自动化项目设计过程中伺服电机的选型计算

伺服电机选型是自动化项目开发过程中常用的控制电机，在进行设计选型过程中。需要对电机的各项参数进行选型计算，如运行速度、转动力矩等。以匹配合适大小的电机。这里就电机的各项参数计算过程进行整理如下：

1、确定使用的机械机构形式

一般地，常见的结构为滚珠丝杆机构、皮带传动机构、齿轮齿条等。在确定机械机构的形式的过程中，还需要确定机构中滚珠丝杆的长度、导程、带轮直径等。以备计算过程中的使用。

几种机械结构形式

2、确定运行过程中的相关参数

如机构运行过程中的加减速时间，匀速运行时间、移动距离等。以方便计算确定电机的相关技术参数。

电机运行速度位置曲线

3、计算负载惯量和惯量比

运用一般的惯量计算方法，确定设备的负载惯量；并用选型电机的惯量除负载惯量，以计算惯量比。

惯量相当于保持一种状态所需要立的大小。惯量比是用电机的转动惯量除以负载惯量的数值。

电机使用过程中，依照经验值，750W以下的电机一般为20倍以下、1000W以上的电机一般为10倍以下。在需要快速响应的应用场景，应选择更小的惯量比。

4、计算电机的转速

依照机构的移动距离、加减速时间、匀速时间计算电机的转速。其中最主要的是要核算运行过程中需要的电机的最大转速值。计算出的最大转速应小于或等于选型电机的额定转速。

5、计算电机运行转矩

计算电机运行转矩的过程中，需要从以下几个方面进行核算：

1）电机峰值转矩

运行过程中电机所需要的最大转矩，主要为电机加减速时所需要的转矩。一般应为电机最大转矩的80%以下。

2）移动转矩、停止时的保持转矩

电机使用过程中，绝大部分时间点应该都是处于这中状态，即电机常时间运转所需要的转矩。一般应为电机额定转矩的80%以下。

转矩计算方法

3）有效转矩

此参数为，电机运行、停止保持等全闭过程所需转矩的平方平均值的单位时间值。同样大致约为电机额定转矩的80%以下。

有效转矩计算方法

6、选型确定伺服电机选型

通过以上的计算，就可以依照以上计算过程中的结果，选型确定电机。所选择的电机参数，应大于等于以上计算需求参数。（转载请注明来源函控自动化工程师头条号）

7、应用举例（使用滚珠丝杆机构的示例）

1）确定基本参数

机构上的工件质量 Wa=10Kg

滚珠丝杆的长度 BL=0.5m

滚珠丝杆的直径 Bd=0.02m

滚珠丝杆的螺距 Bp=0.02m

滚珠丝杆的效率 Bn=0.9

移动距离 0.3m

联轴器的惯量 Jc=10*10^-6Kg.m^2

2)运行模式

加速时间 Ta=0.1s

匀速时间 Tb=0.8s

减速时间 Td=0.1s

循环时间 Tc=2s

移动距离 0.3m

运行参数

3）负载惯量

预估丝杆的质量为1.24Kg。则

负载惯量计算

4）惯量比

若预先电机为200W，则Jm=0.14x10^-4(Kg.m^2)。

惯量比计算

5）最高速度Vmax

最高速度计算

6）转速

电机转速计算

7）转矩

移动转矩

移动转矩计算

加速时转矩

加速转矩计算

减速时转矩

减速转矩计算

8）有效转矩

有效转矩计算

通过以上计算，可以知道，选择200W伺服电机选型 满足使用要求。

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