三菱伺服電機負(fù)載轉(zhuǎn)矩選擇
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一、進給驅(qū)動伺服電機的選擇
1.原則上應(yīng)該根據(jù)負(fù)載條件來選擇伺服電機。在電機軸上所有的負(fù)載有兩種，即阻尼轉(zhuǎn)矩和慣量負(fù)載。這兩種負(fù)載都要正確地計算，其值應(yīng)滿足下列條件:
1)當(dāng)機床作空載運行時，在整個速度范圍內(nèi)，加在伺服電機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)在電機連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)，即應(yīng)在轉(zhuǎn)矩速度特性曲線的連續(xù)工作區(qū)?！ ?/span>
2最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩，加載周期以及過載時間都在提供的特性曲線的準(zhǔn)許范圍以內(nèi)?！?電機在加速/減速過程中的轉(zhuǎn)矩應(yīng)在加減速區(qū)(或間斷工作區(qū))之內(nèi)?！ ?/span>
4對要求頻繁起，制動以及周期性變化的負(fù)載，必須檢查它的在一個周期中的轉(zhuǎn)矩均方根值。并應(yīng)小于電機的連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩。
5加在電機軸上的負(fù)載慣量大小對電機的靈敏度和整個伺服系統(tǒng)的精度將產(chǎn)生影響。通常，當(dāng)負(fù)載小于電機轉(zhuǎn)子慣量時，上述影響不大。但當(dāng)負(fù)載慣量達到甚至超過轉(zhuǎn)子慣量的5倍時，會使靈敏度和響應(yīng)時間受到很大的影響。甚至?xí)顾欧糯笃鞑荒茉谡Ｕ{(diào)節(jié)范圍內(nèi)工作。所以對這類慣量應(yīng)避免使用。
推薦對伺服電機慣量Jm和負(fù)載慣量Jl之間的關(guān)系如下:
Jl<5×Jm
1、負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算
負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算方法加到伺服電機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算公式，因機械而異。但不論何種機械，都應(yīng)計算出折算到電機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
通常，折算到伺服電機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩可由下列公式計算:
Tl=(F*L/2πμ)+T0
式中:Tl折算到電機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩(N.M)；
F：軸向移動工作臺時所需要的力；
L：電機軸每轉(zhuǎn)的機械位移量(M)；
To：滾珠絲杠螺母，軸承部分摩擦轉(zhuǎn)矩折算到伺服電機軸上的值(N.M)；
Μ：驅(qū)動系統(tǒng)的效率
F：取決于工作臺的重量，摩擦系數(shù)，水平或垂直方向的切削力，是否使用了平衡塊(用在垂直軸)。
Μ：摩擦系數(shù)；
Fc：切削力的反作用力；
Fg：用鑲條固緊力；
Fcf：由于切削力靠在滑塊表面作用在工作臺上的力(kg)即工作臺壓向?qū)к壍恼驂毫?。 ?計算轉(zhuǎn)矩時下列幾點應(yīng)特別注意：
(a)由于鑲條產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩必須充分地考慮。通常，僅僅從滑塊的重量和摩擦系數(shù)來計算的轉(zhuǎn)矩很小的。請?zhí)貏e注意由于鑲條加緊以及滑塊表面的精度誤差所產(chǎn)生的力矩?！ ?/span>
(b)由于軸承，螺母的預(yù)加載，以及絲杠的預(yù)緊力滾珠接觸面的摩擦等所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩均不能忽略。尤其是小型輕重量的設(shè)備。這樣的轉(zhuǎn)矩回應(yīng)影響整個轉(zhuǎn)矩。所以要特別注意?！ ?/span>
