伺服电机概述
2.1.1 伺服电机的用途与分类
伺服电机（又称为执行电机）是一种应用于运动控制系统中的控制电机，它的输出参数，如位置、速度、加速度或转矩是可控的。
伺服电机在自动控制系统中作为执行元件，把输入的电压信号变换成转轴的角位移或角速度输出。输入的电压信号又称为控制信号或控制电压，改变控制电压可以变更伺服电机的转速及转向。
伺服电机按其使用的电源性质不同，可分为直流伺服电机的交流伺服电机两大类。
交流伺服电机按结构和工作原理的不同，可分为交流异步伺服电机和交流同步伺服电机。交流异步伺服电机又分为两相交流异步伺服电机和三相交流异步伺服电机，其中两相交流异步伺服电机又分为笼型转子两相伺服电机和空心杯形转子两相伺服电机
等。同步伺服电机又分为永磁式同步电机、磁阻式同步电机和磁滞式同步电机等。
直流伺服电机有传统型和低惯量型两大类。直流伺服电机按励磁方式可分为永磁式和电磁式两种。传统式直流伺服电机的结构形式和普通直流电机基本相同，传统式直流伺服电机按励磁方式可分为永磁式和电磁式两种。常用的低惯量直流伺服电机有以下几种。
①盘形电枢直流伺服电机。
②空心杯形电枢永磁式直流伺服电机。
③无槽电枢直流伺服电机。
随着电子技术的飞速发展，又出现了采用电子器件换向的新型直流伺服电机。此外，为了适应高精度低速伺服系统的需要，又出现了直流力矩电机。在某些领域（例如数控机床），已经开始用直线伺服电机。伺服电机正在向着大容量和微型化方向发展。
伺服电机的种类很多，本章介绍几种常用伺服电机的基本结构、工作原理、控制方式、静态特性和动态特性等。
2.1.2 自动控制系统对伺服电机的基本要求
伺服电机的种类虽多，用途也很广泛，但自动控制系统对它们的基本要求可归结为以下几点。
①宽广的调速范围，即要求伺服电机的转速随着控制电压的改
变能在宽广的范围内连续调节。
②机械特性和调节特性均为线性。伺服电机的机械特性是指控
制电压一定时，转速随转矩的变化关系；调节特性是指电机转矩一定时，转速随控制电压的变化关系。线性的机械特性和调节特性有利于提高自动控制系统的动态精度。
③无“自转”现象，即要求伺服电机在控制电压降为零时能立即自行停转。
④快速响应，即电机的机电时间常数要小，相应地伺服电机要
有较大的堵转转矩和较小的转动惯量。这样，电机的转速才能随着控制电压的改变而迅速变化。
⑤应能频繁启动、制动、停止、反转以及连续低速运行。
此外，还有一些其他要求，如希望伺服电机具有较小的控制功率、重量轻、体积小等。
2.2 直流伺服电机
2.2.1 直流伺服电机的工作原理与结构特点
（1）直流伺服电机的基本工作原理
直流伺服电机的工作原理与普通直流电机相同，仍然基于电磁感应定律和电磁力定律这两个基本定律。
图2-1是最简单的直流电机的物理模型。在两个空间固定的永久磁铁之间，有一个铁制的圆柱体（称为电枢铁芯）。电枢铁芯与磁极之间的间隙称为空气隙。图中两根导体ab和cd连接成
为一个线圈，并敷设在电枢铁芯表面上。线圈的首、尾端分别连接到两个圆弧形的铜片（称为换向片）上。换向片固定于转轴上，换向片之间及换向片与转轴都互相绝缘。这种由换向片构成的整体称为换向器。整个转动部分称为电枢。为了把电枢和外电路接
通，特别装置了两个电刷A和B。电刷在空间上是固定不动的，其位置如图2-1所示。当电枢转动时，电刷A只能与转到上面
的一个换向片接触，而电刷B则只能与转到下面的一个换向片接触。
图2-1 直流电机的物理模型
如果将电刷A、B接直流电源，于是电枢线圈中就会有电流通过。假设由直流电源产生的直流电流从电刷A流入，经导体ab、cd后，从电刷B流出，如图2-1（a）所示，根据电磁力定律，载流导体ab、cd在磁场中就会受到电磁力的作用，其方向可用左手定则确定。在图2-1（a）所示瞬间，位于N极下的导体ab受到的电磁力f的方向是从右向左；位于S极下的导体cd受到的电磁力f的方向是从左向右，因此电枢上受到逆时针方向的力矩，称为电磁转矩T e。在该电磁转矩T e的作用下，电枢将按逆时针方向转动。当电刷转过180°，如图2-1（b）所示时，导体cd转到N极下，导体ab转到S极下。由于直流电源产生的直流电流方向不变，仍从电刷A流入，经导体cd、ab后，从电刷B流出。可见这时导体中的电流改变了方向，但产生的电磁转矩T e的方向并未改变，电枢仍然为逆时针方向旋转。
实际的直流电机中，电枢上也不是只有一个线圈，而是根据需要有许多线圈。但是，不管电枢上有多少个线圈，产生的电磁转矩却始终是单一的作用方向，并使电机连续旋转。
在直流电机中，因为电枢电流i a是由电枢电源电压U产生的，所以电枢电流i a与电源电压U的方向相同。由于直流电机的电枢是在电磁转矩T e的作用下旋转的，所以，电机转速n的方向与电磁转矩T e的方向相同，即在直流电机中，电磁转矩T e是驱动性质的转矩。当电机旋转时，电枢导体ab、cd将切割主极磁场的磁力线，产生感应电动势e a（e a为电枢导体中的感应电动势），感应电动势e a的方向如图2-1所示，从图中可以看出，感应电动势e a的方向与电枢电流i a的方向相反，因此，在直流电机中，感应电动势e a为反电动势。改变直流电机旋转方向的方法是将电
枢绕组（或励磁绕组）反接。
直流伺服电机的工作原理与普通直流电机相同，当电枢两端接
通直流电源时，电枢绕组中就有电枢电流I a流过，电枢电流I a与气隙磁场（每极磁通Φ）相互作用，产生电磁转矩T e，电机就可
以带动负载旋转，改变电机的输入参数（电枢电压、每极磁通等），其输出参数（如位置、速度、加速度或转矩等）就会随之变化，这就是直流伺服电机的工作原理。
电磁转矩T e与电枢电流I a和每极磁通Φ的关系式为T e＝
