| 伺服系統(tǒng)的設(shè)計包括： 伺服系統(tǒng)的動力方法設(shè)計-靜態(tài)設(shè)計 伺服電機型號和電機機械系統(tǒng)參數(shù)相互匹配。 控制理論方法設(shè)計-控制器參數(shù)和動態(tài)性能指標(biāo) 一、慣量匹配： （一）.等效負(fù)載慣量JL的計算 1.驅(qū)動回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動慣量： |
| 回轉(zhuǎn)運動的動能： |
| 根據(jù)能量守恒: |
| 推廣到對多軸系統(tǒng)： |
| 2.直線運動物體的等效轉(zhuǎn)動慣量： 以絲杠螺母帶動工作臺為例： 直線運動工作臺的動能： 將此能量轉(zhuǎn)換成電機軸回轉(zhuǎn)運動的能量，根據(jù)能量守恒， |
| 推廣到對一般系統(tǒng)： |
| 3.回轉(zhuǎn)和直線聯(lián)動裝置的等效轉(zhuǎn)動慣量： |
| （二）. 慣量匹配原則 1.步進(jìn)電機的慣量匹配條件： |
| 帶慣性負(fù)載時的最大啟動頻率： |
| 2.交、直流伺服電機的慣量匹配原則： 對于采用慣量較小的直流伺服電機的伺服系統(tǒng) 對于采用大慣量直流伺服電機的伺服系統(tǒng) |
| 二、容量匹配： （一）. 等效轉(zhuǎn)矩的計算 1.等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩[TL]的計算 根據(jù)能量守恒原理： |
| 有些機械裝置中有負(fù)載作用的軸不止一個，此時 |
| 2.等效摩擦轉(zhuǎn)矩[Tf]的計算 由于機械裝置大部分損失的功率是克服摩擦力做功，所以等效摩擦力矩根據(jù)機械效率做近似 估算： |
| 3.等效慣性力矩[Ta]的計算 電機在變速時，需要一定的加速力矩。 |
| （二）. 伺服電機容量匹配原則 1.步進(jìn)電機的容量匹配 |
| 2.交直流伺服電機的容量匹配： 直流伺服電機的轉(zhuǎn)矩-速度特性曲線分成連續(xù)工作區(qū)、斷續(xù)工作區(qū)、加減速工作區(qū)，三個區(qū)用途不同，電機轉(zhuǎn)矩的選擇方法也不一樣。工程上常根據(jù)電機發(fā)熱條件的等效原則，將重復(fù)短時工作制等效于連續(xù)工作制的電機來選擇。 三、速度匹配 同樣功率的電機，額定轉(zhuǎn)速高則電機尺寸小，重量輕；電機轉(zhuǎn)速越高，傳動比就會越大，這對于減小伺服電機等效轉(zhuǎn)動慣量，提高電機負(fù)載能力有利。因此電機常工作在高轉(zhuǎn)速低扭矩狀態(tài)。但是機械裝置工作在低轉(zhuǎn)速高扭矩狀態(tài)，所以要在伺服電機和機械裝置之間需要減速器匹配。應(yīng)該在對負(fù)載分析的基礎(chǔ)上，合理選擇減速器的減速比。 四、伺服電機選擇實例： （一）步進(jìn)電機選擇實例 工作臺（拖板）重量W=2000N，拖板導(dǎo)軌之間摩擦系數(shù)μ=0.06，車削是最大切削負(fù)載FZ=2150N，y向切削分力Fy=2FZ=4300N（垂直于導(dǎo)軌），要求刀具切削使得進(jìn)給速度v1=10-500mm/min，快速行程速度v2=3000mm/min，滾珠絲杠名義直徑d0=32mm，導(dǎo)程tsp=6mm，絲杠總長l=1400mm，拖板最大行程為1150mm，定位精度±0.01mm，試選擇合適的步進(jìn)電機。 |
| 圖4.18 步進(jìn)電機帶動工作臺 |
| 1.脈沖當(dāng)量的選擇： 初選三相步進(jìn)電機的步距角為0.75°/1.5°，當(dāng)三相六拍運行時，步距角θ=0.75°，其每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)S=360°/θ=480。初選脈沖當(dāng)量δ=0.01mm，根據(jù)脈沖當(dāng)量的定義，可得中間齒輪傳動比i為 |
| 選小齒輪齒數(shù)Z1=20，Z2=25。模數(shù)m=2 2.等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算 （1）空載時的等效摩擦轉(zhuǎn)矩Tf |
| （2）車削加工時的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL |
| 3.等效轉(zhuǎn)動慣量 （1）滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量Jsp |
| （2）拖板運動慣量換算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量JW |
| （3）大齒輪的轉(zhuǎn)動慣量Jg2 |
| （4）小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量Jg1 |
| 4.初選電機型號 已知TL=241.4（N.cm），JL=7.76（N.cm. s2），初選電機型號為110BF003， 其最大靜轉(zhuǎn)矩Tmax=800，轉(zhuǎn)子慣量Jm=4.7 （N.cm. s2）由此可得 |
| 滿足慣量匹配和容量匹配的條件 5.速度驗算 （1）快進(jìn)速度驗算 查步進(jìn)電機運行矩頻曲線得當(dāng)fmax=6000HZ時， 電機轉(zhuǎn)矩Tm=90（Ncm）>Tf=11.46,可按此頻率計算最大進(jìn)給速度v2 |
| （2）工進(jìn)速度的驗算 |
| 綜上所述，可選擇此型號的電機 （二）直流伺服電機選擇實例 線位移脈沖當(dāng)量δ=0.01mm，最大進(jìn)給速度v2=6000mm/min，加速時間0.2s，移動體重量W=2000N，移動速度6m/min，拖板導(dǎo)軌之間摩擦系數(shù)μ=0.065，電機直接驅(qū)動絲杠。絲杠外徑55mm，試選擇合適的直流伺服電機。 |
| 圖4.19 直流伺服電機帶動工作臺 1.根據(jù)脈沖當(dāng)量確定絲杠導(dǎo)程和齒輪傳動比： 已知δ和編碼器分辨率，可知步距角 |
| 換算到電機軸上 |
| 2.所需電機轉(zhuǎn)速的計算 |
編碼器軸上轉(zhuǎn)速 |
| 預(yù)緊力F2=F1/3=433.33（N） |
| 4.等效轉(zhuǎn)動慣量的計算 |
| 移動體 傳動體 |
| 5.初選電機型號 已知TL=200.45（N.cm），JL=245（kg.cm2），初選電機型號為CN-800-10， 其最大靜轉(zhuǎn)矩TR=830 （N.cm）， 轉(zhuǎn)子慣量Jm=91 （kg.cm2）由此可得 |
| 6.計算電機所需轉(zhuǎn)矩Tm |
