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1华北分公司技术支援科：王敬利2014年3月18日伺服电机选型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23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。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！•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×［导程／（２×π）］容量选型：基础知识力半径转矩力转矩导程5容量选型：基础知识•何为惯量？時間速度加速度＝速度Ｖ／加速時間加速時間速度Ｖ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。6容量选型：基础知识惯量转换7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)。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=0.64Nm8容量事例举例：1.此装置为垂直轴，总质量为20kg2.滚轴丝杠的导程40mm3.移动移动距离为300mm4.速度为500mm/s9选定事例10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11选定事例•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该怎么办？是否要选择容量更大的马达？不需要☺12选定事例13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案例计算与分析1415break练习机械构成图机械参数如选用MR-J3系列伺服，电机容量应选择多少？机械传动参数数值丝杠直径50mm丝杠长度4500mm丝杠上总重量1500kg导程50mm移动速度60m/min计算结果数值丝杠直径50mm丝杠长度4500mm丝杠上总重量1500kg导程50mm移动速度60m/min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%电机选型三要素：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总结（一）转矩、惯量额定转速P,TmLPTm速度、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。总结（二）负载计算电机选型三要素：速度、过载特性曲线转矩、惯量总结（三）机械传动中效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：32PP承齿入出总ηηη==齿轮传动系统P入P出机械传动功率总入出ηPP=机械传动扭矩NNNiTT111η=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。总结（四）种类效率种类效率滚动轴承：球轴承滚子轴承0.99（一对）0.98（一对）滑块联轴器齿式联轴器0.97~0.990.99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0.94（一对）0.97（一对）0.98（一对）0.99（一对）弹性联轴器万向联轴器(α≤3o)万向联轴器(α≥3o)0.99~0.9950.97~0.980.95~0.97轴承与联轴器效率常用机构主要性能（一）机构传动效率η功率Р/kW速度ν(m/s)单级传动比I(减速)摩擦传动摩擦轮传动0.85~0.92受对轴作用力和外廓尺寸限制Pmax=200通常≤20受发热限制：≤20受外廓尺寸限制：通常≤7~20带传动平带传动0.97~0.98平带交叉传动0.90V带传动0.96同步齿形带传动0.96~0.98受带的截面尺寸和根数限制：V带Pmax=200通常≤20受离心力限制：V带≤25~30受小轮包角和外廓尺寸限制：平带≤4~5V带≤7~10同步齿形带≤10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)单级传动比I(减速)啮合传动齿轮传动经过磨合的6级和7级的齿轮传动（油润滑）0.98~0.998级精度一般齿轮传动（油润滑）0.94~0.979级精度齿轮传动（油润滑）0.96开式齿轮传动（脂润滑）0.94~0.96功率范围广，直齿≤750斜齿、人字齿≤50000受振动和噪声限制：圆柱齿轮：7级精度≤255级精度≤130锥齿轮：直、斜齿5曲齿5~40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HF-KP系列HF-MP系列HF-SP2000r/min传动效率45~75%45~75%85~94%总结（六）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综述选型要点（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；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）选型要点（一）—转矩选型问题伺服电机系列HF-SP2000r/min系列（中惯量、中功率）伺服电机型号352(B)702(B)对应伺服放大器型号MR-J3-350B700B连续运行特性额定输出功率（KW）3.57.0额定输出扭矩（N.m）16.733.4最大输出扭矩50.1100额定转速（r/min）20002000允许瞬时转速（r/min）30003000转动惯量J（×104kg.m2)75.01541.683673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选型要点（二）—速度选型问题运行现状：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。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。选型要点（二）—速度选型问题伺服电机系列HF-SP2000r/min系列（中惯量、中功率）HF-JP系列（低惯量、中功率）伺服电机型号152(B)203(B)对应伺服放大器型号MR-J3-200BN200BN连续运行特性额定输出功率（KW）1.52.0额定输出扭矩（N.m）7.166.37最大输出扭矩21.519.1额定转速（r/min）20003000允许瞬时转速（r/min）30006000转动惯量J（×104kg.m2)17.84.92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：直连辅鼓冠带输送电机进给方向运行现状：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。气缸下图为传送停止时监控图表选型要点（三）—惯量选型问题电机停止：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；感谢聆听！