C TΦI a，其中的C T是一个与电机结构有关的常数，称为转矩常数。当电机的转子（电枢）以转速n旋转时，电枢绕组将切割气隙磁场而产生感应电动势E a（E a为电枢感应电动势，即正、负电刷两端的电动势），电枢电动势E a与电枢转速n和每极磁通Φ的关
系式为E a＝C eΦn，其中的C e是一个与电机结构有关的常数，称为电动势常数。
（2）传统型直流伺服电机
传统型直流伺服电机的结构形式和普通直流电机基本相同，也是由定子、转子两大部分组成。体积和容量都很小，无换向极，转子细长，便于控制。
传统型直流伺服电机按励磁方式可分为电磁式和永磁式两种。
电磁式直流伺服电机的定子铁芯通常由硅钢片冲制叠压而成，
磁极和磁轭整体相连，如图2-2（a）所示，在磁极铁芯上套有
励磁绕组；转子铁芯与小型直流电机的转子铁芯相同，由硅钢片冲制叠压而成，在转子冲片的外圆周上开有均布的齿槽，如图
2-2（b）所示，在转子槽中放置电枢绕组，并经换向器、电刷
引出。电枢绕组和励磁绕组分别由两个独立电源供电，属于他励式。其主磁场由励磁绕组中通入励磁电流产生。
图2-2 电励磁直流伺服电机的铁芯冲片
常用永磁式直流伺服电机的结构如图2-3所示。永磁式直流
伺服电机与电磁式直流伺服电机的电枢基本相同，它们的不同之处在于，永磁式伺服电机的主磁极由永磁体构成。由于取消了主磁极铁芯和励磁绕组，不仅提高了电机的效率，而且使电机的体积明显减小。随着永磁材料的不断进步，永磁式直流伺服电机的体积也在不断减小。
图2-3 永磁直流伺服电机的结构
永磁式直流伺服电机采用的永磁材料主要有铝镍钴、铁氧体和稀土永磁等。不同永磁材料的磁特性差异很大，因此采用不同永磁材料时，永磁式直流伺服电机的磁极结构也各不相同。
铝镍钴永磁材料的特点是剩磁较大而矫顽力很小，为了避免电机磁极永久性去磁，铝镍钴永磁体的磁化方向长度较长。几种常
用的铝镍钴永磁直流伺服电机的磁极结构如图2-4所示。显然，在图2-4中，前3种磁极结构（圆筒式、切向式凸极、切向式隐极）均能满足“永磁体的磁化方向长度较长”的要求，而采用
图2-4（d）所示的径向式凸极结构时，电机的径向尺寸将会放
大。
图2-4 铝镍钴永磁直流电机的磁极结构
铁氧体永磁材料的特点与铝镍钴永磁材料的特点正好相反，其剩磁较小而矫顽力较大。为了电机的磁负荷，需要尽可能增大永磁体的有效截面。几种常用铁氧体永磁直流伺服电机的磁极结构
如图2-5所示。
图2-5 铁氧体永磁直流电机的磁极结构
钕铁硼永磁材料具有优良的磁性能，其剩磁感应强度可达铁氧
体永磁材料的3倍，矫顽力可达铝镍钴永磁材料的10倍以上。因此，钕铁硼永磁伺服电机最适合采用图2-5（a）所示的瓦片
形磁极结构。与其他两种永磁材料的电机相比，钕铁硼永磁直流伺服电机的体积更小，性能也更为优良。
以上两种是具有传统结构的直流伺服电机。现代伺服控制系统对快速响应性的要求越来越高，尽可能减小伺服电机的转动惯量，以便减小电机的机电时间常数，提高伺服控制系统的快速响应能力，已经成为对伺服电机的一个重要技术要求。为此多种类型的低惯量型直流伺服电机应运而生。常见的低惯量伺服电机有盘形电枢直流伺服电机、空心杯形转子直流伺服电机和无槽电枢直流伺服电机等。
（3）盘形电枢直流伺服电机
盘形电枢直流伺服电机如图2-6所示。它的定子由磁钢（永
久磁铁）和前、后磁轭（磁轭由软磁材料构成）组成，磁钢可在圆盘的一侧放置，也可以在两侧同时放置，磁钢产生轴向磁场，
它的极数比较多，一般制成6极、8极或10极。电机的气隙就
位于圆盘的两边，圆盘上有电枢绕组，可分为印制绕组和绕线式绕组两种形式。
图2-6 盘形电枢直流伺服电机结构图
1—磁轭；2—磁钢；3—电枢绕组；4—换向器
绕线式绕组是先绕制成单个线圈，然后将绕好的全部线圈沿径向圆周排列起来，再用环氧树脂浇注成圆盘形。
印制绕组是由印制电路工艺制成的电枢导体，两面的端部连接起来即成为电枢绕组，它可以是单片双面的，也可以是多片重叠的，以增加总导体数。
在这种盘形电枢直流伺服电机中，磁极有效磁通是轴向取向的，径向载流导体在磁场作用下产生电磁转矩。因此，盘形电枢上电枢绕组的径向段为有效部分，弯曲段为端接部分。另外，在这种电机中也常用电枢绕组有效部分的裸导体表面兼作换向器，它和电刷直接接触。
印制绕组直流伺服电机性能特点如下。
①电机结构简单，制造成本低。
②启动转矩大：由于电枢绕组全部在气隙中，散热良好，其绕组电流密度比普通直流伺服电机高10倍以上，因此允许的启动电流大，启动转矩也大。
③力矩波动很小，低速运行稳定，调速范围广而平滑，能在1：20的速比范围内可靠平稳运行。这主要是由于这种电机没有齿槽效应以及电枢元件数、换向片数很多的缘故。
④换向性能好：电枢由非磁性材料组成，换向元件电感小，所以换向火花小。
⑤电枢转动惯量小，反应快，属于中等低惯量伺服电机。
⑥印制绕组直流伺服电机由于气隙大、主磁极漏磁大、磁动势利用率不高，因而效率不高。
⑦因为电枢直径大，限制了机电时间常数进一步降低。
（4）空心杯形转子电枢直流伺服电机
空心杯形电枢永磁式直流伺服电机如图2-7所示。它有一个
外定子和一个内定子，通常外定子是由两个半圆形（瓦片形）的永久磁铁所组成，也可以是通常的电磁式结构；而内定子则由圆柱形的软磁材料做成，仅作为磁路的一部分，以减小磁路的磁阻。
图2-7 空心杯电枢永磁式直流伺服电机结构简图
1—换向器；2—电刷；3—空心杯形电枢；4—外定子；5—内定子
也可采用与此相反的形式，内定子为永磁体，而外定子采用软磁材料，这时定子为磁路的一部分。这种结构形式称为内磁场式，与上面介绍的外磁场式在原理上相同。
空心杯形电枢上的电枢绕组可采用印制绕组，也可以先绕成单个成形线圈，然后将它们沿圆周的轴向方向排列成空心杯形，再用环氧树脂热固化成形。空心杯电枢直接装在转轴上，在内、外定子间的气隙中旋转。电枢绕组接到换向器上，由电刷引出。
空心杯形转子直流伺服电机性能特点如下。
①低惯量。由于转子无铁芯，且薄壁细长，转动惯量极低。
