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西門子伺服電機的選型計算方法詳解
點擊次數：178 發布時間：2025-2-20
西門子伺服電機選型計算一般有以下步驟：
明確應用需求
運動模式
：確定是需要直線運動還是旋轉運動，是點位控制、連續軌跡控制還是其他特定的運動模式。 精度要求
：包括位置精度、速度精度等，例如在數控機床中，可能要求位置精度達到 ±0.01mm，這對伺服電機的分辨率和控制精度有較高要求。 工作環境
：考慮溫度、濕度、粉塵、振動等因素，如在高溫環境下工作的伺服電機，需要選擇具有耐高溫性能的型號。
計算負載參數
負載扭矩
旋轉負載
：根據轉動慣量和角加速度計算，公式為，其中為負載扭矩，為轉動慣量，為角加速度。 直線負載
：通過摩擦力、重力等計算，如水平直線運動時，，扭矩，其中為摩擦力，為摩擦系數，為負載質量，為重力加速度，為傳動半徑。 負載慣量
旋轉部件
：對于圓柱體，轉動慣量，其中為質量，為半徑。 直線運動部件
：若通過絲杠傳動，可將直線運動慣量轉換為旋轉運動慣量，，其中為直線運動部件質量，為絲杠導程。
確定電機參數
扭矩計算
加速扭矩
：，是總慣量，包括電機自身慣量和負載慣量，是角速度變化量，是加速時間。 運行扭矩
：根據負載在勻速運行時所需的扭矩確定，要考慮傳動效率等因素。 安全系數
：一般取 1.2-1.5，最終電機所需扭矩運 行 安 全 系 數 速度計算
旋轉運動
：根據負載所需的最大轉速（單位：rpm），電機轉速傳 動 比 直線運動
：由直線運動速度（單位：m/s）和傳動機構參數計算，如通過絲杠傳動時，。 慣量匹配
：一般要求負載慣量與電機慣量的比值在一定范圍內，通常。
選擇電機型號
根據扭矩、速度和慣量
：在伺服電機產品樣本或選型軟件中，查找滿足計算所得扭矩、速度和慣量要求的電機型號。 其他性能指標
：如電機的分辨率、響應時間、過載能力等，例如在高速動態響應的應用中，需要選擇響應時間短的電機。 通信接口與控制方式
：根據控制系統的要求，選擇合適的通信接口（如 CANopen、EtherCAT 等）和控制方式（如位置控制、速度控制、轉矩控制）。
實例練習:
已知:負載重量M=200kg，螺桿螺距PB=20mm螺桿直徑DB=50mm，螺桿重量MB=40kg，摩擦系數μ=0.2，機械效率n=0.9負載移動速度V=30m/min，全程移動時間t=1.4s加減速時間t1=t3=0.2s，靜止時間t4=0.3s。請選擇滿足負載需求的最小功率伺服電機。
1.計算折算到電機軸上的負載慣量
重物折算到電機軸上的轉動慣量
JW=M*(PB/2π)2
=200*(2/6.28)2
=20.29 kg.cm2
螺桿轉動 慣量
JB=MB*DB2/8
=40*25/8
125 kg.cm2
總負載慣量
JL=JW+JB=145.29 kg.cm2
2.計算電機轉速電機所需轉速
N=V/PB
=30/0.02
= 1500rpm
3.計算電機驅動負載所需要的扭矩
克服摩擦力所需轉矩
Tf=M*g*μ*PB/2π/η
=200*9.8*0.2*0.02/2π/0.9
= 1.387 N.m
重物加速時所需轉矩
TA1=M*a*PB/2π/η
=200*(30/60/0.2)*0.02/2π/0.9
=1.769 N.m
螺桿加速時所需要轉矩
TA2=JB*a/η=JB*(N*2π/60/t1)/η
=0.0125*(1500*6.28/60/0.2)/0.9
=10.903 N.m
加速所需總轉矩
TA =TA1 +TA2 =12.672 N.m
另一種計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
計算瞬時最大扭矩
加速扭矩Ta=TA+Tf=14.059 N.m
勻速扭矩Tb=Tf=1.387N.m
減速扭矩TC=TA-Tf=11.285 N.m
實效扭矩
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.選擇伺服電機
伺服電機額定扭矩T>Tf且T>Trms
伺服電機最大扭矩 Tmax>Tf +TA
最后選定1MV3-23C15CB-U131X電機