【全258集】花3W買的機械設計雙軸絲桿滑台標準件實例選型網課，學完你的機械水平就牛了！存下吧，這真的是唯一的實例選型教程了 P4 - 伺服電機選型實例

大家好 歡迎來到阿里班飛鏢設計課堂 我是工程師阿祖 那麼本節課我們繼續來完成這樣一個 絲桿滑臺公換下電機選行計算 那麼我們選行電機同樣與選行絲桿一樣 需要通過一些已知參數來進行電機型號的確定 那麼根據上節課我們所計算的滾珠絲桿 已經得到了絲桿的軸徑以及導程 包括根據我們上節課選行絲桿的參數 負載是100千克以及運行速度 還有我們這個電機加行速時間 直線導軌滑動摩擦係數 根據到這一些重複的參數 來完成電機功率的選行 那麼我們完成電機選行需要來匹配哪些參數呢 第一個的話是屬於電機轉速 需要一個轉速爲多少的電機 才能滿足到我們這樣一個速度需求 那麼根據到上節課 我們這樣一個電機絲桿的這樣一個速度進行計算 是需要1800轉每分鐘 是吧 那麼這個我們就可以直接跳過計算 完成轉速確定之後 第二個爲力矩 什麼叫做力矩呢 如果是我們這樣一個直線運動 一個人推着一個箱子來進行直線運動 那麼來衡量是否能推動這個箱子進行運動 我們是利用這樣一個力來確定 也就是說需要多大 附加一個多大的力才能推動 是吧 而力矩不一樣 也就是說我們當前的這樣一個機構運動形式不一樣 當前運動機制形式是旋轉運動 將旋轉運動轉換爲直線運動 那麼來衡量這個能不能帶動 就不是用力 而是用力矩 力矩的這樣一個計算公式是力乘以力幣 用我們所需要的負載力乘以它的這樣一個力幣 得到所需要的力矩 以及第三個參數 第三個參數爲貫量 貫量計算出來是來自我們這樣一個貫量比的 因爲我們這個貫量比是來體現從靜止狀態 電機帶動我們當前的這樣一個結構 從靜止狀態到運行狀態 它能不能改變初始這個靜止狀態 能不能帶的動 以及我們需要剎車的時候 需要來停止的時候 它能不能剎住車 需要把這三個參數來進行計算 那麼同樣把剛纔我們的這些參數 也是我們通過這樣一個上節課所設定的參數 和計算出的絲桿參數全部進入 第一個同樣仍然是負載100千克 以及我們的這樣一個速度 運行速度三百 運行速度是300毫米每秒 300mm 以及同樣進行單位換算0.3米每秒 以及像我們剛纔上節課計算絲桿的軸徑是吧 絲桿軸徑是15毫米 以及絲桿導程是10毫米 包括直線導軌 直線導軌的摩擦係數 摩擦係數同樣還是我們這個0.05 那麼我們先來根據到這樣一個導程 根據運行速度除以導程得到電機的轉速 也就說目前我們這一個運行速度是300毫米每秒 而我們這個導程是10毫米 也說電機目前帶動絲桿同樣是沒有加減速機 也沒有另加其他傳動裝置 電機轉一圈 絲桿就轉一圈 而絲桿轉一圈移動10毫米 想要讓它一秒鐘達到300毫米的速度 轉一圈移動10毫米 一秒鐘需要移動300毫米 那麼我們一秒鐘是不是至少要旋轉30圈 才能滿足到當前的速度需求 那麼同樣我們就得到了這個轉速 轉速等於速度除以導程 那麼同樣等於0.3 300除以10等於30RPS 30RPS同樣進行這樣一個單位的換算 就是1800RPM 那麼同樣我們現在根據到這個轉速和導程 知道是使用到伺服電機 雖然上節目我們已經確定了初選電機是伺服電機 但是這一節課我們需要來進行這樣一個驗算 目前所需要的轉速是1800RPM 我們根據到這個轉速 再來確定是使用到伺服還是這樣一個步進 我們伺服電機的額電轉速的話 一般是3000轉每分鐘 步進電機是600轉每分鐘 那麼根據到這個轉速需求 我們就能得到步進電機是達不到速度需求的 我們就只能使用到伺服電機 同樣初選電機是我們就是根據到轉速使用伺服電機 使用伺服電機 那麼同樣能得到伺服電機的這樣一個加減速時間 它的這樣一個性能爲0.2秒 那麼同樣根據到當前給大家設定的這些參數 來進行電機功率的選定 現在得到轉速了 我們需要來計算第二個力矩負載力矩 而負載力矩同樣來到上節 