自動化設備中,由伺服電機驅動滾珠絲槓機構應用非常廣泛。所以,有必要非常熟練地掌握其相關元件的選型方法。在工程實踐中,有兩種常用的使用方式:豎直方向驅動負載和水平方向驅動負載。由於在兩種不同的方向使用時,負載重力對於扭矩的影響差異大,所以,在下面對自動化設備伺服電機+減速機+滾珠絲槓機構水平方向使用時的選型計算方法介紹。
使用工況:
工作臺質量 m1=80kg
重複定位精度 ±0.1mm
行程長度 ls=1000mm
勻速運行時最低速度 Vmax=400mm/s
驅動馬達 AC 伺服馬達
加速時間 t1=0.15s
減速時間 t3=0.15s
減速機 i=2
無效行程 0.15mm
直線導軌的摩擦係數 μ=0.003(滾動)
定位精度 ±0.3mm/1000mm
導向面的阻力 f=15N(空載時)
(從單方向進行定位)
需要選型確定的內容:
滾珠絲槓直徑
導程
精度
軸向間隙(予壓)
滾珠絲槓支撐方式
驅動馬達
電機轉速的選擇:
根據前面的計算:當選擇絲槓軸直徑為 20mm,導程為 40mm 的絲槓時,設計 最高轉速 1200r/min 即可以達到指定的速度要求,而其危險轉速為 2180r/min, 所以,我們選擇電機轉速應該為:
n=1500r/min。
旋轉扭矩的計算:
由外部負荷引起的摩擦扭矩
摩擦扭矩如下∶
由滾珠絲槓予壓引起的扭矩
對滾珠絲槓沒有施加予壓。
加速時所需的扭矩
慣量:
每單位長度的絲槓軸慣量為:
1.23/1000kg•cm2/mm(根據選定的型號查參數表),則絲槓軸全長1200mm(行程+螺母長度+軸端)的慣量如下∶
在這裡,計算絲槓軸的慣量也可以自己使用圓柱體繞自身中心線旋轉的轉動慣量計算公式:
作用於減速機輸出端的總體慣量為:
絲槓上的負載慣量計算公式為:
此公式是《理論力學》教材上沒有的.另外,為方便記憶,在此順便說一下:使用皮帶驅動和齒輪驅動系統的負載慣量計算方法,與絲槓系統負載慣量計算類似。
A:皮帶主動輪轉一圈或者齒輪轉一圈負載的行程,單位:cm;
注意:以上慣量計算公式中的長度單位都是cm,因為工程上的慣例是慣量單位使用kg·cm²。但也有部分資料上的單位是採用國際單位制的:kg·m²。
所以,在選擇元器件的時候要注意看清楚供應商提供的資料上的慣量單位並自己進行換算。
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