西门子伺服电机选型计算

SIEMENS Automation Expert Meeting 2006 Xi’An 西门子611U伺服系统在Ф460辊锻机中的应用 伺服电机选型 ⑴ 工位间距取S=90mm； ⑵ 轧辊转速为65rpm，轧辊转1圈所需时间为0.92s；辊锻模占整个轧辊的比例为1/4； (3) 手臂从前一工位移动到后一工位所需时间t=0.92*0.75=0.69s，考虑其它动作后，将手臂从前一工位移到后一工位所需的时间定为t=0.5s 其中加速启动时间ta= 0.15s，匀速行走时间tb=0.15s，减速制动时间tc=0.15s； V ta tb tc t (4) 参加横移的机构总重为320kg； (5)手臂横向行走是滚珠丝杠传动，丝杠直径dms=40mm，导程P=10mm，导套摩擦系数μ=0.15。 1.首先计算电机转子惯量JM 初定电机额定转速为n=3000rpm，则角速度ω=2πn/60=314(弧度/s) 因为总行程 S= (1) 其中V是匀速行走速度 将tc=ta代入公式(1)得到横向匀速行走速度 ＝0.09/0.3=0.3(m/s) 因为丝杠由电机直给，当电机以额定转速转动时，横向实际行走速度V’=nP/60=3000×0.01/60=0.5(m/s)，所以转速为3000可以满足要求。 负载惯量 (2) 由公式(2)算出负载惯量JL＝320×(0.5/314)2=8.11×10-4(kgm2) 允许负载惯量为5倍以下，即JL＜5JM，则JM＞JL/5=1.62×10-4(kgm2) 选取西门子伺服电机1FK7083-5AF71-1AA0，转子惯量JM为27.3×10-4(kgm2)，满足以上要求。 2.验算电机额定扭矩和最大输出扭矩 ⑴ 首先计算折算到电机轴的负载扭矩TL， (3) 其中Tf是导套摩擦折算到电机轴的转矩，ηms是滚珠丝杠摩擦折算效率， 导套摩擦折算到电机轴的转矩 (4) 式(4)中η是传动效率，取η=0.9 根据公式(4)算出导套摩擦折算到电机轴的转矩 EMBED Equation.3 滚珠丝杠摩擦折算效率 (5) 由公式(5)算出滚珠丝杠摩擦折算效率 那么根据公式(3)折算到电机轴的负载扭矩TL＝0.83/0.926=0.896(Nm) ⑵ 再计算加减速扭矩TA (6) 根据公式(6)中tac是加减速时间常数，按前面假设tac＝ta＝ta＝0.15s 加减速扭矩TA = 7.41(Nm) 下面计算瞬时最大扭矩： 加速时扭矩Ta=TA –TL=7.41–0.896=6.516(Nm) 匀速时扭矩Tb=TL=0.896(Nm) 减速时扭矩Tc=TA+TL=7.41+0.896=8.306(Nm) 实效扭矩 (7) 由公式(7)算出实效扭矩Trms= =6.12 (Nm) 所选西门子电机的额定扭矩TM=10.5Nm＞Trms，故合格； 伺服电机最大输出扭矩Tmax=16Nm， 实际瞬时最大扭矩Ta＝6.12Nm＜Tmax×80％＝12.8Nm，故合格。 3.验算加速时间和减速时间 加速时间 EMBED Equation.3 ＝0.17(s) 减速时间 = ＝0.133(s) 加速段行程 ＝0.5*0.3*0.17＝0.0255(m) 减速段行程 ＝0.5*0.3*0.133＝0.02(m) 匀速行走时间 ＝(0.09-0.0255-0.02)/0.3＝0.148(s) 那么手臂前一工位移到后一工位的实际所需时间 t＝ta+tb+tc=0.17+0.133+0.148=0.45(s)，与前面假设吻合，故所选伺服电机型号合适。 结论：横向行走可以选用西门子伺服电机1FK7083-5AF71-1AA0，额定转速3000rpm，额定扭矩为10.6NM 4、核算横向最大移动间距 ⑴ 工位间距取S=90mm； ⑵ 轧辊转速为65rpm，轧辊转1圈所需时间为0.92s； ⑶ 辊锻模占整个轧辊的比例为1/4； ⑷ 手臂从前一工位移动到后一工位所需时间t=0.92*0.75=0.69s，将手臂从前一工位移到后一工位所需的时间最长不超过t=0.69s 其中加速启动时间ta= 0.2s，匀速行走时间tb=0.2s，减速制动时间tc=0.2s； V ta tb tc t [5] 参加横移的机构总重为320kg； [6]手臂横向行走是滚珠丝杠传动，丝杠直径dms=40mm，导程P=10mm，导套摩擦系数μ=0.15。 