我們來講出這樣一個思感這個環節 電機帶動思感來進行傳動 它的運行軌跡同樣是時間與速度座標系 運行軌跡從靜止到最大預評速度 然後勻速行駛需要到達某一個位置進行停止的時候 減速行駛 那麼運行軌跡同樣是一個加速過程 一個勻速過程所產生的兩個力 一個是加速力 一個是勻速力 所對應的所需要的力矩 一個是加速力矩 而一個勻速力矩 也說和我們這個思感軸向載荷是一樣的 只不過思感軸向載荷是來算力 我們當前是算這樣一個力矩 而通過上節課 我們已經計算出來了它的軸向載荷 也就是說它需要傳動所需要的這樣一個軸向力 軸向力是多少呢 我們剛纔是不是通過當前的這樣一個思感 我們來到上方 思感軸向載荷加速力加上勻速力 加速力F等於MA得到是150牛 以及勻速力等於摩擦力得到的是50牛 那麼理論軸向載荷就是200牛 而力矩是怎麼計算呢 力矩是等於力乘以力B 將我們的這樣一個旋轉運動轉換爲直線運動 而我們這樣一個力B是什麼概念 力B是力的支撐點到作用線的距離 這個的話就與我們這樣一個槓桿原理 可以用槓桿原理來解釋 槓桿原理下方是來支撐當前槓桿的這樣一個支撐點 以及在斜端我們是有這個槓桿 如果說目前我們對於左側施加了這樣一個力 也就是我們這個往左側施加一個力 那麼槓桿就會往左側進行傾斜 左側施加也就是用來承受我們這樣一個施加力的 叫做力的作用線 中間用來支撐我們當前槓桿的叫力的作用點 兩者之間的垂直距離就是這樣一個力B 那麼力矩就是等於力乘以力B 而這樣一個負載力 這個力矩是等於負載力乘以這樣一個力B 而負載力是等於多少呢 負載力通過之前我們思感選行得到 負載力等於軸向力 也就等於200牛 而力B怎麼來計算呢 這一個就是一個難點了 其實這個力B類似於思感的力B的話 我們有一個公式思感的力B的話 我們有一個推導公式能夠進行使用 思感力B等於導乘除以二π 也就是說用我們這樣一個一圈所移動的距離導乘 來比上二π得到思感的力B 這個有同學可能說老師這個是怎麼來的 怎麼來的話需要來進行這樣一個換算 也就是說我們其實這個導乘的話 是與同步輪的導乘來進行換算的 除以二π得到了我們這樣一個同步輪的半徑 節約半徑 同步輪的節約半徑就是屬於同步輪的這樣一個力B 那麼我們就把它換算爲思感的力B 這個其實屬於到這個換算 大家其實也不需要來糾結 直接用到這樣一個公式套用就行了 好吧 而導乘的話我們上節課是不是來計算的 思感的導乘我們取到的是10毫米 那麼10除以二π就是我們思感的力B 同樣來到我們這樣一個計算機來進行計算 10除以二等於再除上3.14 得到我們所需要的思感力B是1.6毫米 而1.6毫米的話我們需要來進行單位的換算 因爲力矩的公式是牛米 力矩是每單位距離內來承受的這個力 它的單位是牛米 現在我們這個思感力B是毫米 爲了後續方便我們進行計算 我們在當前位置進行單位的換算 1.6毫米等於0.0016米 我們還是來計算一遍 好吧 你1.6除以1000等於0.0016米 那麼現在計算出了思感的力B 而負載力通過上節課我們計算思感也得到了 等於200牛兩者相乘 就是思感的這樣一個電機的負載牛矩 負載力矩等於200牛負載力乘以力B 同樣等於200乘以0.0016 這個是等於0.32 應該是0.0016 重新200乘以0.0016等於0.32牛米 那麼完成當前負載力矩之後能不能OK呢 其實同樣還是來到我們上節課所講述的這個環節 也就是我們這樣一個負載力 剛纔所使用的這個負載力 是不是我們這樣一個理論軸向載荷 200牛並沒有來計算這樣一個效率 也沒有來計算這樣一個衝擊載荷 所以說其實我們這樣一個電機選行 現在的負載力矩也是理論的力矩 如果需要來進行選行的話 電機的輸出力矩 我們同樣要來給到安全係數 輸出力矩同樣需要來給到安全係數 也就是說用負載力矩來乘以一個安全係數 來做這樣一個預留 把我們的這樣一個衝擊載荷和效率來進行彌補 這個的話其實我們也可以用這樣一個0.32牛米 