(c)切削力的反作用力會使工作臺的摩擦增加，以此承受切削反作用力的點與承受驅(qū)動力的點通常是分離的。如圖所示，在承受大的切削反作用力的瞬間，滑塊表面的負(fù)載也增加。當(dāng)計算切削期間的轉(zhuǎn)矩時，由于這一載荷而引起的摩擦轉(zhuǎn)矩的增加應(yīng)給予考慮?！ ?/span>
(d)摩擦轉(zhuǎn)矩受進給速率的影響很大，必須研究測量因速度工作臺支撐物(滑塊，滾珠，壓力)，滑塊表面材料及潤滑條件的改變而引起的摩擦的變化。已得出正確的數(shù)值?！ ?/span>
(e)通常，即使在同一臺的機械上，隨調(diào)整條件，周圍溫度，或潤滑條件等因素而變化。當(dāng)計算負(fù)載轉(zhuǎn)矩時，請盡量借助測量同種機械上而積累的參數(shù)，來得到正確的數(shù)據(jù)?！ ?/span>
2.負(fù)載慣量的計算。
由電機驅(qū)動的所有運動部件，無論旋轉(zhuǎn)運動的部件，還是直線運動的部件，都成為電機的負(fù)載慣量。電機軸上的負(fù)載總慣量可以通過計算各個被驅(qū)動的部件的慣量，并按一定的規(guī)律將其相加得到?！ ?/span>
1)圓柱體慣量 如滾珠絲杠，齒輪等圍繞其中心軸旋轉(zhuǎn)時的慣量可按下面公式計算: J=(πγ/32)*D4L(kg cm2) 如機構(gòu)為鋼材，則可按下面公式計算: J=(0.78*10-6)*D4L(kg cm2) 式中: γ材料的密度(kg/cm2) D圓柱體的直經(jīng)(cm) L圓柱體的長度(cm)
2)軸向移動物體的慣量工件，工作臺等軸向移動物體的慣量，可由下面公式得出: J=W*(L/2π)2 (kg cm2) 式中: W直線移動物體的重量(kg) L電機每轉(zhuǎn)在直線方向移動的距離(cm)
3)圓柱體圍繞中心運動時的慣量如圖所示: 圓柱體圍繞中心運動時的慣量 屬于這種情況的例子:如大直經(jīng)的齒輪，為了減少慣量，往往在圓盤上挖出分布均勻的孔這時的慣量可以這樣計算: J=Jo+W*R2(kg cm2) 式中:Jo為圓柱體圍繞其中心線旋轉(zhuǎn)時的慣量(kgcm2) W圓柱體的重量(kg) R旋轉(zhuǎn)半徑(cm)
4)相對電機軸機械變速的慣量計算將上圖所示的負(fù)載慣量Jo折算到電機軸上的計算方法如下: J=(N1/N2)2Jo 式中:N1 N2為齒輪的齒數(shù)
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一、進給驅(qū)動伺服電機的選擇
1.原則上應(yīng)該根據(jù)負(fù)載條件來選擇伺服電機。在電機軸上所有的負(fù)載有兩種，即阻尼轉(zhuǎn)矩和慣量負(fù)載。這兩種負(fù)載都要正確地計算，其值應(yīng)滿足下列條件:
1)當(dāng)機床作空載運行時，在整個速度范圍內(nèi)，加在伺服電機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)在電機連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)，即應(yīng)在轉(zhuǎn)矩速度特性曲線的連續(xù)工作區(qū)?！ ?/span>
2最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩，加載周期以及過載時間都在提供的特性曲線的準(zhǔn)許范圍以內(nèi)?！?電機在加速/減速過程中的轉(zhuǎn)矩應(yīng)在加減速區(qū)(或間斷工作區(qū))之內(nèi)?！ ?/span>
4對要求頻繁起，制動以及周期性變化的負(fù)載，必須檢查它的在一個周期中的轉(zhuǎn)矩均方根值。并應(yīng)小于電機的連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩。
5加在電機軸上的負(fù)載慣量大小對電機的靈敏度和整個伺服系統(tǒng)的精度將產(chǎn)生影響。通常，當(dāng)負(fù)載小于電機轉(zhuǎn)子慣量時，上述影響不大。但當(dāng)負(fù)載慣量達到甚至超過轉(zhuǎn)子慣量的5倍時，會使靈敏度和響應(yīng)時間受到很大的影響。甚至?xí)顾欧糯笃鞑荒茉谡Ｕ{(diào)節(jié)范圍內(nèi)工作。所以對這類慣量應(yīng)避免使用。
推薦對伺服電機慣量Jm和負(fù)載慣量Jl之間的關(guān)系如下:
Jl<5×Jm
1、負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算
