自動化項目設計過程中伺服電機的選型計算

伺服電機選型是自動化項目開發過程中常用的控制電機，在進行設計選型過程中。需要對電機的各項參數進行選型計算，如運行速度、轉動力矩等。以匹配合適大小的電機。這里就電機的各項參數計算過程進行整理如下：

1、確定使用的機械機構形式

一般地，常見的結構為滾珠絲桿機構、皮帶傳動機構、齒輪齒條等。在確定機械機構的形式的過程中，還需要確定機構中滾珠絲桿的長度、導程、帶輪直徑等。以備計算過程中的使用。

幾種機械結構形式

2、確定運行過程中的相關參數

如機構運行過程中的加減速時間，勻速運行時間、移動距離等。以方便計算確定電機的相關技術參數。

電機運行速度位置曲線

3、計算負載慣量和慣量比

運用一般的慣量計算方法，確定設備的負載慣量；并用選型電機的慣量除負載慣量，以計算慣量比。

慣量相當于保持一種狀態所需要立的大小。慣量比是用電機的轉動慣量除以負載慣量的數值。

電機使用過程中，依照經驗值，750W以下的電機一般為20倍以下、1000W以上的電機一般為10倍以下。在需要快速響應的應用場景，應選擇更小的慣量比。

4、計算電機的轉速

依照機構的移動距離、加減速時間、勻速時間計算電機的轉速。其中最主要的是要核算運行過程中需要的電機的最大轉速值。計算出的最大轉速應小于或等于選型電機的額定轉速。

5、計算電機運行轉矩

計算電機運行轉矩的過程中，需要從以下幾個方面進行核算：

1）電機峰值轉矩

運行過程中電機所需要的最大轉矩，主要為電機加減速時所需要的轉矩。一般應為電機最大轉矩的80%以下。

2）移動轉矩、停止時的保持轉矩

電機使用過程中，絕大部分時間點應該都是處于這中狀態，即電機常時間運轉所需要的轉矩。一般應為電機額定轉矩的80%以下。

轉矩計算方法

3）有效轉矩

此參數為，電機運行、停止保持等全閉過程所需轉矩的平方平均值的單位時間值。同樣大致約為電機額定轉矩的80%以下。

有效轉矩計算方法

6、選型確定伺服電機選型

通過以上的計算，就可以依照以上計算過程中的結果，選型確定電機。所選擇的電機參數，應大于等于以上計算需求參數。（轉載請注明來源函控自動化工程師頭條號）

7、應用舉例（使用滾珠絲桿機構的示例）

1）確定基本參數

機構上的工件質量 Wa=10Kg

滾珠絲桿的長度 BL=0.5m

滾珠絲桿的直徑 Bd=0.02m

滾珠絲桿的螺距 Bp=0.02m

滾珠絲桿的效率 Bn=0.9

移動距離 0.3m

聯軸器的慣量 Jc=10*10^-6Kg.m^2

2)運行模式

加速時間 Ta=0.1s

勻速時間 Tb=0.8s

減速時間 Td=0.1s

循環時間 Tc=2s

移動距離 0.3m

運行參數

3）負載慣量

預估絲桿的質量為1.24Kg。則

負載慣量計算

4）慣量比

若預先電機為200W，則Jm=0.14x10^-4(Kg.m^2)。

慣量比計算

5）最高速度Vmax

最高速度計算

6）轉速

電機轉速計算

7）轉矩

移動轉矩

移動轉矩計算

加速時轉矩

加速轉矩計算

減速時轉矩

減速轉矩計算

8）有效轉矩

有效轉矩計算

通過以上計算，可以知道，選擇200W伺服電機選型 滿足使用要求。

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