伺服电机怎么选型和计算

文章主要介绍了在实际应用中 对于需要选多大功率的伺服电 机，用一个实例的计算过程和 计算公式给大家参考。

物理概念及公式

§ 力矩與轉動方程式1. 力矩：1) 力矩的意義：使物體轉動狀態產生變化的因素，即當物體 受到不為零的外力矩作用，原為靜止的將開始轉動，原來 已在轉動的，轉速將產生改變。 2) 力矩的定義：考慮開門的情況，如右 圖，欲讓門產生轉動，必須施一外力 F 。施力點離轉軸愈遠愈容易使門轉 動。而外力平形於門面的分力對門的 轉動並無效果，只有垂直於門面的分 力能讓門轉動。綜合以上因素，定義 力矩，以符號 τ表示。 F r θ

r sin

作用線

rF sin F (r sin ) 力量 力臂3

3) 力矩的單位：S.I. 制中的單位為 牛頓 公尺(N m) 4) 力矩的方向與符號：繞固定軸轉動的物體，力矩可使物體 產生逆時鐘方向，或順時鐘方向的轉動。因此力矩為一維 向量。力矩符號規則一般選取如下： 正號：逆時鐘方向。 負號：順時鐘方向。

2. 轉動方程式：考慮一繞固定軸轉動的剛體(如右圖)。距離轉軸為 r 處的一 質量為 m 的質點，受到一力量 F 的作 用，根據切線方向的牛頓第二運動定律 Ft r

文章主要介绍了在实际应用中对于需要选多大功率的伺服电机,用一个实例的计算过程和计算公式给大家参考。

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物理概念及公式

文章主要介绍了在实际应用中对于需要选多大功率的伺服电机,用一个实例的计算过程和计算公式给大家参考。

§ 力矩與轉動方程式1. 力矩：1) 力矩的意義：使物體轉動狀態產生變化的因素，即當物體 受到不為零的外力矩作用，原為靜止的將開始轉動，原來 已在轉動的，轉速將產生改變。 2) 力矩的定義：考慮開門的情況，如右 圖，欲讓門產生轉動，必須施一外力 F 。施力點離轉軸愈遠愈容易使門轉 動。而外力平形於門面的分力對門的 轉動並無效果，只有垂直於門面的分 力能讓門轉動。綜合以上因素，定義 力矩，以符號 τ表示。 F rr s in

θ

作用線

rF sin F ( r sin ) 力 量 力 臂3

文章主要介绍了在实际应用中对于需要选多大功率的伺服电机,用一个实例的计算过程和计算公式给大家参考。

3) 力矩的單位：

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

伺服电机选型计算,不用下载直接算

①机械系统的决定 负载质量M(kg) ·滚珠丝杠节距P(mm) ·滚珠丝杠直径D(mm) ·滚珠丝杠质量MB(kg) ·滚珠丝杠摩擦系数μ ·因无减速器，所以G=1、η =1

5 10 20 3 0.1 1

②动作模式的决定 单一变化 ·负载移动速度V(mm/s) ·行程L(mm) ·行程时间tS(s) ·加减速时间tA(s) ·定位精度AP(mm)

300 360 1.4 0.2 0.01

速度(mm/s) 300

300

0 0.2 1

0 0.2 时间(s)

③换算到电机轴负载惯量的计算 滚珠丝杠的惯量JB= 1.50E-04 kg.m2

伺服电机选型计算,不用下载直接算

负载的惯量JW= JL=G2x(JW+J2)+J1

1.63E-04 kg.m2

换算到电机轴负载惯量JL=JW

1.63E-04 kg.m2

④负载转矩的计算 对摩擦力的转矩Tw 换算到电机轴负载转矩TL=Tw ⑤旋转数的计算 转数N 7.80E-03 N.m 7.80E-03 N.m

N=60V/P.G

1800 r/min

⑥电机的初步选定[选自OMNUC U系列的

ULTRACT III

Nominal

torqueStand-still

torque

1.18Nm

1.39Nm

2.48Nm

2.60Nm

3.95Nm

4.91Nm

4.00Nm

4.00Nm

4.42Nm

3.50Nm

3.50Nm

3.50Nm

5.30Nm

5.00Nm

5.52Nm

7.34Nm

7.62Nm

6.63Nm

7.62Nm

5.87Nm

9.20Nm

10.40Nm

9.98Nm

13.18Nm

12.84Nm

7.80Nm

10.50Nm

8.98Nm

12.74Nm

12.00Nm

18.40Nm

19.00Nm

16.00Nm

19.00Nm

16.80Nm

17.79Nm

23.16Nm

23.80Nm

23.00Nm

26.60Nm

42.00Nm

34.00Nm

33.00NmNominalspeed2000Rpm6000Rpm2000Rpm5000Rpm1000Rpm2000Rpm5000Rpm5000Rpm2000Rpm3000Rpm4000Rpm5000Rpm1500Rpm3000Rpm4000Rpm2000Rpm2000Rpm3000Rpm3000Rpm4000Rpm3000Rpm2000Rpm4000Rpm2000Rpm2500Rpm1000Rpm4000Rpm5175Rpm350

