伺服高精度蜗杆减速机选型：自动化设计基础-伺服电机

自动化设计基础-伺服电机 减速机 滚珠丝杠选型基础

伺服电机 滚珠丝杠选型基础

自动化设备中伺服电机驱动滚珠丝杠机构应用非常广泛。常用的使用方式：竖直方向驱动负载和水平方向驱动负载。

1：水平方向驱动负载

图1.1

图1.1所示为水平方向驱动负载

设定条件：

工作台质量M=20kg 重复定位精度 ±0.1mm；行程长度ls=1000mm,匀速运行时最低速度Vmax=400mm/s ；伺服电机驱动；加速时间t1=0.15s 减速时间t3=0.15s；减速机i=2；无效行程0.15mm直线导轨的摩擦系数μ=0.003（滚动摩擦），定位精度 ±0.3mm/1000mm 导向面的阻力 f=15N

选型确定的内容：

滚珠丝杠直径；导程；精度；轴向间隙（予压）；驱动电机。

选型过程：

1）导程精度的选择：

导程精度，是指在单位导程内滚珠丝杠的定位精度。通常，滚珠丝杠的导程精度是规定的300mm的精度。

要求定位精度±0.1mm/1000mm，所以±0.01/1000=±0.03/300，所以导程精度必须选择±0.03mm/300mm 以上。

滚珠丝杠的精度等级选择如下，C5（运行距离误差：±0.023mm/300mm），C5等级既有轧制滚珠丝杠，又有精密滚珠丝杠，首先选择价格低廉的轧制滚珠丝杠。

2）轴向间隙（予压）的选择：

为了满足 0.15mm 无效17行程的要求，必须选择轴向间隙在 0.15mm以下的滚珠丝杠。因此，从满足轴向间隙0.15mm以下的轧制滚珠丝杠里选择轴径32mm以下的滚珠丝杠。

以上可以得出选择丝杠轴之间在32mm 以下，C5等级的轧制滚珠丝杠。

3）导程选择：

减速机的减速比为i=2，驱动电机的额定转速3000r/min，最高速度400mm/s 时，滚珠丝杠导程如下。

（400*60*2）/3000=16mm

因此，必须选择16mm或16mm以上的导程。

4）驱动电机选择：

根据前面的计算：当选择丝杠轴直径为20mm，导程为20mm 的丝杠时，设计最高转速 1200r/min 即可以达到指定的速度要求，而其危险转速为 2180r/min，

所以，我们选择电机转速应该为：n=1500r/min。

因为有减速机，其减速比 i=2, 所以，实际应选择额定转速为 n=3000转/分钟的电机。

旋转扭矩的计算公式：

丝杠上的负载惯量计算公式为：

J：丝杠负载惯量，单位：kg·cm²；

m: 丝杠负载质量, 单位：kg；

Ph：丝杠导程，单位：cm；

角加速度计算公式：

加速所需要的扭矩公式：

T2=（J Jm）*a

以上仅是公式说明，在实际应用中可使用表格快速计算，提高效率。

通常，在中低速系统中选择伺服电机进行惯量匹配时，要求负载惯量小于电机转子惯量的 3-5 倍；在高速系统中，要求负载惯量小于或等于电机转子惯量。具体参数请参考伺服电机供应商提供的样本。

2：竖直方向驱动负载

竖直方向驱动负载可直接参考水平方向选择，在电机选择上可使用表格计算，提高效率。

3：轴向间隙(予压)的影响：

轴向间隙主要考虑的是丝杠在回程时，由于丝杠与螺母之间本身的间隙造成的误差。如果是需要在两个方向进行定位时就需要考虑这个轴向间隙。

4：轴向刚性的影响：

实际应用中在大负载、双方向、高精度的定位系统中有必要全面考虑轴向刚性给系统带来的定位误差影响。