工位间距设为S=120mm。 1.电机额定转速为n=3000rpm，则角速度ω=2πn/60=314(弧度/s) 因为总行程 S= (1) 将tc=ta代入公式(1)得到横向匀速行走速度 ＝0.12/0.4=0.3(m/s) 因为丝杠由电机直给，当电机以额定转速转动时，横向实际行走速度V’=nP/60=3000×0.01/60=0.5(m/s)，所以转速为3000可以满足要求。 负载惯量 (2) 由公式(2)算出负载惯量JL＝320×(0.5/314)2=8.11×10-4(kgm2) 允许负载惯量为5倍以下，即JL＜5JM 则JM＞JL/5=1.62×10-4(kgm2) 选取西门子伺服电机1FK7083-5AF71-1AA0，转子惯量JM为27.3×10-4(kgm2)，满足以上要求。 2、验算电机的额定扭距和最大输出扭距 方法同上，结果同上。 =0.83Nm TL＝0.896(Nm) 再计算加减速扭矩TA (6) 加减速扭矩TA = 5.56(Nm) 下面计算瞬时最大扭矩： 加速时扭矩Ta=TA –TL=5.56–0.896=4.66(Nm) 匀速时扭矩Tb=TL=0.896(Nm) 减速时扭矩Tc=TA+TL=5.56+0.896=6.456(Nm) 实效扭矩 (7) 由公式(7)算出实效扭矩Trms= =4.646 (Nm) 所选西门子电机的额定扭矩TM=10.5Nm＞Trms，故合格； 伺服电机最大输出扭矩Tmax=16Nm， 实际瞬时最大扭矩Ta＝4.646Nm＜Tmax×80％＝12.8Nm，故合格。 验算加速时间和减速时间 加速时间 EMBED Equation.3 ＝0.238(s) 减速时间 = ＝0.172(s) 加速段行程 ＝0.5*0.3*0.238＝0.0357(m) 减速段行程 ＝0.5*0.3*0.172＝0.0258(m) 匀速行走时间 ＝(0.12-0.0357-0.0258)/0.3＝0.195(s) 那么手臂前一工位移到后一工位的实际所需时间t＝ta+tb+tc=0.238+0.172+0.195=0.61(s)与前面假设吻合。 手臂前一工位移到后一工位的实际最大距离S=Sa+Sb+Sc=0.0595+0.043+0.1=0.205(m)，即相邻两道间的最大距离为120mm。 三、系统构成及功能实现 A&D Service & Support 12 _1234567905.unknown _1234567913.unknown _1234567917.unknown _1234567919.unknown _1234567921.unknown _1234567923.unknown _1234567924.unknown _1234567922.unknown _1234567920.unknown _1234567918.unknown _1234567915.unknown _1234567916.unknown _1234567914.unknown _1234567909.unknown _1234567911.unknown _1234567912.unknown _1234567910.unknown _1234567907.unknown _1234567908.unknown _1234567906.unknown _1234567897.unknown _1234567901.unknown _1234567903.unknown _1234567904.unknown _1234567902.unknown _1234567899.unknown _1234567900.unknown _1234567898.unknown _1234567893.unknown _1234567895.unknown _1234567896.unknown _1234567894.unknown _1234567891.unknown _1234567892.unknown _1234567890.unknown