負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算方法加到伺服電機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算公式，因機械而異。但不論何種機械，都應(yīng)計算出折算到電機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
通常，折算到伺服電機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩可由下列公式計算:
Tl=(F*L/2πμ)+T0
式中:Tl折算到電機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩(N.M)；
F：軸向移動工作臺時所需要的力；
L：電機軸每轉(zhuǎn)的機械位移量(M)；
To：滾珠絲杠螺母，軸承部分摩擦轉(zhuǎn)矩折算到伺服電機軸上的值(N.M)；
Μ：驅(qū)動系統(tǒng)的效率
F：取決于工作臺的重量，摩擦系數(shù)，水平或垂直方向的切削力，是否使用了平衡塊(用在垂直軸)。
無切削時: F=μ*(W+fg)，切削時: F=Fc+μ*(W+fg+Fcf)。
三菱伺服電機負(fù)載轉(zhuǎn)矩選擇
Μ：摩擦系數(shù)；
Fc：切削力的反作用力；
Fg：用鑲條固緊力；
Fcf：由于切削力靠在滑塊表面作用在工作臺上的力(kg)即工作臺壓向?qū)к壍恼驂毫?。 ?計算轉(zhuǎn)矩時下列幾點應(yīng)特別注意：
(a)由于鑲條產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩必須充分地考慮。通常，僅僅從滑塊的重量和摩擦系數(shù)來計算的轉(zhuǎn)矩很小的。請?zhí)貏e注意由于鑲條加緊以及滑塊表面的精度誤差所產(chǎn)生的力矩?！ ?/span>
(b)由于軸承，螺母的預(yù)加載，以及絲杠的預(yù)緊力滾珠接觸面的摩擦等所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩均不能忽略。尤其是小型輕重量的設(shè)備。這樣的轉(zhuǎn)矩回應(yīng)影響整個轉(zhuǎn)矩。所以要特別注意?！ ?/span>
(c)切削力的反作用力會使工作臺的摩擦增加，以此承受切削反作用力的點與承受驅(qū)動力的點通常是分離的。如圖所示，在承受大的切削反作用力的瞬間，滑塊表面的負(fù)載也增加。當(dāng)計算切削期間的轉(zhuǎn)矩時，由于這一載荷而引起的摩擦轉(zhuǎn)矩的增加應(yīng)給予考慮?！ ?/span>
(d)摩擦轉(zhuǎn)矩受進給速率的影響很大，必須研究測量因速度工作臺支撐物(滑塊，滾珠，壓力)，滑塊表面材料及潤滑條件的改變而引起的摩擦的變化。已得出正確的數(shù)值?！ ?/span>
(e)通常，即使在同一臺的機械上，隨調(diào)整條件，周圍溫度，或潤滑條件等因素而變化。當(dāng)計算負(fù)載轉(zhuǎn)矩時，請盡量借助測量同種機械上而積累的參數(shù)，來得到正確的數(shù)據(jù)?！ ?/span>
2.負(fù)載慣量的計算。
由電機驅(qū)動的所有運動部件，無論旋轉(zhuǎn)運動的部件，還是直線運動的部件，都成為電機的負(fù)載慣量。電機軸上的負(fù)載總慣量可以通過計算各個被驅(qū)動的部件的慣量，并按一定的規(guī)律將其相加得到?！ ?/span>
1)圓柱體慣量 如滾珠絲杠，齒輪等圍繞其中心軸旋轉(zhuǎn)時的慣量可按下面公式計算: J=(πγ/32)*D4L(kg cm2) 如機構(gòu)為鋼材，則可按下面公式計算: J=(0.78*10-6)*D4L(kg cm2) 式中: γ材料的密度(kg/cm2) D圓柱體的直經(jīng)(cm) L圓柱體的長度(cm)
2)軸向移動物體的慣量工件，工作臺等軸向移動物體的慣量，可由下面公式得出: J=W*(L/2π)2 (kg cm2) 式中: W直線移動物體的重量(kg) L電機每轉(zhuǎn)在直線方向移動的距離(cm)
3)圓柱體圍繞中心運動時的慣量如圖所示: 圓柱體圍繞中心運動時的慣量 屬于這種情況的例子:如大直經(jīng)的齒輪，為了減少慣量，往往在圓盤上挖出分布均勻的孔這時的慣量可以這樣計算: J=Jo+W*R2(kg cm2) 式中:Jo為圓柱體圍繞其中心線旋轉(zhuǎn)時的慣量(kgcm2) W圓柱體的重量(kg) R旋轉(zhuǎn)半徑(cm)
4)相對電機軸機械變速的慣量計算將上圖所示的負(fù)載慣量Jo折算到電機軸上的計算方法如下: J=(N1/N2)2Jo 式中:N1 N2為齒輪的齒數(shù)
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