伺服电机(Servo motor)的选型方法

: 小麻籽

2009-10-06

伺服马达是自动化机械中，精密定位常用之旋转作动组件，如数值控制(CNC)之工具、机器人(Robot)及印刷机等产业机械，对于如何选用适当伺服马达规格在机构中，以滚珠螺杆(Ball screw) 之滑台为例，计算如下：
一、首先决定机械之规格：
1.负载
W=200(kg)
2.滚珠螺杆规格：
(1)螺距(Pitch)
PB=20(mm)
(2)直径
DB=50(mm)
(3)重量
WB=40(kg)
(4)摩擦系数
μ=0.2
3.机械效益 η=0.9

二、决定动作参数
1.负载时移动速度 V=500(mm/sec)
2.滑台全行程 L=1000(mm)
3.全行程移动总时间 t=1.4(sec)
4.加减速时间 t1=t3=0.2(sec)
5.静止稳定时间 t4=0.3(sec)
6.定位精度 ±0.05(mm)

三、选用马达之转子惯量(JM)
1.滚珠螺杆惯量
JB=(WB．D^2)/(8．g)
　=(40．52)/(8．980)
　=0.128(kg．cm．S^2)
2.负载惯量
JL=(W/g)．(PB/20．π)^2+JB
　=(200/9.8)．(20/20．π)^2+0.128
　=0.149
3.马达轴心转换惯量
J=JL=0.149(kg．cm．S^2)
4.选用马达之转子惯量
JMJL/20 149/20 7.45(g．cm．S^2)

四、选用马达回转速(N)
N=(V．60)/PB =(500．60)/20 =1500(rpm)
五、选用马达之额定扭矩(TM)
1.负载扭矩
TL=(μ．W．PB)/(2．π．η)/10
　 =(0.2．200．20)/(2．π．0.9)/10
　 =14.15(kg．cm)
2.加减速扭矩
TA=(2．π．N/60．t1)．(JM+(JL/η))
　 =140.5(kg．cm)
3.瞬间最大扭矩(Ta)
Ta=TA+TL=154.5(kg．cm)
Tb=TL=14.15(kg．cm)
Tc=TL-TA=-126.35(kg．cm)
4.实效扭矩
Trms=√((Ta^2．t1)+(Tb^2．t2)+(Tc^2．t3))／(t1+t2+t3+t4)
　　=69.3(kg．cm)

5.选用马达之额定扭矩
TM1.3．实效扭矩(Trms)
　 1.3．69.3
　 90(kg．cm)
注：通常选用马达之瞬间最大扭矩为TM之三倍但必须大于Ta

六、选用马达解角器(PE)
假设PE=2000(p/rev)
则机械位置分辨率(Resolution)
=(PB．(1/R))/(PE．4)
=0.0025(mm)
机械定位精度±0.05(mm)

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