②灵敏度高。因转子绕组散热条件好，并且永久磁钢体积大，
可提高气隙的磁通密度，所以力矩大。因而转矩与转动惯量之比很大，时间常数很小，灵敏度高，快速性好。
③力矩波动小，低速转动平稳，噪声很小。由于绕组在气隙中
分布均匀，不存在齿槽效应，因此力矩传递均匀，波动小，故运行时噪声小，低速运转平稳。
④换向性能好，寿命长。由于杯形转子无铁芯，换向元件电感
很小，几乎不产生火花，换向性能好，因此大大提高了电机的寿命。由于换向火花很小，可大大减少对无线电的干扰。
⑤损耗小，效率高。因转子中无磁滞和涡流造成的铁芯损耗，所以效率较高。
（5）无槽转子电枢直流伺服电机
无槽电枢直流伺服电机如图2-8所示。它的电枢铁芯上并不
开槽，即电枢铁芯是光滑、无槽的圆柱体。电枢的制造是将电枢绕组直接排列在光滑的电枢铁芯表面，再用环氧树脂固化成形，并把它与电枢铁芯粘成一个整体，其气隙尺寸比较大，比普通的
直流伺服电机大10倍以上。其定子磁极可以用永久磁铁做成，
也可采用电磁式结构。
图2-8 无槽电枢直流伺服电机结构简图
由于无槽电枢直流伺服电机在磁路上不存在齿部磁通密度饱
和的问题，因此可以大大提高电机的气隙磁通密度并减小电枢的外径。所以无槽电枢直流伺服电机具有启动转矩较大、反应较快、启动灵敏度较高、转速平稳、低速运行均匀、换向性能良好等优点。主要用于要求快速动作、功率较大的系统，例如数控机床和雷达天线驱动等方面。
无槽电枢直流伺服电机的转动惯量和电枢绕组电感比较大，因而其动态性能不如盘形电枢直流伺服电机和空心杯形电枢永磁式直流伺服电机。
伺服电机原理 一、交流伺服电动机 交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf上；另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。 交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。 交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。 交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点： 1、起动转矩大 由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图3中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。它可使临界转差率S0＞1，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。 2、运行范围较广 3、无自转现象 正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1－S1、T2－S2曲线）以及合成转矩特性（T－S曲线）
关于伺服电机你可能不知道的28个问题工业机器人有4大组成部分，分别为本体、伺服、减速器和控制器。 工业机器人电动伺服系统的一般结构为三个闭环控制，即电流环、速度环和位臵环。一般情况下，对于交流伺服驱动器，可通过对其内部功能参数进行人工设定而实现位臵控制、速度控制、转矩控制等多种功能。 那么关于伺服电机有哪些需要知道的呢？ 1.如何正确选择伺服电机和步进电机？ 答：主要视具体应用情况而定，简单地说要确定：负载的性质（如水平还是垂直负载等），转矩、惯量、转速、精度、加减速等要求，上位控制要求（如对端口界面和通讯方面的要求），主要控制方式是位臵、转矩还是速度方式。供电电源是直流还是交流电源，或电池供电，电压范围。据此以确定电机和配用驱动器或控制器的型号。 2.选择步进电机还是伺服电机系统？ 答：其实，选择什么样的电机应根据具体应用情况而定，各有其特点。 3.如何配用步进电机驱动器？ 答：根据电机的电流，配用大于或等于此电流的驱动器。如果需要低振动或高精度时，可配用细分型驱动器。对于大转矩电机，尽可能用高电压型驱动器，以获得良好的高速性能。
4.2 相和5 相步进电机有何区别，如何选择？ 答：2 相电机成本低，但在低速时的震动较大，高速时的力矩下降快。 5 相电机则振动较小，高速性能好，比 2 相电机的速度高30~50% ，可在部分场合取代伺服电机。 5.何时选用直流伺服系统，它和交流伺服有何区别？ 答：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。 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。 6.使用电机时要注意的问题？ 答：上电运行前要作如下检查： 1）电源电压是否合适（过压很可能造成驱动模块的损坏）；对于直流输入的 +/- 极性一定不能接错，驱动控制器上的电机型号或电流设定值是否合适（开始时不要太大）； 2）控制信号线接牢靠，工业现场最好要考虑屏蔽问题（如采用双绞线）； 3）不要开始时就把需要接的线全接上，只连成最基本的系统，运行良好后，再逐步连接。 4）一定要搞清楚接地方法，还是采用浮空不接。 5）开始运行的半小时内要密切观察电机的状态，如运动是否正常，声音和温升情况，发现问题立即停机调整。 7.步进电机启动运行时，有时动一下就不动了或原地来回动，运行时有时还会失步，是什么问题？ 一般要考虑以下方面作检查：
