垂直丝杠的伺服电机选型计算

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。

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。

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

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

1 丝杠许用轴向负载计算

P α E d L I n 取决于丝杠安装方法的系数 支撑-支撑 固定-支撑 固定-固定 固定-自由 公式(1.2)带入(1.1)得

n??3E4P?d 264Ln?2EI P??L2(1.1)

N N/mm2 (MPa) mm mm mm4 (1.2)

丝杠许用轴向负载 安全系数 杨氏模量 丝杠轴底径 安装距离 丝杠轴截面最小惯性矩 0.5 2.08*105 I??64d4

n=1 n=2 n=4 n=1/4 (1.3)

2 丝杠许用转速

N β g γ A λ 取决于丝杠安装方法的系数 支撑-支撑 固定-支撑 固定-固定

60?2N??2?L2丝杠许用转速 安全系数 重力加速度 丝杠材料比重(单位体积材料产生重力) EIg ?A 0.8 9.8*103 r/min mm/s2 N/mm3 (2.1)

???·g?7800*10?9kg/mm3*9.8N/kg

丝杠最小截面积 mm2 (2.2)

λ=π λ=3.927 λ=4.730 A??2d 4

固定-自由 公式推导如下： λ=1.875 2E*1000?20.8*602.08*105*103?27?d?d?102d 2?

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

Δ3

一、进给传动部件的计算和选型

进给传动部件的计算和选型主要包括:确定脉冲当量、计算切削力、选择滚珠丝杠螺母副、计算减速器、选择步进电机等。

1、脉冲当量的确定

根据设计任务的要求，X方向的脉冲当量为δx=0.005mm/脉冲，Z方向为δz=0.01mm/脉冲。

2、切削力的计算

切削力的分析和计算过程如下：

设工件材料为碳素结构钢，σb=650Mpa；选用刀具材料为硬质合金YT15；刀具几何参数为：主偏角κr=60°，前角γo=10°，刃倾角λs=-5°；切削用量为：背吃刀量ap=3mm，进给量f=0.6mm/r，切削速度vc=105m/min。

查表得：CFc=2795，xFc=1.0，yFc=0.75，nFc=-0.15。 查表得：主偏角κ

r

的修正系数kκrFc=0.94；刃倾角、前角和刀尖圆

弧半径的修正系数均为1.0。

由经验公式（3—2）,算得主切削力Fc=2673.4N。由经验公式Fc：Ff：Fp=1：0.35：0.4，算得进给切削力Ff=935.69N，背向力Fp=1069.36N。

3、滚珠丝杠螺母副的计算和选型 （1） 工作载荷Fm的计算

已知移动部件总重G=1300N；车削力Fc=2673.4N，Fp=1069.36

Δ3

一、进给传动部件的计算和选型

进给传动部件的计算和选型主要包括:确定脉冲当量、计算切削力、选择滚珠丝杠螺母副、计算减速器、选择步进电机等。

1、脉冲当量的确定

根据设计任务的要求，X方向的脉冲当量为δx=0.005mm/脉冲，Z方向为δz=0.01mm/脉冲。

2、切削力的计算

切削力的分析和计算过程如下：

设工件材料为碳素结构钢，σb=650Mpa；选用刀具材料为硬质合金YT15；刀具几何参数为：主偏角κr=45°，前角γo=10°，刃倾角λs=-0°；切削用量为：背吃刀量ap=1mm，进给量f=0.18mm/r，切削速度vc=90m/min。

查表得：CFc=270，xFc=1.0，yFc=0.75，nFc=-0.15。

查表得：主偏角κr的修正系数kκrFc=1.0；刃倾角、前角和刀尖圆弧半径的修正系数均为1.0。

由经验公式（3—2）,算得主切削力Fc=2673.4N。由经验公式Fc：Ff：Fp=1：0.35：0.4，算得进给切削力Ff=935.69N，背向力Fp=1069.36N。

3、滚珠丝杠螺母副的计算和选型 （1） 工作载荷Fm的计算

已知移动部件总重G=1300N；车削力Fc=2673.4N，Fp=1069.36N，

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

滚珠丝杠螺母副的计算和选型分析

Δ3

一、进给传动部件的计算和选型

进给传动部件的计算和选型主要包括:确定脉冲当量、计算切削力、选择滚珠丝杠螺母副、计算减速器、选择步进电机等。

1、脉冲当量的确定

根据设计任务的要求，X方向的脉冲当量为δx=0.005mm/脉冲，Z 方向为δz=0.01mm/脉冲。

2、切削力的计算

切削力的分析和计算过程如下：

设工件材料为碳素结构钢，σb=650Mpa；选用刀具材料为硬质合金YT15；刀具几何参数为：主偏角κr=45°，前角γo=10°，刃倾角λs=-0°；切削用量为：背吃刀量a p=1mm，进给量f=0.18mm/r，切削速度vc=90m/min。

查表得：C Fc=270，x Fc=1.0，y Fc=0.75，n Fc=-0.15。

=1.0；刃倾角、前角和刀尖圆弧查表得：主偏角κr的修正系数k

κrFc

半径的修正系数均为1.0。

由经验公式（3—2）,算得主切削力F c=2673.4N。由经验公式F c：F f：

F p=1：0.35：0.4，算得进给切削力F f=935.69N，背向力F p=1069.36N。

3、滚珠丝杠螺母副的计算和选型

（1）工作载荷F m的计算

已知移动部件总重G=1300