西门子伺服电机的选型计算方法详解

西门子伺服电机选型计算一般有以下步骤：

明确应用需求

• 运动模式

  ：确定是需要直线运动还是旋转运动，是点位控制、连续轨迹控制还是其他特定的运动模式。

• 精度要求

  ：包括位置精度、速度精度等，例如在数控机床中，可能要求位置精度达到 ±0.01mm，这对伺服电机的分辨率和控制精度有较高要求。

• 工作环境

  ：考虑温度、湿度、粉尘、振动等因素，如在高温环境下工作的伺服电机，需要选择具有耐高温性能的型号。

计算负载参数

• 负载扭矩

• 旋转负载

  ：根据转动惯量和角加速度计算，公式为，其中为负载扭矩，为转动惯量，为角加速度。

• 直线负载

  ：通过摩擦力、重力等计算，如水平直线运动时，，扭矩，其中为摩擦力，为摩擦系数，为负载质量，为重力加速度，为传动半径。

• 负载惯量

• 旋转部件

  ：对于圆柱体，转动惯量，其中为质量，为半径。

• 直线运动部件

  ：若通过丝杠传动，可将直线运动惯量转换为旋转运动惯量，，其中为直线运动部件质量，为丝杠导程。

确定电机参数

• 扭矩计算

• 加速扭矩

  ：，是总惯量，包括电机自身惯量和负载惯量，是角速度变化量，是加速时间。

• 运行扭矩

  ：根据负载在匀速运行时所需的扭矩确定，要考虑传动效率等因素。

• 安全系数

  ：一般取 1.2-1.5，最终电机所需扭矩运行安全系数。

• 速度计算

• 旋转运动

  ：根据负载所需的最大转速（单位：rpm），电机转速传动比。

• 直线运动

  ：由直线运动速度（单位：m/s）和传动机构参数计算，如通过丝杠传动时，。

• 惯量匹配

  ：一般要求负载惯量与电机惯量的比值在一定范围内，通常。

选择电机型号

• 根据扭矩、速度和惯量

  ：在伺服电机产品样本或选型软件中，查找满足计算所得扭矩、速度和惯量要求的电机型号。

• 其他性能指标

  ：如电机的分辨率、响应时间、过载能力等，例如在高速动态响应的应用中，需要选择响应时间短的电机。

• 通信接口与控制方式

  ：根据控制系统的要求，选择合适的通信接口（如 CANopen、EtherCAT 等）和控制方式（如位置控制、速度控制、转矩控制）。
  
  

实例练习:

已知:负载重量M=200kg，螺杆螺距PB=20mm螺杆直径DB=50mm，螺杆重量MB=40kg，摩擦系数μ=0.2，机械效率n=0.9负载移动速度V=30m/min，全程移动时间t=1.4s加减速时间t1=t3=0.2s，静止时间t4=0.3s。请选择满足负载需求的最小功率伺服电机。

1.计算折算到电机轴上的负载惯量

重物折算到电机轴上的转动惯量

JW=M*(PB/2π)2

=200*(2/6.28)2

=20.29 kg.cm2

螺杆转动 惯量

JB=MB*DB2/8

=40*25/8

125 kg.cm2

总负载惯量

JL=JW+JB=145.29 kg.cm2

2.计算电机转速电机所需转速

N=V/PB

=30/0.02

= 1500rpm

3.计算电机驱动负载所需要的扭矩

克服摩擦力所需转矩

Tf=M*g*μ*PB/2π/η

=200*9.8*0.2*0.02/2π/0.9

= 1.387 N.m

重物加速时所需转矩

TA1=M*a*PB/2π/η

=200*(30/60/0.2)*0.02/2π/0.9

=1.769 N.m

螺杆加速时所需要转矩

TA2=JB*a/η=JB*(N*2π/60/t1)/η

=0.0125*(1500*6.28/60/0.2)/0.9

=10.903 N.m

加速所需总转矩

TA =TA1 +TA2 =12.672 N.m

另一种计算所需加速扭矩的方法

TA=2π*N*(JW+JB)/(60*t1)/η

=6.28*1500*0.014529/12/0.9

=12.672 N.m

计算瞬时最大扭矩

加速扭矩Ta=TA+Tf=14.059 N.m

匀速扭矩Tb=Tf=1.387N.m

减速扭矩TC=TA-Tf=11.285 N.m

实效扭矩

Trms=sqrt[(Ta2*t1+Tb2*t2 +Tc2*t3)/(t1+t2+t3)]

= sqrt[(14.0592*0.2+1.3872*1 +11.2852*0.2)/(0.2+1+0.2)]

= sqrt[(39.531+1.924+25.47)/1.4]

= 6.914 N.m

4.选择伺服电机

伺服电机额定扭矩T>Tf且T>Trms

伺服电机最大扭矩 Tmax>Tf +TA

最后选定1MV3-23C15CB-U131X电机