电机的选择： （1）电机扭矩的计算 负载扭矩是由于驱动系统的摩擦力和切削力所引起的可用下式表达： FL M =π2 式中 M-----电动机轴转距； F------使机械部件沿直线方向移动所需的力； L------电动机转一圈（2πrad ）时，机械移动的距离 2πM 是电动机以扭矩M 转一圈时电动机所作的功，而FL 是以F 力机械移动L 距离时所需的机械功。 实际机床上，由于存在传动效率和摩擦系数因素，滚珠丝杠克服外部载荷P 做等速运动所需力矩，应按下式计算： z z M h h F M B sp SP ao P K 2 11122? ??? ??++=ηππ M 1-----等速运动时的驱动力矩 π 2h F sp ao K ---双螺母滚珠丝杠的预紧力矩 F ao ------预紧力(N),通常预紧力取最大轴向工作载荷 F m ax 的1/3，即 F ao = 3 1F m ax 当F m ax 难于计算时，可采用F ao =~)(N C a ； C a -----滚珠丝杠副的额定载荷，产品样本中可查： h sp -----丝杠导程(mm)； K--------滚珠丝杠预紧力矩系数，取~； P---------加在丝杠轴向的外部载荷(N),W F P μ+=； F---------作用于丝杠轴向的切削力(N)； W--------法向载荷(N),P W W 11+=； W 1 -----移动部件重力(N),包括最大承载重力；
P 1 -------有夹板夹持时（如主轴箱）的夹板夹持力； μ --------导轨摩擦系数，粘贴聚四氟乙烯板的滑动导轨副09.0=μ，有 润滑条件时，05.0~03.0=μ，直线滚动导轨004.0~003.0=μ； η 1 -------滚珠丝杠的效率，取~； M B ----支撑轴承的摩擦力矩，即叫启动力矩,可以从滚珠丝杠专用轴承样 本中得到，见表2-6（这里注意，双支撑轴承有M B 之和的问题） z 1 --------齿轮1的齿数 z 2 --------齿轮2的齿数 最后按满足下式的条件选择伺服电机 M M s ≤1 M s -----伺服电机的额定转距 （2）惯量匹配计算 为使伺服进给系统的进给执行部件具有快速相应能力，必须选用加速能力大的电动机，亦即能够快速响应的电机（如采用大惯量伺服电机），但又不能盲目追求大惯量，否则由于不能从分发挥其加速能力，会不经济的。因此必须使电机惯量与进给负载惯量有个合理的匹配。 通常在电机惯量J M 与负载惯量J L （折算至电动机轴）或总惯量J r 之间，推荐下列匹配关系： 14 1≤≤J J M L 或 8.05.0≤≤ J J r M 或 5.02.0≤≤ J J r L 1. 回转的惯量：
ST 系列交流伺服电机型号编号说明 1:表示电机外径 , 单位 :mm。 2：表示电机是正弦波驱动的永磁同步交流伺服电机。 3：表示电机安装的反馈元件，M—光电编码器，X—旋转变压器。 4：表示电机零速转矩，其值为三位数×，单位：Nm。 5：表示电机额定转速，其值为二位数×100，单位： rpm。 6：表示电机适配的驱动器工作电压，L— AC220V， H— AC380V。 7：表示反馈元件的规格，F—复合式增量光电编码器（2500 C/T ）， R— 1 对极旋转变压器。 8：表示电机类型，B—基本型。 9：表示电机安装了失电制动器。 SD系列交流伺服驱动器型号编号说明 1：表示采用空间矢量调制方式（SVPWM）的交流伺服驱动器 2：表示 IPM 模块的额定电流（ 15/20/30/50/75A ） 3：表示功能代码（ M：数字量与模拟量兼容） ●交流伺服电机与伺服驱动器适配表 ST系列电机ST系列电机ST 系列电机主要参数 适配驱动器 额定功率 电机型号额定转矩额定转速外形尺寸零售价 ( 元 ) 110ST-M02030 2 Nm 3000rpm 110×110×158 1500 110ST-M04030 4 Nm 3000rpm 110×110×185 1700 110ST-M05030 5 Nm 3000rpm 110×110×2001800 110ST-M06020 6 Nm 2000rpm SD15M 110×110×217 1900 SD20MN 110ST-M06030 6 Nm 3000rpm SD30MN 110×110×217 1900 SD50MN 130ST-M04025 4 Nm 2500rpm SD75MN 130×130×163 1800 130ST-M05025 5 Nm 2500rpm 130×130×171 2100 130ST-M06025 6 Nm 2500rpm 130×130×181 2400 130ST-M07720Nm2000rpm130×130×1952900
伺服电机计算选择应用实例 1． 选择电机时的计算条件 本节叙述水平运动伺服轴（见下图）的电机选择步骤。 例：工作台和工件的 W ：运动部件（工作台及工件）的重量（kgf ）=1000 kgf 机械规格 μ ：滑动表面的摩擦系数=0.05 π ：驱动系统（包括滚珠丝杠）的效率=0.9 fg ：镶条锁紧力（kgf ）=50 kgf Fc ：由切削力引起的反推力（kgf ）=100 kgf Fcf ：由切削力矩引起的滑动表面上工作台受到的力（kgf ） =30kgf Z1/Z2： 变速比=1/1 例：进给丝杠的（滚珠 Db ：轴径=32 mm 丝杠）的规格 Lb ：轴长=1000 mm P ：节距=8 mm 例：电机轴的运行规格 Ta ：加速力矩（kgf.cm ） Vm :快速移动时的电机速度(mm -1)=3000 mm -1 ta :加速时间(s)=0.10 s Jm :电机的惯量(kgf.cm.sec 2) Jl :负载惯量(kgf.cm.sec 2) ks :伺服的位置回路增益(sec -1)=30 sec -1 1.1 负载力矩和惯量的计算 计算负载力矩 加到电机轴上的负载力矩通常由下式算出: Tm = + Tf Tm :加到电机轴上的负载力矩(Nm) F :沿坐标轴移动一个部件(工作台或刀架)所需的力(kgf) L :电机转一转机床的移动距离=P ×(Z1/Z2)=8 mm Tf :滚珠丝杠螺母或轴承加到电机轴上的摩擦力矩=2Nm F ×L 2πη
