质量 就是它的惯量
转动惯量定义为：J=∑ mi*ri^2 （1）式中mi表示刚体的某个质点的质量，ri表示该质点到转轴的 垂直距离。 转动惯量是表征刚体转动惯性大小的物理量,它与刚体的质量、质量相对于转轴的分 布有关。 刚体的转动惯量是由质量、质量分布、转轴位置三个因素决定的。 (2) 同一刚体对不同 转轴的转动不同,凡是提到转动惯量,必须指明它是对哪个轴的才有意义。
HF-MP系列 45~75%
HF-SP 2000r/min 85~94%
总 结（六）
综述
根据工件运行方式等计算出转速范围,确定电机转速; 根据负载方式及大小计算出输出力矩,进而确定电机功率; 输出扭力方面如果转速满足要求首先要考虑是否加装伺服专用减速机,这样可以 用更小功率的电机而获得更大的输出力矩和更佳的运行性能,而且大部分时候经 济性也更佳；加减速转矩也是考虑内容，确定最大输出转矩是否满足要求。 使用回转台的场合的减速比一定要【减速比＝１/整数】 原因：如果不这样的话，每次原点复归的位置会不同，无法正确地做原点复归。 启停频率 确定需要不需要制动器
过载 特性 曲线
负载 计算
总 结（三）
机械传动中效率
机械传动功率
机械传动效率等于各个部 分效率的乘积 以右侧齿轮传动系统为例
传动效率：
P =Pη 出 入总
机械传动扭矩
η
=
P 出
=η2η3
总P
齿承
入
P
入Baidu Nhomakorabea
P
出
齿轮传动系统
T N
= T1i1Nη1N
备注：T1主轴转矩；TN从动轴转矩；i1N两轴之 间传动比；η1N为两轴之间传动效率 i1N ＞ 1时，减速运动，转矩放大； i1N ＜1时，增速运动，转矩减小。
HF-SP 2000r/min系列（中惯 量、中功率） 152(B) 200BN 1.5 7.16 21.5 2000 3000 17.8
HF-JP系列（低惯 量、中功率）
203(B) 200BN 2.0 6.37 19.1 3000 6000 4.92
选型要点（三）—惯量选型问题
• 设计要求：额定转速以下，冠带条能够够平稳输送，冠带无拉伸 • 传动方式：直连
受外廓尺寸限制： 通常≤7~20
带 平带传动0.97~0.98 受带的截面尺寸 受离心力限制： 受小轮包角和外廓尺
传 平带交叉传动0.90
和根数限制：
V带≤25~30
寸限制：
动 V带传动0.96 同步齿形带传动
V带Pmax=200 通常≤20
平带≤4~5 V带≤7~10
0.96~0.98
同步齿形带≤10
制： 圆柱齿轮： 7级精度≤25 5级精度≤130 锥齿轮： 直、斜齿<5 曲齿5~40
0.96
开式齿轮传动（脂润滑）
0.94~0.96
单级传动比I(减速)
受结构尺寸限制： 圆柱齿轮≤10 常用≤5 锥齿轮≤8 常用≤3
三菱产品机械传动效率
MR-J3系列一般工业用减速机G1系列效率
系列 传动效率
HF-KP系列 45~75%
总 结（五）
常用机构主要性能（二）
机构 传动效率η
功率Р/kW
速度ν(m/s)
啮 齿 经过磨合的6级和7级的 功率范围广，直 受振动和噪声限
合 轮 齿轮传动（油润滑） 传 传 0.98~0.99 动 动 8级精度一般齿轮传动
（油润滑）0.94~0.97 9级精度齿轮传动（油 润滑）
齿≤750
斜齿、人字齿 ≤50000
数值 50mm 4500mm 1500kg 50mm 60m/min
计算结果 丝杠直径 丝杠长度 丝杠上总重量 导程 移动速度
数值 50mm 4500mm 1500kg 50mm 60m/min
15 break
计算结果
JL=215.371Kg.cm^2 负载转矩：TL=0.01×1500×9.8×20/(2×3.14×1000)=0.46N.m＜6.37N.m 加减速时间：tsa=tsd=0.45s 总负载惯量：JL=215.371Kg.cm2
气
进给方向
缸
冠带输 送电机
辅 鼓
运行现状： 目前使用HF-KP43，电机在转矩控制模式下，会发出啸叫声，停止时电机高频抖动， 经常出现Al51报警；冠带条缠绕结束时有存料。
选型要点（三）—惯量选型问题 下图为传送停止时监控图表