运动控制解决方案西门子制造自动化和驱动技术集团的运动控制系统部门已推出了一套完整的自动化解决方案，可以满足未来对机床和生产机械的需求。凭借其强大的创新能力，行业知识以及这些解决方案的巨大优势，西门子已成为全球领先的运动控制系统提供商之一。因此，我们可以在不同领域提供成功的案例供您参考。面向各个行业的创新产品，系统，解决方案和服务西门子运动控制系统可以满足很高的要求：所有产品均采用最新技术，具有强大的功能和高质量。此外，系统和产品以最佳方式组合在一起，因此它们始终可以轻松组合到经济的机器解决方案中。相似和运动控制系统如下所述。这些产品构成了创新的系统平台，可用于优化控制系统以满足机床的要求。因此，对于包装，塑料和玻璃，木材和金属，纺织和印刷等众多行业，可以找到最好的经济型运动控制解决方案来满足未来的需求。这些解决方案可以根据新出现的新要求轻松扩展，并且可以与我们的高性能伺服电机，线性电机，转矩电机和标准准电机结合使用。此外，西门子在机器的整个生命周期内为客户提供支持，例如在130个国家/地区的295个服务点提供售前和售后服务，或在运动控制解决方案的应用咨询和机电支持等特殊服务方

面提供支持。应用程序支持：寻求最佳解决方案的安全途径：中国，法国，德

步进电机和伺服电机的比较

王勇

（陕西渭河煤化工集团有限责任公司）

３步进电机和伺服电机在造型时的比较３．１步进电机在造型时的要点

３．１．１选择保持转矩保持转矩也叫静力矩，是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。由于步进电机低速运转时的力矩接近保持转矩，而步进电机的力矩随着速度的增大而快速衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以说保持转矩是衡量步进电机负载能力最重要的参数之一。

３．１－２选择相数两相步进电机成本低，步距角最少１．８度，低速时的震动较大，高速时力矩下降快，适用于高速且对精度和平稳性要求不高的场合ｉ三相步进电机步距角最少１．５度，振动比两相步进电机小，低速性能好于两相步进电机，最高速度比两相步进电机高百分之３０至５０，适用于高速且对精度和平稳性要求较高的场合；５相步进电机步距角更小，低速性能好于３相步进电机，但成本偏高，适用于中低速段且对精度和平稳性要求较高的场合。

３．１．３选择电机应遵循先选电机后选驱动器原则，先明确负载特性，再通过比较不同型号步进电机的静力矩和矩频曲线，找到与负载特性最匹配的步进电机；精度要求高时，应采用机械减速装置，以使电机工作在效率最高、噪音最低的状态：避免使电机工作在振动区，如若必须则通过改变电压、电

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲个数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机安设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到高速的目的。

伺服电机又称执行电机，在自动控制系统中，用作执行元件，把收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度输出。伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）也就是说伺服电机本身具备发出脉冲的功能，它每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样伺服驱动器和伺服电机编码器的脉冲形成了呼应，所以它是闭环控制，步进电机是开环控制。

步进电机和伺服电机的区别在于：1、控制精度不同。步进电机的相数和拍数越多，它的精确度就越高，伺服电机取块于自带的编码器，编码器的刻

步进电机和伺服电机的比较

王勇

（陕西渭河煤化工集团有限责任公司）

３步进电机和伺服电机在造型时的比较３．１步进电机在造型时的要点

３．１．１选择保持转矩保持转矩也叫静力矩，是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。由于步进电机低速运转时的力矩接近保持转矩，而步进电机的力矩随着速度的增大而快速衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以说保持转矩是衡量步进电机负载能力最重要的参数之一。

３．１－２选择相数两相步进电机成本低，步距角最少１．８度，低速时的震动较大，高速时力矩下降快，适用于高速且对精度和平稳性要求不高的场合ｉ三相步进电机步距角最少１．５度，振动比两相步进电机小，低速性能好于两相步进电机，最高速度比两相步进电机高百分之３０至５０，适用于高速且对精度和平稳性要求较高的场合；５相步进电机步距角更小，低速性能好于３相步进电机，但成本偏高，适用于中低速段且对精度和平稳性要求较高的场合。

３．１．３选择电机应遵循先选电机后选驱动器原则，先明确负载特性，再通过比较不同型号步进电机的静力矩和矩频曲线，找到与负载特性最匹配的步进电机；精度要求高时，应采用机械减速装置，以使电机工作在效率最高、噪音最低的状态：避免使电机工作在振动区，如若必须则通过改变电压、电

步进电机的发展、应用和种类简

介

步进电机最早是在1920年代由英国人所开发。1950年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。往后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。

步进电机依其构造上的差异可分为三大类： （下图一） ? 可变磁阻式（VR型）：

转子以软铁加工成齿状，当定子线圈不加激磁电压时，保持转矩为零，故其

转子惯性小、响应性佳，但其容许负荷惯性并不大。其步进角通常为15°。

? 永久磁铁式（PM型）：

转子由永久磁铁构成，其磁化方向为辐向磁化，无激磁时有保持转矩。依转

子材质区分，其步进角有45°、90°及7.5°、11.25°、15°、18°等几种。 ? 混和式（HB型）：

转子由轴向磁化的磁铁制成，磁极做成复极的形式，其乃兼采可变磁阻式步

进电机及永久磁铁式步进电机的优点，精确度高、转矩大、步进角度小。

（图