电机选型计算公式.doc

附录1：根据负载条件选用电机 电机轴上有两种负载，一种是转矩负载，另一种是惯量负载。选用电机时，必须准确计算这些负载，以便确保满足如下条件： §(1). 当机床处于非切削工作状态时，在整个速度范围内负载转矩应小于电机的连续额定转矩。 如果在暂停或以非常低的速度运行时，由于摩擦系数增大，使得负载转矩增大并超过电机的额定转矩，电机有可能出现过热。另一方面，在高速运行时，如果受粘滞性影响，而使转矩增大且超过额定转矩，由于不能获得足够的加速转矩，加速时间常数有可能大大增加。 §(2). 最大切削转矩所占时间（负载百分比即“ON”时间）满足所期望的值。 §(3). 以希望的时间常数进行加速。一般来说，负载转矩有助于减速，如果加速不成问题，以同一时间常数进行减速亦无问题。加速检查按以下步骤进行。 (I)假设电机轴按照NC或位控所确定的ACC/DEC方式进行理想的运动来得到加速速率。 (II)用加速速率乘以总惯量（电机惯量＋负载惯量）计算出加速转矩。 (III)将负载转矩（摩擦转矩）与加速转矩相加求得电机轴所需转矩。 (IV)需要确认，第(III)项中的转矩应小于电机的转矩（最大连续转矩），同时，小于伺服放大器电流限制回路所限制的转矩。 第(II)项中的加速转矩由下式来计算。 A.对于线性加速情况 式中：Ta: 加速转矩（Kg·Cm） NM: 快速进给时的电机速度（rpm） ta: 加速时间（sec） Jm: 电机惯量（Kg·Cm·S2） : 负载惯量（Kg·Cm·S2） Nr: 加速转矩减小时的始点(不同于Nm)（rpm） Ks: 伺服位置环增益（Sec-1） B. 对于指数加减速情况 图中： 时，, 时， , 式中， C.指令速度突加情况 式中， §(4). 快进频率： 一般来讲，在正常切削加工中，此项不成问题，但对于特殊加工设备来说（如冲压、钻床、激光加工、包装机械等），要求频繁快速进给，此时，需要检查是否由于频繁加、减速而使电机过热。在这种情况下，应计算每个循环电机转矩的均方根（RMS）值，以保证此值小于电机的额定转矩。 式中：Ta: 加速转矩 Tf: 摩擦转矩 To: 停止时的转矩 §(5). 当负载条件在一个循环周期内变化不定时，TRMS按下式计算，并确认此值在电机的额定转矩范围内。 式中：to=t1+t2+t3+…+tn §(6). 负载惯量限制 负载惯量的大小对于伺服系统的动态性能及快进加/减速时间有很大影响。对 于大的负载惯量，当指令速度改变时，电机需要更长的时间达到指令速度，当多轴联动进行圆弧插补切削时，跟踪误差就大于较小惯量时的情况从而影响加工精度。 通常，当负载惯量小于电机转子惯量时，上述问题不会出现。如果大于转子惯量3倍，动态影响就会变差，用于加工普通金属的机械，还不存在任何实际问题。不过，在诸如以高速加工各种形状复杂的木材的木工机械等特殊场合，最好使负载惯量小于转子惯量。 当负载惯量大于转子惯量3倍时，就会牺牲响应时间。如果大大超过3倍，恐怕超出伺服放大器的参数调整范围，因此，应避免这种使用。由于机械设计限制，而无法小于3倍转子惯量时。 附录2: 负载转矩计算 施加于电机轴上的负载转矩通常用以下简单公式计算。 式中：: 电机轴上的负载转矩（） F : 需要使滑台（工作台或刀架）以轴向运动的力（Kg） η: 传动系统的效率。 : 电机轴每转机械移动量 Tc: 不包含在“η”内的滚珠丝杠副，轴承等部件折算到电机轴上的摩擦转矩。 F取决于工作台重量，摩擦系数，水平或垂直方向的切削推力，垂直轴场合是否配重平衡等因素。在水平方面使用场合，F值大小下图所给举例计算如下： 非切削时间： 切削时间： 式中： W：滑台重量（工作台及工件）（Kg） μ: 摩擦系数 fg: 拉紧销拉紧力 Fc: 由切削力产生的反向推力（Kg） Fcf: 工作台