富士伺服电机选型计算资料

附 付録附录

付

附录

■ 容量选择计算 ■ 电脑编程器 ■ 参数表

附-1

附 付付録附录

(1) 机械系统的种类

容量选择计算

用可变速电机驱动的机械系统，一般有以下几类。

将伺服系统用于机械系统中时，请注意以下各点。 ①减速比

为了有效利用伺服电机的功率，应在接近电机的额定速度(最高旋转速度)数值的范围使用。在最高旋转速度下连续输出转矩，还是比额定转矩小。 ②预压转矩

对丝杠加预压力，刚性增强，负载转矩值增大。 由预压产生的摩擦转矩，请参照滚珠丝杠规格书。 ③保持转矩

升降机械在停止时，伺服电机继续输出保持力。 在时间充裕的场合，建议使用保持制动。

附-2

附 付録附录

付

附-3

附 付付録附录

＜参考＞

摩擦系数μ的目标值

材质密度

机械效率η的目标值

模数

(齿轮节圆直径)

(模数) ＝ ———————————————

(齿数)

※公制齿轮

※模数

0.5 0.75 0.8 1 1.5 2 2.5 3 4 5 6 7

链条尺寸

附-4

附 付録附录

容量选择计算，是由机械规格(构成)计算出必要的伺服电机容量的计算。 容量选择计算所需要的项目如下。

付

(2) 容量选择计算

负载惯性矩(机械系统的惯性矩) 负载转矩(驱动机械所需的转矩) 加速/减速时间 运行模式

一般地说，由于不能测定系统惯性矩和负载转矩。因此，由机械的构成计算出近似值。 容量选择计算的次序如下。

容量选择流程图

开始

计算负载惯性矩

计算负载转矩TL

临时选定电机容量

计算最短加速/减速时间

(计算加速/减速转矩)

绘制转矩特性曲线

①由机械构成计算负载惯性矩。

②由机械构成计算负载转矩。

③临时选定电机容量。

④确认最短加速/减速时间。指定时间时，计算必要的加速/减速转矩。

⑤由运行模式绘制转矩特性曲线。

⑥由转矩特性曲线计算出实际转矩。

⑦如果实际转矩(Trms)比额定转矩(TR)小，则可按指定的运行模式运转。

⑧计算再生电力，必要时选择再生电阻器。

⑨在可能范围内，重新审定机械规格。

计算实际的转矩

计算再生电力

重新审定机械规格， 变更运行模式

结束

附-5

附 付付録附录

＜惯性矩计算＞

形状

附-6

附 付録附录

换算

付

附-7

附 付付録附录

＜负载转矩(TL)计算＞

滚珠丝杠

减速比

GL

移动速度

V 可动部分重量

W

μ: 摩擦系数 BP: 丝杠螺矩[mm]

W，W1: 可动部分重量[kg] 丝杠螺矩

L

W2: 配重重量[kg]

GL: 减速比(无单位) F: 推力[kg]

电机轴旋转速度

N

上升时(垂直)

下降时(垂直)

停止时(垂直)

可动部分重量 传送带·齿条和小齿轮

W

减速比 GL

移动速度 V

μ: 摩擦系数 D: 直径[mm]

W，W1: 可动部分重量[kg] 电机轴旋转速度 W2 : 配重重量[kg] N GL: 减速比(无单位) D

小齿轮直径

上升时(垂直)

下降时(垂直)

停止时(垂直)

附-8

附 付録附录

计算对于电机轴换算的机械系统负载惯性矩(GD2)。 计算电机旋转时随转动(移动)部分的惯性矩，并求出总和。

付

①计算负载惯性矩(JL)

②计算负载转矩(TL)

计算对于电机轴换算的负载转矩。 ③临时选定电机容量

选定满足以下两个条件的电机容量。

■ 允许用负载惯性矩

JL ≦ JM × 100(30) ································ 在速度控制中缓慢移动时

JL ≦ JM ×30(10) ··································· 在位置控制中定位时 JL ≦ JM ×10(-) ······································ 进行高频度定位时

(参考值: 在0.5秒内，运转/停止一次以上)

※( )内的数值、是使用GYG电机时的值。 ■负载转矩

TL ≦ TR ×0.9 ········································ 0.9是安全系数(例子)