來乘以0.8的這樣一個傳動效率 再用這樣一個計算出效率之後的力矩 來乘以這個衝擊載荷給到的安全係數 那是除了這種方法之外 其實我們還可以直接 如果你想禿懶的話也沒有關係 直接給到兩倍的安全係數 也就是說我這個效率我也不算了 衝擊力我也不能量化 我也不管了 直接把我們所計算的理論負載力矩 乘以一個兩倍的安全係數 來做這樣一個餘量的彌補 那麼所對的電機輸出扭矩等於負載力矩 乘以我們這樣一個 K的話取到2 那麼所對的0.32乘以2等於0.64牛米 0.64就是我們電機至少需要來輸出0.64牛米的力 才能滿足到當前的這樣一個運行 它的這樣一個需求 那麼計算出力矩之外 我們還需要來計算第三個參數 慣量 所謂的慣量 剛纔老師也講了 就是來決定電機能不能改變初始的靜止狀態 能不能帶得動 能不能在剎車的情況下 能不能剎得住車 那麼我們需要來把這個負載慣量進行計算 最後根據到電機的樣子來進行慣量比 那麼慣量怎麼來進行計算呢 慣量其實有兩個公式 我們先把這個數值把它輸出來 慣量負載慣量 這個是屬於負載所產生的負載慣量 負載慣量呢 等於MR的平方 以及MR的平方除以二 這個我們可以通過到這樣一個先把這個括號打上 我們可以通過一個拓展 老師同學給大家來拓展一下幾何體慣量計算 這個其實大家也可以直接去瀏覽器上面查找 好吧 像我們這個幾何體慣量計算做飛鏢設計 用的最多的就是MR的平方 以及二分之MR的平方 像其他的我們這些三分之五分之三分之一等等 做飛鏢設計基本用不到 好吧 我們只需要來記住當前MR的平方和二分之MR的平方 這兩個公式的來源即可 以及怎麼來進行使用 通過當前我們這樣一個圖示 就能看到如果是我們這樣一個系元環 也就是我們這些運行軌跡 因爲我們進行這樣一個驅動的時候 是將旋轉運動改變爲這樣一個直線運動 它實際情況下還是來做旋轉 如果我們旋轉軌跡是一個系元環 那麼就用MR平方 如果是薄圓盤 也就是說我們這個中間是實體的 那麼就是二分之MR平方 這兩個公式的應用就是來體現 在我們進行旋轉運動的過程中 它的力的分佈是否均勻 如果力分佈不均勻 也就是說我們力是分佈在某一個點上 分佈在這個作用線點上的時候 而中間旋轉半徑的這個力 對比我們主要的負載力可以忽略不計的情況下 它的運行軌跡就是這個系元環 中間是屬於空心的 而如果我們這個力是均勻分佈在 當前旋轉半徑下的情況 那麼它的旋轉軌跡就是這樣一個 薄圓盤二分之MR的平方 同樣老師給大家打下這樣一個比方 給大家舉一個例子 好吧 它的這個力的分佈 如果目前大家可以想象 我們這個同學們的手中拿着一根繩子 這根繩子粗細是非常均勻的 拿着一根繩子 繩子粗細是非常均勻的 繩子總重量是20克 每一節它的粗細是非常均勻的 所對應到我們這根繩子每一段 它的這樣一個質量分佈是非常均勻的 是吧 而繩子的末端 繩子的末端 你綁了一個20千克的石頭 在末端綁了20千克的石頭 然後你的手摸着繩子的手端 來進行這樣一個旋轉運動 因爲我們這樣一個不管是什麼傳統 同步帶傳統 絲桿傳統 還是我們這個齒輪齒條 鏈輪鏈條 其實歸根到底都是旋轉運動 是吧 我們繩子末端綁了20千克的石頭 然後繩子總重量20克 你摸着繩子的手端做旋轉運動 那麼當前情況 這個力的分佈是不是不均勻的 它主要分佈在我們這樣一個外傾上方 分佈在我們綁了20千克石頭 這樣一個點的位置 而中間用來作爲這樣一個連接繩子的 這個旋轉半徑20克 對比20千克 這個質量我們是不是可以忽略不計 那麼它的這樣一個旋轉軌跡的話 就是這個空心圓環 通過這種這樣一個軌跡 這樣一個力的分佈的話 我們計算慣量就是MR的平方 而如果同樣還是來到這個例子 我們同樣是拿這一根繩子 繩子質量20克 粗細分佈是非常均勻的 並沒有在任何一個位置 來進行這樣一個附加力 也說並沒有綁石頭 同樣我們摸着繩子的手端 來做旋轉運動 由於現在每一個位置的質量 