无论是否在切削，是垂直轴还是水平轴，F值取决于工作台的重量， 摩擦系数。若坐标轴是垂直轴，F值还与平衡锤有关。对于水平工 作台，F值可按下列公式计算： 不切削时： F = μ（W+fg） 例如： F=0.05×(1000+50)=52.5 (kgf) Tm = (52.5×0.8) / (2×μ×0.9)+2=9.4(kgf.cm) = 0.9(Nm) 切削时: F = Fc+μ(W+fg+Fcf) 例如: F=100+0.05×(1000+50+30)=154(kgf) Tmc=(154×0.8) / (2×μ×0.9)+2=21.8(kgf.cm) =2.1(Nm) 为了满足条件1，应根据数据单选择电机，其负载力矩在不切削时 应大于0.9（Nm），最高转速应高于3000（min-1）。考虑到加/减速， 可选择α2/3000（其静止时的额定转矩为2.0 Nm）。 ·注计算力矩时，要注意以下几点： 。考虑由镶条锁紧力（fg）引起的摩擦力矩 根据运动部件的重量和摩擦系数计算的力矩通常相当小。镶条 锁紧力和滑动表面的质量对力矩有很大影响。 。滚珠丝杠的轴承和螺母的预加负荷，丝杠的预应力及其它一些因 素有可能使得滚动接触的Fc相当大。小型和轻型机床其摩擦力矩 会大大影响电机的承受的力矩。 。考虑由切削力引起的滑动表面摩擦力（Fcf）的增加。切削力和驱 动力通常并不作用在一个公共点上如下图所示。当切削力很大时， 造成的力矩会增加滑动表面的负载。 当计算切削时的力矩时要考虑由负载引起的摩擦力矩。 。进给速度会使摩擦力矩变化很大。欲得到精确的摩擦力矩值，应 仔细研究速度变化，工作台支撑结构（滑动接触，滚动接触和静压 力等），滑动表面材料，润滑情况和其它因素对摩擦力的影响。 。机床的装配情况，环境温度，润滑状况对一台机床的摩擦力矩影 响也很大。大量搜集同一型号机床的数据可以较为精确的计算其负
选购要点：伺服电机的三种控制方式 伺服电机速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的，位置控制是通过发脉冲来控制的。具体采用什么控制方式要根据客户的要求以及满足何种运动功能来选择。接下来，松文机电为大家带来伺服电机的三种控制方式。 如果您对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。 如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。如果本身要求不是很高，或者，基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。 就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。 对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。那么如果控制器本身的运算速度很慢（比如PLC，或低端运动控制器），就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率（比如大部分中高端运动控制器）；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器才能这么干，而且，这时完全不需要使用伺服电机。 一般说驱动器控制的好不好，每个厂家的都说自己做的最好，但是现在有个比较直观的比较方式，叫响应带宽。当转矩控制或者速度控制时，通过脉冲发生器给他一个方波信号，使电机不断的正转、反转，不断的调高频率，示波器上显示的是个扫频信号，当包络线的顶点到达最高值的70.7%时，表示已经失步，此时的频率的高低，就能显示出谁的产品牛了，一般的电流环能作到1000Hz以上，而速度环只能作到几十赫兹。 换一种比较专业的说法： 1、转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为例如10V对应5Nm的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm：如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转，外部负载等于2.5Nm时电机不转，大于2.5Nm时电机反转（通常在有重力负载情况下产生）。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。 应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。 2、位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。