④计算最短的加速/减速时间(计算加速/减速转矩)

确认考虑负载条件的最短加速/减速时间。指定加速/减速时间时，计算加速/减速转矩。

最短加速/减速时间

加速/减速转矩

tAC＝

(JM＋JL)×2π×(N1－N0)

60(TAC－TL)

TAC ＝

(JM＋JL)×2π×(N1－N0)

60(tAC)

+TL

tAC: 加速/减速时间[s] JM: 伺服电机惯性矩[kg·m2]

JL: 对电机轴换算的负载惯性矩[kg·m2] TL : 对电机轴换算的负载转矩[Nm] TAC: 加速/减速转矩[Nm]

附-9

附 付付録附录

⑤绘制转矩特性曲线

由运行模式，绘制输出转矩特性曲线。

●运行模式

移动速度

时间

●转矩特性曲线

TAC: 加速转矩

输出转矩

TL: 负载转矩

时间

TDC: 减速转矩

⑥计算实际转矩(Trms)

计算运行模式1个循环的实际转矩。

Trms＝

(TAC2×tAC)＋(TL2×tL)＋(TDC2×tDC)

tCYC

将各输出转矩的平方与输出时间之积相加，再将所得之和除以1个循环的时间，然后开平方，所得平方根值为实际转矩值。

⑦Trms ≦ TR

如果实际转矩小于额定转矩，则可以按指定的运行模式连续运行。

附-10

附 付録附录

一般在下述状态下进行再生运行。 水平方向进给: 减速时

垂直方向进给: 下降时以一定速度进给以及在减速时。

减速时的再生电力(P1)

P1 [W] ＝ (2π/60)×TDC[Nm]×N1 [r/min]×(1/2)

付

⑧计算再生电力

下降时以一定速度进给(P2)

P2 [W] ＝ (2π/60)×TDC[Nm]×N1 [r/min]

计算运行模式1时，循环时的平均再生电力(P)，确认再生电阻容量下降。如果升高，则应适当选用外部再生电阻。

P [W]＝

(P1 [w]×t1[s]＋P2 [w]×t2 [s] )

tCYC[s]

⑨运行模式/机械构成的重新审查

当Trms大于TR时，重新审查以下项目。

在允许范围内，将加速/减速时间加长一些。 延长运转频率(1循环时间)。 当旋转速度有余量时，加大减速比。 加大电机容量。

当升降机械停止时间长时，加机械制动。

在高频率运行时，尽量加大减速比，减小惯性矩。

附-11

附 付付録附录

(3)容量选择计算实例

■机械构成

减速比1/1(直接连接)

伺服电机

丝杠螺距10mm、输送重量20kg、推力0kg(无)

①最大移动速度(v)

减速比1/1、电机轴旋转速度3000[r/min]时:

V＝ (3000/60)×10×(1/1)＝500 [mm/s]

②对电机轴换算的负载惯性矩(JL)

假定丝杠(J1) φ20、长度为500mm。

假定可动部分(J2) 输送重量

20kg。

2

J1＝

πρ 32

π×7.85×10 32

3

L

1000

４

D1 1000

2

× GL

４

＝

500 1000

20 1000

×(1/1)2

＝

0.6 × 10-4

[kg·m2]

J2＝

W

1 2π 1 2π

BP 1000 10 1000

×(GL)2

2

＝ 20

×(1/1)2

＝

0.5

×10-4 [kg·m2]

附-12

附 付録附录

JL＝

付

1.1 × 10-4 [kg·m2]

③对电机换算的负载转矩(TL)

假定输送重量20kg、摩擦系数(μ)0.1、机械效率(η)0.9。

TL＝

(μW+F)×9.81

2πη (0.1 ×20 +0)×9.81

2π×0.9

BP 1000

×GL

＝

10 1000

×(1/1)

＝ 0.03 [Nm]

④容量选择条件

TL ≦ TR × 0.9

JL ≦ JM × 5 (高频率进给)

TL＝ 0.03 [Nm]

JL ＝ 1.1 × 10-4 [kg·m2]

⑤临时选择

从容量选择条件，得到GYS201DC2-T2A(0.2kW)。

(JM＝0.135×10-4[kg·m2]，TR＝0.637[Nm]，TAC＝1.91[Nm])