都是由20克來進行這樣一個除異分佈的 也說它每一個地方 不管任取任意兩節 或者說任意幾節 它的質量都是非常均勻的 它並沒有哪一個地方 給它施加了一個外地 因此當前我們在旋轉的情況下 它力主要是分佈在我們這樣一個旋轉半徑上方 是均勻分佈在旋轉半徑上方 它的作用力的作用是一個線 那麼當前情況它旋轉 就是這樣一個空心實心的這樣一個圓盤 用我們這樣一個慣量計算 就是1 m r的平方 那麼同樣來到當前我們這樣一個課題 同樣老師給大家演示一下 選擇到這樣一個臨界輕見基準面 然後同樣圓形 當前絲桿軸徑的話是15毫米 我們同樣進行這樣一個繪製 然後完成之後退出 選擇到這樣一個拉伸命令 拉伸長度我們選擇絲桿的長度是900 同樣進行拉伸 然後再次來到左側設計處 對於我們當前絲桿的材質進行給定 我們是一個打比方 現在我們是用這樣一個鋼件選擇鋼 然後這樣一個鋼板 或者說我們選擇這個四五鋼同樣也可以 或者說普通碳杆選擇應用點擊關閉 那麼現在的話 同樣我們這個絲桿就打個比方 目前我們給大家繪製的這根軸是絲桿 軸徑爲15 我們絲桿的軸徑同樣也是15 是吧 長度900 我們剛纔所選擇絲桿長度也是900 那麼來到上方軟件點擊評估 選擇質量屬性 來看當前我們這個絲桿的總重量爲1.241千克 而我們同樣現在絲桿的總重量是1.21 而我們現在需要在絲桿外接上面承受多大 它是不是需要來帶動100千克的負載 需要帶動100千克的負載來進行旋轉 這100千克我們絲桿總重量只有1.4 1.4千克對比100千克 我們是不是同樣可以把這個質量進行這樣一個忽略不計 因此它的這樣一個旋轉軌跡同樣是這樣一個空心圓環 力是分佈在一個點上做旋轉運動 所以說以當前公販爲例 我們用到的這個掛鏈計算公式就是MR的平方 並不需要除以R 而M的話就是我們這個負載100千克 R的話爲旋轉半徑 絲桿的旋轉半徑 絲桿半徑爲15毫米 也就是說我們這樣一個15毫米 那麼它的半徑是不是鎖對呢 是等於0.75 我們把它進行輸入 絲桿半徑是7.5毫米 那麼同樣進行單位的換算 因爲我們這樣一個掛鏈的公式是千克米平方 我們要進行單位的換算 7.5毫米等於0.0075 下方是1.6是兩個0 那麼這個是0.0075米 然後再將我們這樣一個0.0075米 來進行這樣一個掛鏈的代入 0.100乘以0.0075再乘以0.0075 同樣用到我們這樣一個計算機 0.0075乘以0.0075再乘以100千克 得到我們的這個掛鏈是爲0.00565 這個25 5625千克米平方 然後通過我們所計算的負載掛鏈來進行掛鏈比掛鏈比怎麼比呢 掛鏈比等於負載掛鏈比上電機轉子掛鏈 等於負載掛鏈比上電機轉子掛鏈 這個比值怎麼給呢 也說我們這樣一個比值應該取到多大才比較合適呢 當前這個掛鏈比的話 就需要來看我們這樣一個傳動場合 也說我們當前的運行場合 如果當前我們這樣一個傳動機構 電機驅動磁感來做水平移動 它是屬於這樣一個高精度 高反這樣一個需要頻繁起停 也就是說要經常進行停止以及啓動頻繁起停以及高速的情況下 那麼我們這個掛鏈比就要來做到十倍以內 也就說電機轉子掛鏈 不能比我們所計算的負載掛鏈的十分之一還要小 這是應用於我們高精度頻繁起停高速旋轉場合高速運行場合 那麼同樣如果是中等精度 還有中等速度不需要頻繁起停 那麼這種空關的話 我們掛鏈比做到20 同樣電機轉子掛鏈不能比所計算的負載掛鏈的二十分之一還小 那麼一般場合也說是沒有需要的 這樣一個精度沒有任何特殊精度場合的一般場合普通精度 那麼我們這個掛鏈比最大最大的話 我們可以做到三十 也說四伏電機的轉子掛鏈可以比這樣一個負載掛鏈小三十分之一 但是不能超過三十再超過三十的話 可能就剎不住車了 好吧 那麼同樣來到我們這樣一個選行樣式 因爲我們選行的話 它的主要目的還是來查樣測 好吧 同樣選擇樣本資料 老師先把這個樣冊進行打開 選擇樣本資料 找到我們這樣一個匯創 