电机的选型计算

-1-3873滚珠丝杠电机选型计算设计要求：夹具加工件重量：W1=300kg提升部位重量：W2=100kg行走最大行程：S=1200mm最大速度：V=20000mm/min使用寿命：Lt=20000h滑动阻力：u=0。01电机转数：N=1333RPM运转条件：v（m/min)匀速上升3s加速下降时间：T1=0.75S匀速下降时间T2=3S加速上升0.75s减速上升0.75s减速下降时间T3=0.75St(sec)加速上升时间T4=0.75S加速下降0.75s减速下降0.75s匀速上升时间T5=3S减速上升时间T6=0.75S匀速下降3s1，螺杆轴径，导程，螺杆长度选定a：导程（l）由电机最高转数可得-2-L大于或等于V/N=20000/1333=15mm即导程要大于15mm，根据THK样本得导程16mm即L=16mmb：轴负荷计算1，加速下降段a1=V/T=20000/60X0.75=444(mm/s2)=0.444m/s2f=u(W1+W2)xG=0.01(300+100)x9.8=40NF1=(W1+W2)xG-f-(W1+W2)xa1=(300+100)x9.8-40-(300+100)x0.444=3702N2,匀速下降段F2=(W1+W2)xG-f=(300+100)x9.8-40=3880N3减速下降段F3=(W1+W2)xG-f+(W1+W2)xa1=(300+100)x9.8-40+(300+100)x0.444=4058N4加速上升段F4=(W1+W2)xG+f+(W1+W2)xa1=(300+100)x9.8+40+(300+100)x0.444=4137N5，匀速上升段F5=(W1+W2)xG+f=(300+100)x9.8+40=3960N-3-6,减速上升段F6=(W1+W2)xG+f-(W1+W2)xa1=(300+100)x9.8+40-(300+100)x0.444=3784N由上得：加速上升时对轴产生的负荷最大即：F4=4137N1根据负荷可得轴直径F4=mDr。104/L2Dr=【F4xL²X10-3/m】¼=【4173x1500²x10-3/9.8x10.2】¼=18mm及螺杆第一次选型根径需大于18mm2，根据螺杆长度来选定轴直径L=最大行程+螺母长度+预留长度=1200+100+200=1500mm通常螺杆的直径与长度比为60以下即：D≥L/60=1500/60=25mm及螺杆第二次选型根径需大于25mm3，根据容许的转数来选定-4-N=fDr*107/L²Dr≥NL²*10-7/f=1333*1500²*10-7/15.1=20mm4基本动额定负荷计算平均负荷F=F1+F2+F3+F4+F5+F6/6=3702+3880+4058+4137+3960+3784/6=3960N平均转数Nm=n1*t1+n2*t2+n3*t3+n4*t4+n5*t5+n6*t6/t=4(660*0.75)+2(1333*3)/9=554rpm由设计条件要求使用寿命达Lt=20000H此为普通运转机构，设fw=1.2即动态负载为：Lt=【Ca/F*fw】³*【1/60Nm】*106Ca=(60Nm*Lt)1/3*Fm*fw*10-2=(60*554*20000)1/3*3960*1.2*10-2=41473N即滚珠丝杆的动态载荷要大于41473N静态负载为Coa=F*fw=3960*1.2=4752N即滚珠丝杆的动态载荷要大于4752N根据以上数据选型得滚珠丝杆的型号为：SBN5016-5轴径：50mm导程：16mm动载荷：46500N-5-2，电机型号选定1螺杆轴转动惯量为GD1=WD2/8=24*0.052/8=75kg.cm2移动部分的转动惯量为：GD2=W（l/2π)2=400*（1.6/2*3.14)2=26kg.cm2即总的转动惯量为：GD=GD1+GD2=75+26=101kg.cm22驱动力矩计算加速度下降段TI=F1*l/2π*Ƞ=3702*1.6/2*3.14*0.9=1048N.cm匀速下降段T2=F2*l/2π*Ƞ=3880*1.6/2*3.14*0.9=1098N.cm减速下降段T3=F3*l/2π*Ƞ=4058*1.6/2*3.14*0.9=1149N.cm加速上升段T4=F4*l/2π*Ƞ=4137*1.6/2*3.14*0.9=1171N.cm匀速上升段T5=F5*l/2π*Ƞ=3960*1.6/2*3.14*0.9=1121N.cm减速上升段T6=F6*l/2π*Ƞ=3784*1.6/2*3.14*0.9=1071N.cm-6-3角加速度产生的惯性力矩：T7=J*W=(GD+GDM)*（2πn/60*t1)GDM为电机的惯性矩（查表得97kg.cm2）=【（101+97）/4*980】*｛(2*3.14*1333)/60*0.3｝=0.05*465=23.3kg.cm=228N.cm4总力矩T1加=T1+T7=1048+228=1276N.cmT2均=T2+T7=1098+228=1326N.cmT3减=T3+T7=1149+228=1377N.cmT4加=T4+T7=1171+228=1399N.cmT5均=T5+T7=1121+228=1349N.cmT6减=T6+T7=1071+228=1299N.cm即加速上升时产生的力矩最大T4加=1399N.cm=13.99N.m-7-5电机选用三菱型号确定为HF-SP5024BJK额定功率为：Kw=5.0额定输出力矩为23.9N.m电机的惯性距为97kg.cm2额定输出转数为2000r/min即电机惯性矩比为GD/GDM=101/97=1.04即惯性距比小于5倍满足电机使用要求提升机构上增加了一个皮带轮数比为1:1.5即电机输出转数实际为N实=N/1.5=2000/1.5=1333r/min即每秒电机的转数为N秒=N实/60=1333/60=22.1r/s即在上升下降一个来回内行走的距离L总=N秒*L*T总=22.1*16*9=3.18m﹥2.4m即电机行走速度满足使用要求通过皮带轮传递后实际到螺杆的力矩为T实=23.9*1.5=35.85N.m一般选用三菱的伺服电机安全余量要放大2倍即（T实*0.8）/2=（35.85*0.8）/2=14.34N.m即14.34N.m﹥13.99N.m所以电机输出力矩也满足使用要求-8-3门形框架强度核实已知整个移动部分的总量大约为750KG移动部分行走的最大速度为40m/min移动部分的加速度为0.5S即加速度对框架产生的力为：F=M*A=M*(V/S)=700*(0.67/0.5)=1005N经Inventor校核计算：杆件产生的位移为0.77mm,最大应力为36.6MPa即现有连接方式满足设计要求