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西門子伺服電機的選型計算方法詳解
點擊次數(shù)：425 發(fā)布時間：2025-2-20
西門子伺服電機選型計算一般有以下步驟：
明確應(yīng)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(dǎo)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,，最終電機所需扭矩運 行 安 全 系 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)速傳 動 比 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(biāo)
：如電機的分辨率,、響應(yīng)時間,、過載能力等，例如在高速動態(tài)響應(yīng)的應(yīng)用中,，需要選擇響應(yīng)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(xí):
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
總負載慣量
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