王軍領,王秀敏,仲太生,詹俊勇,羅素萍,周智偉
(揚力集團股份有限公司 自動化處,江蘇 揚州225127)
隨著自動化行業的迅速發展,由于伺服電機精度高、抗過載能力強,穩定性強等諸多優點,各行各業得到了非常廣泛應用,廣泛替代了人工操作,提高了生產效率和品質,降低了勞動和人力成本[1-2]。
伺服電機受力驅動原理圖,如圖1,運動部件(工
圖1 絲桿驅動原理圖作臺及工件)的重量M=200kg,螺桿螺距Ph=20mm,螺桿直徑DB=50mm,螺桿及配件重量MB=10kg,滑動表面的摩擦系數μ=0.2,機械效率η=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。圖2 中減速比為1:10,負載與上述相同[3-4]。
為保證足夠的角加速度使系統反應靈敏和滿足系統的穩定性要求,負載慣量JL應限制在2.5 倍電機慣量JM之內,即JL<2.5JM[5]。
負載折算到電機軸上的轉動慣量,如式1 所示。
式中:M——運動部件重量,kg;
Ph——絲杠導程,cm。
旋轉后的轉動慣量如式2 所示。
式中:MB——螺桿及配件重量,kg;
DB——螺桿直徑,cm;
電機所需要的轉速控制在電機額定轉速之內,否則需要調整傳動比達到所需值,如式(4):
式中:Vmax——直線運行速度,m/min;
nnom——電機的額定轉速,rpm。
克服負載和自重所需轉矩如式(5):
加速度為a=30/60/0.2=2.5m/s2,重物加速時所需轉矩如式(6):
螺桿加速時所需要轉矩如式(7):
加速所需總扭矩如式(8):
使用中最大扭矩如式(9):
和滾珠絲杠速度如果一樣對應的齒輪節圓直徑為63.66mm。
克服負載自重齒排切向力如式(10):
減速機減速之后對應齒輪力矩如式(11):
克服重力加速度齒排切向力如式(12):
減速機減速之后的齒輪力矩如式(13):
經過減速之后電機扭矩為如式(14):
設計需求力矩如式(15):
連續工作扭矩6.936N·m<伺服電機額定扭矩9.55 N·m;
瞬時最大扭矩2.5×11.43N·m<伺服電機最大扭矩(加速時)28.6 N·m
負載慣量51.54 N·m<3 倍電機轉子慣量=3×47.9 N·m;
連續工作速度1500 轉/min<電機額定轉速3000 轉/min
經過上面綜合對比,選定功率為2.0kW 的伺服電機[6]。
如果電機功率過小,就會造成電機長期過載,使電機發熱而損壞,如果電機功率過大,就會造成功率效率得不到充分的利用,增加設備的成本,造成電能的浪費。經過上述兩種結構的傳動結構負載情況和電機型號選型對比,負載一樣,傳動結構不同,總的電機功率是接近的,可以相互借鑒引用[7-8]。