伺服电机选型技术指南 1、机电领域中伺服电机的选择原则 现代机电行业中经常会碰到一些复杂的运动，这对电机的动力荷载有很大影响。伺服驱动装置是许多机电系统的核心，因此，伺服电机的选择就变得尤为重要。首先要选出满足给定负载要求的电动机，然后再从中按价格、重量、体积等技术经济指标选择最适合的电机。 各种电机的T-ω曲线 （1）传统的选择方法 这里只考虑电机的动力问题，对于直线运动用速度v(t)，加速度a(t)和所需外力F(t)表示，对于旋转运动用角速度ω(t)，角加速度α(t)和所需扭矩T(t)表示，它们均可以表示为时间的函数，与其他因素无关。很显然。电机的最大功率P电机，最大应大于工作负载所需的峰值功率P峰值，但仅仅如此是不够的，物理意义上的功率包含扭矩和速度两部分，但在实际的传动机构中它们是受限制的。用ω峰值，T峰值表示最大值或者峰值。电机的最大速度决定了减速器减速比的上限，n上限=ω峰值，最大/ω峰值，同样，电机的最大扭矩决定了减速比的下限，n下限=T峰值/T电机，最大，如果n下限大于n上限，选择的电机是不合适的。反之，则可以通过对每种电机的广泛类比来确定上下限之间可行的传动比范围。只用峰值功率作为选择电机的原则是不充分的，而且传动比的准确计算非常繁琐。 （2）新的选择方法 一种新的选择原则是将电机特性与负载特性分离开，并用图解的形式表示，这种表示方法使得驱动装置的可行性检查和不同系统间的比较更方便，另外，还提供了传动比的一个可能范围。这种方法的优点：适用于各种负载情况；将负载和电机的特性分离开；有关动力的各个参数均可用图解的形式表示并且适用于各种电机。因此，不再需要用大量的类比来检查电机是否能够驱动某个特定的负载。 在电机和负载之间的传动比会改变电机提供的动力荷载参数。比如，一个大的传动比会减小外部扭矩对电机运转的影响，而且，为输出同样的运动，电机就得以较高的速度旋转，产生较大的加速度，因此电机需要较大的惯量扭矩。选择一个合适的传动比就能平衡这相反的两个方面。通常，应用有如下两种方法可以找到这个传动比n，它会把电机与工作任务很好地协调起来。一是，从电机得到的最大速度小于电机自身的最大速度ω电机，最大；二是，电机任意时刻的标准扭矩小于电机额定扭矩M额定。
伺服电机原理及选型规则
2011-8-4 8:00:00 来源：
［摘要］：是在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装 置。伺服电机是可以连续旋转的电－机械转换器。作为液压阀控制器的伺服电机，属 于功率很小的微特电机，以永磁式直流伺服电机和并激式直流伺服电机最为常用。 ［关键词］：伺服系统 发动机 马达 变速装置 伺服电机 什么是伺服电机？ 伺服电机：是在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装 置。伺服电机是可以连续旋转的电－机械转换器。作为液压阀控制器的伺服电机，属 于功率很小的微特电机，以永磁式直流伺服电机和并激式直流伺服电机最为常用。 伺服电机的作用：伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确。 伺服电机的分类：直流伺服电机和交流伺服电机。 直流伺服电机的输出转速与输入电压成正比，并能实现正反向速度控制。具有起动转 矩大，调速范围宽，机械特性和调节特性的线性度好，控制方便等优点，但换向电刷 的磨损和易产生火花会影响其使用寿命。 近年来出现的无刷直流伺服电机避免了电刷 摩擦和换向干扰， 因此灵敏度高， 死区小， 噪声低， 寿命长， 对周围电子设备干扰小。 直流伺服电机的输出转速/输入电压的传递函数可近似视为一阶迟后环节，其机 电时间常数一般大约在十几毫秒到几十毫秒之间。而某些低惯量直流伺服电机（如空 心杯转子型、印刷绕组型、无槽型）的时间常数仅为几毫秒到二十毫秒。 小功率规格的直流伺服电机的额定转速在 3000r/min 以上，甚至大于 10000r/min。因此作为液压阀的控制器需配用高速比的减速器。而直流力矩伺服电机 （即低速直流伺服电机）可在几十转/分的低速下，甚至在长期堵转的条件下工作， 故可直接驱动被控件而不需减速。 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。 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。 交流伺服电机的工作原理 伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的 U/V/W 三相电形成电磁场，转子 在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈 值与目标值进行比较， 调整转子转动的角度。 伺服电机的精度决定于编码器的精度 （线
感谢您使用本产品，本使用操作手册提供LCDA系列伺服驱动器的相关信息。内容包括： ●伺服驱动器和伺服电机的安装与检查 ●伺服驱动器的组成说明 ●试运行操作的步骤 ●伺服驱动器的控制功能介绍与调整方法 ●所有参数说明 ●通讯协议说明 ●检测与保养 ●异常排除 ●应用例解说 本使用操作手册适合下列使用者参考： ●伺服系统设计者 ●安装或配线人员 ●试运行调机人员 ●维护或检查人员 在使用前，请您仔细详读本手册以确保使用上的正确。此外，请将它妥善保存在安全的地点以便随时查阅。下列在您尚未读完本手册时，务必遵守事项： ●安装的环境必须没有水气，腐蚀性气体或可燃性气体。 ●接线时，禁止将三相电源接至马达U、V、W的连接器，因为一旦接错 时将损坏伺服驱动器。 ●接地工程必须确实实施。 ●在通电时，请勿拆解驱动器、马达或更改配线。 ●在通电动作前，请确定紧急停机装置是否随时开启。 ●在通电动作时，请勿接触散热片，以免烫伤。 如果您在使用上仍有问题，请洽询经销商或者本公司客服中心。
安全注意事项 LCDA 系列为一开放型（Open Type ）伺服驱动器，操作时须安装于遮蔽式的控制箱内。本驱动器利用精密的回授控制与结合高速运算能力的数字信号处理器（Digital Signal Processor,DSP ）,控制IGBT 产生精确的电流输出，用来驱动三相永磁式同步交流伺服马达（PMSM ）达到精准定位。 LCDA 系列可使用于工业应用场合上，且建议安装于使用手册中的配线（电）箱环境（驱动器、线材与电机都必须安装于符合环境等级的安装环境最低要求规格）。 在按收检验、安装、配线、操作、维护与检查时，应随时注意以下安全注意事项。 标志[危险]、[警告]与[禁止]代表的含义： ? 意指可能潜藏危险，若未遵守要求可能会对人员造成严 重伤或致命 ? 意指可能潜藏危险，若未遵守可能会对人员造成中度的 伤害，或导致产品严重损坏，甚至故障 ? 意指绝对禁止的行动，若未遵守可能会导致产品损坏， 或甚至故障而无法使用
