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            上海茂碩機(jī)械設(shè)備有限公司

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            技術(shù)文章

            西門子伺服電機(jī)的選型計(jì)算方法詳解

            點(diǎn)擊次數(shù):213 發(fā)布時間:2025-2-20

            西門子伺服電機(jī)選型計(jì)算一般有以下步驟:

            明確應(yīng)用需求

            • 運(yùn)動模式

              :確定是需要直線運(yùn)動還是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,是點(diǎn)位控制、連續(xù)軌跡控制還是其他特定的運(yùn)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(jī)床中,可能要求位置精度達(dá)到 ±0.01mm,這對伺服電機(jī)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(jī),需要選擇具有耐高溫性能的型號。

            計(jì)算負(fù)載參數(shù)




            • 負(fù)載扭矩

              • 旋轉(zhuǎn)負(fù)載

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

                :通過摩擦力、重力等計(jì)算,如水平直線運(yùn)動時,,扭矩,其中為摩擦力,為摩擦系數(shù),為負(fù)載質(zhì)量,為重力加速度,為傳動半徑。
            • 負(fù)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(yùn)動部件

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

            確定電機(jī)參數(shù)




            • 扭矩計(jì)算

              • 加速扭矩

                是總慣量,包括電機(jī)自身慣量和負(fù)載慣量,是角速度變化量,是加速時間。
              • 運(yùn)行扭矩

                :根據(jù)負(fù)載在勻速運(yùn)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(jī)所需扭矩運(yùn)數(shù)。
            • 速度計(jì)算

              • 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動

                :根據(jù)負(fù)載所需的最大轉(zhuǎn)速(單位:rpm),電機(jī)轉(zhuǎn)速。
              • 直線運(yùn)動

                :由直線運(yùn)動速度(單位:m/s)和傳動機(jī)構(gòu)參數(shù)計(jì)算,如通過絲杠傳動時,
            • 慣量匹配

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

            選擇電機(jī)型號




            • 根據(jù)扭矩、速度和慣量

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

              :如電機(jī)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(jī)。
            • 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(shí)例練習(xí):

            已知:負(fù)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(jī)械效率n=0.9負(fù)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(fù)載需求的最小功率伺服電機(jī)。

            1.計(jì)算折算到電機(jī)軸上的負(fù)載慣量

            重物折算到電機(jī)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(fù)載慣量

            JL=JW+JB=145.29 kg.cm2

            2.計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速電機(jī)所需轉(zhuǎn)速

            N=V/PB

            =30/0.02

            = 1500rpm

            3.計(jì)算電機(jī)驅(qū)動負(fù)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(jì)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(jì)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(shí)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(jī)

            伺服電機(jī)額定扭矩T>Tf且T>Trms

            伺服電機(jī)最大扭矩 Tmax>Tf +TA

            最后選定1MV3-23C15CB-U131X電機(jī)


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