比如說現在我們所對接的這樣一個電機的廠家是匯創四伏電機 那麼我們就找到匯創的這樣一個選行樣冊 來到當前位置來進行電機功率的選行 我們所計算的電機輸入扭矩所需要的是0.4牛米0.64牛米 那麼我們就來看一下 200瓦的剛好能夠作爲驅動200瓦的四伏電機 剛好能夠作爲我們這樣一個輸出扭矩電機的確定200瓦 以及來看一下後方有我們這個轉速 轉速的話是在下端 像我們這些額定電流最大電流的話 就來看我們這個使用電流場合 這個的話 其實一般我們做設計工程師不要來管 這個是關於我們這個電機工程師的好吧 我們只需要來看轉矩轉速以及灌量 根據扭矩選擇的是這樣一個400瓦是200瓦的 200瓦的 我們來計算來確定它的這樣一個型號 型號爲MSI HI20B30CB 那麼來到下方繼續來找到我們這個20B30CB轉速是3000 額定轉速3000以及灌量轉動灌量 把上方的這個轉值轉動灌量來除以我們所計算的負載灌量 來得到這個比值 再來匹配這個精度場合 如果有同學說老師 如果我現在確定的這樣一個來到當前位置 確定這個轉子轉動灌量 我是高精度的高精度場合 我除了之後用轉子轉動灌量比上當前的負載灌量達不到十以下怎麼辦呢 其實我們這樣一個電機灌量有兩種 一個是低灌量 還有一個是高灌量 現在給大家看的是這個低灌量的 我們如果說低灌量滿足不到這個灌量比 那麼同樣記住這個型號20B30CB 來到下方找這個高灌量的 同樣來到當前下方的這個樣冊 20B30CB 這個200瓦的好像是沒有我們這個高灌量的 如果沒有高灌量的話 那麼我們還可以通過第三個方法 第三個方法就是直接用到我們這樣一個加減速機 加減速機有什麼作用呢 這個老師給大家來講述一下 我們這個如果是電機 電機伺服電機 不進電機是屬於控制電機 如果當前只是轉速過快 我們需要來進行這樣一個減速的時候 我們可以不加減速機 因爲控制電機是可以調節轉速的 但是如果扭矩不能滿足 或者說是灌量不能滿足的時候 我們可以加減速機 比如說我們加一個五倍減速機 五倍減速機 那麼加減速機有什麼作用呢 第一個降低電機轉速 降低五倍電機轉速 除了降低五倍電機轉速之外 還能增大電機五倍輸出扭矩 以及還有第三個作用 就是來完成我們這個灌量比的 但是它不是來更改我們這個電機的 加五倍減速機還能減小 減小 五的平方倍 五的平方倍這樣一個 負載灌量 也就是說如果說我們灌量比發現這個 高精度場合灌量比 我們用一個200瓦的不夠 比不上達不到十以下的這個比值 我們可以加這個減速機 加五倍減速機會對於負載灌量 來降低25倍 也就是說五的平方倍 以及同樣 其實這個地方的話老師個人推薦 現在我們能夠滿足這個扭矩 需求的0.64牛米 我們是選擇200瓦是吧 其實的話我們也可以用400瓦的 爲什麼說可以用到400瓦呢 第一個400瓦的扭矩會更大 我們可以給到更大的安全係數預留 以及 所對應的它的灌量也能越大 有同學說老師那我這個地方給大了 是不是說會浪費 其實在我們這樣一個電機裏面 400瓦的伺服電機它是最便宜的 有的說老師爲什麼它的這個扭矩越大 功率越大還便宜呢 因爲400瓦伺服電機是屬於通用電機 也就是說它的這個使用頻率是最高的 那麼所對呢 它是屬於到這個量產 批量生產的這樣一個設備 批量生產的電機 那麼一臺一個設備只要批量化生產 那麼它的這個價格也會所 所對呢會更加低 400瓦的伺服電機 是所有電機裏面最便宜的 現在我們200瓦的能夠滿足 其實我們根據到這個扭矩 我們可以給到更大的預留 或者說根據到這個成本 也可以用400瓦的伺服電機好吧 那麼同樣根據到目前的這個轉速 以及扭矩 掛量得到使用400瓦的伺服電機 400瓦伺服電機來作爲驅動 這就是關於我們這樣一個電機的選項 那麼本節課我們就先跟大家講到這裏 結束了 下節課繼續給大家講述我們這樣一個 直線導軌與連軸器的選項好吧 那麼本期課我們就在此結束 下期課不見不散