伺服电机和步进电机的区别 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 步进电机和交流伺服电机性能比较 步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。 一、控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09°；德国百格拉公司（BERGER LAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360° /10000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。 二、低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。 交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，
电机： 电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。电机在电路中是用字母M表示，它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源，发电机在电路中用字母G表示，它的主要作用是利用机械能转化为电能。 伺服电机： 伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。 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。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。 工作原理： 1、伺服系统是使物体的位置、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。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，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。 3、伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 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。
伺服电机模型参数在线辨识研究 摘要 在伺服电机的研究过程中，由于负载变量的变化，可能会出现经典控制器参数不匹配的情况，导致实验结果出现波动与误差，使控制性能恶化。因此，具备参数在线辨识能力在高性能的伺服电机中是必备的。 本次论文通过阐述理论和实验测试对伺服电机模型参数在线辨识进行了深入的研究。 首先，对参数在线辨识的方法进行简单的阐述，包括：模型参考自适应法、梯度校正参数估计法、最小二乘参数估计法，本文在此基础上选择其衍生方法：带遗忘因子的递推最小二乘法对参数进行在线辨识。研究表明：模型参考自适应法不能兼顾收敛速度和辨识的精度，梯度校正参数估计法算法简单易懂，实时计算量小，但是收敛速度慢，而最小二乘法原理简单，收敛较快，容易理解，易于编程实现，因此在系统参数估计中被大量使用。 其次，在建立数学模型的基础上以自校正PID结构设置控制器，自校正PID控制器以常规PID为基本形式，引入带遗忘因子的递推最小二乘法估计对象参数，并将估计的参数按极点配置法进行设计。自校正PID控制是自校正控制思想和常规PID控制思想结合的产物，具有调整参数少、自适应能力强的优点，能随对象特性变化在线修改参数。 最后，搭建基于DSP的直流伺服电机实验平台，进行测速算法和参数辨识的实验研究，采用DSP编程，在实际系统上对自校正控制进行试验测试，观察其实验结果与数据。论文研究成果可以在实际直流伺服电机实验平台中得到较好的应用，以提高系统的性能指标。 关键词：“伺服电机”“在线辨识”“自校正PID”“DSP编程”
Research on Online Identification of Servo Motor Model Parameters Abstract During the research of servo motor, due to the change of load variables, the mismatch of classicalcontroller parameters may occur, resulting in fluctuations and errors in the experimental results, which deteriorates the control performance.Therefore, a high-performance servo motor model requires the ability to parameterize online identification. In this thesis, through the theory, simulation and experimental test, the on-line identification of servo motor model parameters is deeply studied. Firstly, the method of parameter