⑥最短加速/减速时间(tAC)

＝

tAC＝

(JM+ JL)×2π×N 60(TAC-TL)

(0.135×10-4+1.1×10-4)×2π×3000 60(1.91-0.03)

＝ 0.021 [s]

加速/减速时间为0.05秒时的加速/减速转矩:

TAC＝

(JM+ JL)×2π×N

60(tAC)

+ TL

附-13

附 付付録附录

＝

(0.135×10-4+1.1×10-4)×2π×3000

60×0.05

+0.03

＝0.78 [Nm]

⑦运行模式

时间

时间

※ 这是容量选择上的模式。假设1个运行周期为0.5秒。

⑧实效转矩(Trms)

为输出转矩的时间平均值。

Trms＝

＝

TAC2×ta+TL2×tL+ TDC2×td

tCYC

(0.782×0.05)×2+(0.032×0.05)×1

0.5

＝ 0.25 [Nm]

由于GYS201DC2-T2A型号的额定转矩在0.637[Nm]以下，可以用指定的运行模式连续运行 。

附-14

附 付録附录

付

⑨选择结果

伺服电机:GYS201DC2-T2A (0.2kW)

⑩再生电力

在减速时，再生电力返回。

P1[W] ＝ (2π/60)×T [Nm]×N[r/min]×(1/2)

＝ (2π/60)×0.78×3000×(1/2)

≒ 123 [W]

１循环运行时的平均再生电力、

P ＝ (123×0.05)/0.5

≒ 12.3 [W]

RYC201D3型伺服放大器，没有安装再生电阻器。

考虑是否需要再生电阻器。

步骤1)求减速时机械系统保持的能量(EG)。

＝

EG ＝

1

2 1 2

(JM+JL) (2πN/60)2

2

(0.135×10-4 +1.1×10-4)×

2π×3000 60

＝ 6.1[J]

步骤2)根据负载转矩，计算消耗的能量(EL)。

EL＝(2π/60)×TL×N×tDC×(1/2) ＝ (2π/60)×0.03×3000×0.05×(1/2) ＝ 0.24[J]

步骤3)计算由伺服电机绕组线所消耗的能量(EM)。

EM＝3×(R×I2)×tDC

＝3×R×((TDC/ TR×IR)2)×tDC ＝3×2.3×((0.78/0.637×1.5)2)×0.05 ＝1.2[J]

※GYS201DC2-T2A型号的相电阻2.3Ω

附-15

附 付付録附录

※相电阻值

步骤4)计算伺服放大器可能吸收的能量(ES)。

ES＝

1 2 1 2

CV2

(660×10-6)× (3852-(200×21/2)2)

＝

＝ 22.5[J]

※ 直流中间电容器(RYC201)660μF、电源电压200V(有效值) ※ 0.2kW以下伺服放大器的电容器为660μF。

由机械系统、伺服放大器和伺服电机能够处理的能量: EL＋ EM＋ ES ＝ 0.24 ＋ 1.2 ＋ 22.5 ≒ 24[J] 由于EG ＝6.1[J]，因此不需要外部再生电阻器。

附-16

附 付録附录

FALDIC-W适用的电脑编程器软件，可从本公司的内部网页下载。

付

电脑编程器

http:/www.fujielectric.co.jp/fcs/

利用电脑编程器，可进行以下设定。

①实时跟踪 ................... 可连续获得速度和转矩波形。 ②历史跟踪 ................... 可从实时跟踪得到短时间的详细波形。 ③监控器2 ................... 可监视I/O确认、报警记录和系统构成。 ④参数编集 ................... 进行关于参数的编集、传送、比较和初始化。 ⑤通信设定 ................... 设定伺服放大器和电脑编程器之间的通信条件。

⑥简易调整 ................... 通过简单设定，使伺服电机自动往复运行，调整适合于机械系统的自

动调谐增益。

⑦伺服分析器 ................. 检查机械系统的共振点/反共振点。

也可以确认陷波滤波器的效果。

附-17

附 付付録附录

参数表

FALDIC-W参数一览表(1)

附-18

附 付録附录

付

附-19

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/vu4i.html