电机停止：有效负载率和尖峰负载率不高；转动惯量为34.7
较大
选型要点（三）—惯量选型问题
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选定事例
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选定事例
后来客户设计时把 机械质量的增大 20kg→30kg 导致不平衡转矩超限
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选定事例
该怎么办？ 是否要选择容量更大的马达？
不需要 ☺
• 因为马达的额定速度是3000rpm，滚轴丝杠的导程是40mm，这样线 速度可以达到2000mm/s。
• 而实 际客户只需要500mm/s的速度，因此可以把导程改为10mm
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选定事例
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选定事例
事例总结：
1. 滚轴丝杠的导程在移动速度满足的条件下尽量选 小的。
2. 马达的转速最好不要比额定速度小太多，最好为 额定转速的90％左右。
3. 设计变更后要重新做容量计算
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案例计算与分析
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练习
机械构成图
如选用MR-J3系列伺服， 电机容量应选择多少？
机械参数
机械传动参数 丝杠直径 丝杠长度 丝杠上总重量 导程 移动速度
选型要点（一）—转矩选型问题
设计要求：辅鼓旋转速度200r/min， 加减速时间小于800ms， 减速比11.6
传动方式：减速机+同步带 运行现状：
电机型号：HF-SP352
辅鼓转速120r/min，无报警 产生。
选型要点（一）—转矩选型问题
辅鼓转速140r/min，基本能够正常运行，尖峰负载率约185%，偶尔产生 AL50报警； 辅鼓转速150r/min，电机转速1750r/min, 停止时尖峰负载率约为200% （趋势图监测），300%（列表监测）；AL50报警产生；
总 结（一）
电机选型三要素： 速度、 转矩、惯量
使用把马达速度转换为额定速度的85％～90％左右的减速机 原因： 1. 要留有10％～15％可以提高速度的余量
2. 要功率可以达到要求的情况下，要使用最经济的马达。 Ｐ＝Ｔｍ×Ω。
3. 输出转距恒定的话，转速要在额定转速之下
P,Tm
P
L
T
m
额定转速
总结（二）
总 结（四）
轴承与联轴器效率
种类
滚动轴承： 球轴承 滚子轴承
滑动轴承： 润滑不良 润滑良好 润滑很好（压力润滑） 液体摩擦润滑
效率
0.99（一对） 0.98（一对）
0.94（一对） 0.97（一对） 0.98（一对） 0.99（一对）
种类
滑块联轴器 齿式联轴器
弹性联轴器 万向联轴器(α≤3o) 万向联轴器(α≥3o)
5
惯量转换
容量选型：基础知识
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容量选型：基础知识
• 伺服选型基本要素：转矩、速度、转动惯量 • 功率、转矩、速度关系： • P = N*T ÷9549.3
额定转速之下，恒转矩输出；额定转速之上，恒功率输出
(式中P: 功率，单位为kW; N电机额定转速，单位为RPM; T: 额定转矩，单位为N.m)。
运行现状：
电机型号：HF-SP152
根据现有机械设计参数， 模板升降速度为 710mm/min时，电机转速为 2000r/min。 进给速度1200mm/min时， 电机速度为3380r/min，负 载率15%，尖峰负载率约 55%，正常运行。
选型要点（二）—速度选型问题
模板超过1200mm/min时，容易产生超速报警AL.31，如模板速度为 1400mm/min时，电机此时速度应为3943r/min