伺服电机结构原理及选型步骤.docx

SW非标机械设计学习资料系列 精攻开物-青辰教育机械学院伺服电机（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种位置电机，常在非标设备中用来控制运动件的精确位置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。以下是我们在非标设备设计中对伺服电机选型计算整理的一些结构特点资料和选型计算所需的资料，具体需要了解计算方法和各种参数的选型计算方法的视频教程，请加群进入直播课程和老师进行交流。详情参见精攻开物教育官网（）咨询。伺服电动机也称为执行电动机，在控制系统中用作执行元件，将输入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角速度，以驱动控制对象。其最大的特点：有控制电压时转子立即旋转，无控制电压时转子立即停转。转轴转向和转速是由控制电压的方向和大小决定的。1、 伺服电机的基本分类：可分为直流伺服电机和交流伺服电动机。一般自动控制应用场合应尽可能选用交流伺服电机。调速和控制精度很高的场合选用直流伺服电机。1、直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护不方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。2、交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上的区别：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。2、 伺服电机的内部结构及控制原理伺服系统（servo mechanism）是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。三、伺服电机选型参数及特点伺服电机和其他电机（如步进电机）相比到底有什么优点：1、精度：实现了位置，速度和力矩的闭环控制；克服了步进电机失步的问题；2、转速：高速性能好，一般额定转速能达到20003000转；3、适应性：抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用；4、稳定：低速运行平稳，低速运行时不会产生类似于步进电机的步进运行现象。适用于有高速响应要求的场合；5、及时性：电机加减速的动态相应时间短，一般在几十毫秒之内；6、舒适性：发热和噪音明显降低；7、过载能力：伺服电机在运行中，瞬时过载能力强。基本可以达到3倍左右的过载；8、转矩与速度：伺服电机在0-3000转之间的转矩平稳，不会因速度的变化而出现转矩的过大变化。简单点说就是：平常看到的那种普通的电机，断电后它还会因为自身的惯性再转一会儿，然后停下。而伺服电机和步进电机是说停就停，说走就走，反应极快。但步进电机存在失步现象。3、 伺服电机选型步骤1确定结构部分。 此外，还要确定各种结构零部件（丝杆的长度、螺距和滑轮直径等）的详细规格。2确定运转模式。加减速时间、匀速时间、停止时间、循环时间、移动距离 注）运转模式对电机容量的选择有很大的影响。除特殊情况外尽可能增大加减速时间、停止时间，即可选用小容量的电机。3计算负载惯量和惯量比。结合各结构部分计算负载惯量。（请参照一般负载的惯量及其计算方法）用负载惯量除以电机转子惯量，计算惯量比。此时需注意，产品目录上电机转子惯量的单位为“10-4 kgm2”。4计算转速 根据移动距离、加减速时间、匀速时间计算电机转速。5计算转矩 根据负载惯量和加减速时间、匀速时间计算所需的电机转矩。6选择电机 选择能满足以上35项条件的电机。7. 转矩 (1)峰值转矩 运转过程中（主要是加减速时）电机所需的最大转矩。 以电机最大转矩的80%以下为目标。转矩为负值时可能需要再生电阻。(2)运行转矩、停止时的保持转矩 电机长时间运转所需的转矩。以电机额定转矩的80%以下为目标。转矩为负值时可能需要再生电阻。(3)实效转矩 运转、停止全过程所需转矩的均方值的单位时间数值。 以电机额定转矩的80%以下为目标。8转速 最高转速 运转时电机的最高转速：以额定转速以下为目标。 需使用至电机的最高转速时，应注意转矩和温度上升。 实际的计算请参照选择示例。9惯量、惯量比 惯量相当于保持某种状态所需的力。惯量比是负载惯量除以电机转子惯量的数值。 一般来说，以750 W以下的电机为20倍以F、1000 W以上的电机为10倍以下为目标。若要求快速响应，则需更小的惯量比。（反之，如果加速时间允许数秒钟，就可采用更大的惯量比。）以上是我们在非标设备设计中对于伺服电机选型计算总结的一些使用技巧，希望对大家所有帮助，如果大家需要更多的一些关于伺服电机选型计算或其它非标设备设计和标准件选型计算的学习资料和视频教程，可以登录精攻开物教育官网（）进行相关资料下载和学习咨询。Solidworks软件学习班部分视频如何才能快速掌握到这些标准件的选型和计算方法呢！ 怎样才能快速的学会solidworks非标设备设计呢？非标设备设计标准件选型计算学习班部分视频在我们的网站学习群内定期更新有标准件选型计算视频教程、solidwor