自动化伺服电机选型

王军领，王秀敏，仲太生，詹俊勇，罗素萍，周智伟

（扬力集团股份有限公司 自动化处，江苏 扬州225127）

随着自动化行业的迅速发展，由于伺服电机精度高、抗过载能力强，稳定性强等诸多优点，各行各业得到了非常广泛应用，广泛替代了人工操作，提高了生产效率和品质，降低了劳动和人力成本[1-2]。

1 受力原理图

伺服电机受力驱动原理图，如图1，运动部件（工

图1 丝杆驱动原理图作台及工件）的重量M=200kg，螺杆螺距Ph=20mm，螺杆直径DB=50mm，螺杆及配件重量MB=10kg，滑动表面的摩擦系数μ=0.2，机械效率η=0.9，负载移动速度V=30m/min，全程移动时间t=1.4s，加减速时间t1=t3=0.2s，静止时间t4=0.3s。图2 中减速比为1:10，负载与上述相同[3-4]。

2 丝杠伺服电机负载

为保证足够的角加速度使系统反应灵敏和满足系统的稳定性要求，负载惯量JL应限制在2.5 倍电机惯量JM之内，即JL＜2.5JM[5]。

2.1 电机轴上的负载惯量

负载折算到电机轴上的转动惯量，如式1 所示。

式中：M——运动部件重量，kg；

Ph——丝杠导程，cm。

2.2 螺杆转动惯量

旋转后的转动惯量如式2 所示。

式中：MB——螺杆及配件重量，kg；

DB——螺杆直径，cm；

2.3 总负载惯量

2.4 电机转速

电机所需要的转速控制在电机额定转速之内，否则需要调整传动比达到所需值，如式（4）：

式中：Vmax——直线运行速度，m/min;

nnom——电机的额定转速，rpm。

2.5 电机驱动扭矩

克服负载和自重所需转矩如式（5）：

加速度为a=30/60/0.2=2.5m/s2，重物加速时所需转矩如式（6）：

螺杆加速时所需要转矩如式（7）：

加速所需总扭矩如式（8）：

使用中最大扭矩如式（9）：

3 齿轮齿条伺服电机负载

和滚珠丝杠速度如果一样对应的齿轮节圆直径为63.66mm。

克服负载自重齿排切向力如式（10）：

减速机减速之后对应齿轮力矩如式（11）：

克服重力加速度齿排切向力如式（12）：

减速机减速之后的齿轮力矩如式（13）：

经过减速之后电机扭矩为如式（14）：

设计需求力矩如式（15）：

4 伺服电机选择

连续工作扭矩6.936N·m＜伺服电机额定扭矩9.55 N·m；

瞬时最大扭矩2.5×11.43N·m＜伺服电机最大扭矩（加速时）28.6 N·m

负载惯量51.54 N·m＜3 倍电机转子惯量=3×47.9 N·m；

连续工作速度1500 转/min＜电机额定转速3000 转/min

经过上面综合对比，选定功率为2.0kW 的伺服电机[6]。

5 总结

如果电机功率过小，就会造成电机长期过载，使电机发热而损坏，如果电机功率过大，就会造成功率效率得不到充分的利用，增加设备的成本，造成电能的浪费。经过上述两种结构的传动结构负载情况和电机型号选型对比，负载一样，传动结构不同，总的电机功率是接近的，可以相互借鉴引用[7-8]。