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      技術(shù)文章

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      西門子伺服電機的選型計算方法詳解

      更新時間:2025-02-20點擊次數(shù):1000

      西門子伺服電機選型計算一般有以下步驟:

      明確應用需求

      • 運動模式

        :確定是需要直線運動還是旋轉(zhuǎn)運動,是點位控制、連續(xù)軌跡控制還是其他特定的運動模式。
      • 精度要求

        :包括位置精度、速度精度等,例如在數(shù)控機床中,可能要求位置精度達到 ±0.01mm,這對伺服電機的分辨率和控制精度有較高要求。
      • 工作環(huán)境

        :考慮溫度、濕度、粉塵、振動等因素,如在高溫環(huán)境下工作的伺服電機,需要選擇具有耐高溫性能的型號。

      計算負載參數(shù)




      • 負載扭矩

        • 旋轉(zhuǎn)負載

          :根據(jù)轉(zhuǎn)動慣量和角加速度計算,公式為,其中為負載扭矩,為轉(zhuǎn)動慣量,為角加速度。
        • 直線負載

          :通過摩擦力、重力等計算,如水平直線運動時,,扭矩,其中為摩擦力,為摩擦系數(shù),為負載質(zhì)量,為重力加速度,為傳動半徑。
      • 負載慣量

        • 旋轉(zhuǎn)部件

          :對于圓柱體,轉(zhuǎn)動慣量,其中為質(zhì)量,為半徑。
        • 直線運動部件

          :若通過絲杠傳動,可將直線運動慣量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動慣量,,其中為直線運動部件質(zhì)量,為絲杠導程。

      確定電機參數(shù)




      • 扭矩計算

        • 加速扭矩

          ,是總慣量,包括電機自身慣量和負載慣量,是角速度變化量,是加速時間。
        • 運行扭矩

          :根據(jù)負載在勻速運行時所需的扭矩確定,要考慮傳動效率等因素。
        • 安全系數(shù)

          :一般取 1.2-1.5,最終電機所需扭矩數(shù)。
      • 速度計算

        • 旋轉(zhuǎn)運動

          :根據(jù)負載所需的最大轉(zhuǎn)速(單位:rpm),電機轉(zhuǎn)速。
        • 直線運動

          :由直線運動速度(單位:m/s)和傳動機構(gòu)參數(shù)計算,如通過絲杠傳動時,。
      • 慣量匹配

        :一般要求負載慣量與電機慣量的比值在一定范圍內(nèi),通常。

      選擇電機型號




      • 根據(jù)扭矩、速度和慣量

        :在伺服電機產(chǎn)品樣本或選型軟件中,查找滿足計算所得扭矩、速度和慣量要求的電機型號。
      • 其他性能指標

        :如電機的分辨率、響應時間、過載能力等,例如在高速動態(tài)響應的應用中,需要選擇響應時間短的電機。
      • 通信接口與控制方式

        :根據(jù)控制系統(tǒng)的要求,選擇合適的通信接口(如 CANopen、EtherCAT 等)和控制方式(如位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制)。

      實例練習:

      已知:負載重量M=200kg,螺桿螺距PB=20mm螺桿直徑DB=50mm,螺桿重量MB=40kg,摩擦系數(shù)μ=0.2,機械效率n=0.9負載移動速度V=30m/min,全程移動時間t=1.4s加減速時間t1=t3=0.2s,靜止時間t4=0.3s。請選擇滿足負載需求的最小功率伺服電機。

      1.計算折算到電機軸上的負載慣量

      重物折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量

      JW=M*(PB/2π)2

      =200*(2/6.28)2

      =20.29 kg.cm2

      螺桿轉(zhuǎn)動 慣量

      JB=MB*DB2/8

      =40*25/8

      125 kg.cm2

      負載慣量

      JL=JW+JB=145.29 kg.cm2

      2.計算電機轉(zhuǎn)速電機所需轉(zhuǎn)速

      N=V/PB

      =30/0.02

      = 1500rpm

      3.計算電機驅(qū)動負載所需要的扭矩

      克服摩擦力所需轉(zhuǎn)矩

      Tf=M*g*μ*PB/2π/η

      =200*9.8*0.2*0.02/2π/0.9

      = 1.387 N.m

      重物加速時所需轉(zhuǎn)矩

      TA1=M*a*PB/2π/η

      =200*(30/60/0.2)*0.02/2π/0.9

      =1.769 N.m

      螺桿加速時所需要轉(zhuǎn)矩

      TA2=JB*a/η=JB*(N*2π/60/t1)/η

      =0.0125*(1500*6.28/60/0.2)/0.9

      =10.903 N.m

      加速所需總轉(zhuǎn)矩

      TA =TA1 +TA2 =12.672 N.m

      另一種計算所需加速扭矩的方法

      TA=2π*N*(JW+JB)/(60*t1)/η

      =6.28*1500*0.014529/12/0.9

      =12.672 N.m

      計算瞬時最大扭矩

      加速扭矩Ta=TA+Tf=14.059 N.m

      勻速扭矩Tb=Tf=1.387N.m

      減速扭矩TC=TA-Tf=11.285 N.m

      實效扭矩

      Trms=sqrt[(Ta2*t1+Tb2*t2 +Tc2*t3)/(t1+t2+t3)]

      = sqrt[(14.0592*0.2+1.3872*1 +11.2852*0.2)/(0.2+1+0.2)]

      = sqrt[(39.531+1.924+25.47)/1.4]

      = 6.914 N.m

      4.選擇伺服電機

      伺服電機額定扭矩T>Tf且T>Trms

      伺服電機最大扭矩 Tmax>Tf +TA

      最后選定1MV3-23C15CB-U131X電機


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