online identification is briefly described, including: model reference adaptive method, gradient correction parameter estimation method, least squares parameter estimation method (including batch least squares method, recursive least square method, forgetting factor delivery). Based on the series of derivative algorithms such as least squares method, this thesis chooses the recursive least squares method to identify the parameters online. The research shows that the model reference adaptive method can not balance the convergence speed and the accuracy of the identification. The gradient correction parameter estimation algorithm is simple and easy to understand. The real-time calculation is small, but the convergence speed is slow. The principle of least squares is simple, the convergence is fast, and it is easy to understand. It is easy to program and is therefore used extensively in system parameter estimation. Secondly, based on the establishment of the mathematical model, the self-correcting PID structure is used to set the controller for the servo motor. The design idea of the self-tuning PID controller is to use the regular PID as the basic form, introduce the recursive algorithm to estimate the object parameters, and press the estimation result. The pole configuration method is used to design the controller parameters. Self-tuning PID control is a combination of self-correcting control idea and conventional PID control idea. It combines the advantages of both, has the advantages of less adjustment parameters and strong self-adaptive ability, and can modify parameters online with changes in object characteristics. Finally, a DSP-based DC servo motor experimental platform is built to carry out experimental research on speed measurement algorithm and parameter identification. The DSP is used to test and test the self-calibration control on the actual system, and the experimental results and data are observed. The research results of the thesis can be well applied in the actual DC servo motor experimental platform to improve the performance index of the system. Keywords:servo motor, online identification, self-calibration PID, DSP programming
伺服电机计算选择应用实例 1．选择电机时的计算条件本节叙述水平运动伺服轴（见下图）的电机选择步骤。 例：工作台和工件的W ：运动部件（工作台及工件）的重量（kgf）=1000 kgf 机械规格μ：滑动表面的摩擦系数=0.05 π：驱动系统（包括滚珠丝杠）的效率=0.9 fg ：镶条锁紧力（kgf）=50 kgf Fc ：由切削力引起的反推力（kgf）=100 kgf Fcf ：由切削力矩引起的滑动表面上工作台受到的力（kgf） =30kgf Z1/Z2：变速比=1/1 例：进给丝杠的（滚珠Db ：轴径=32 mm 丝杠）的规格Lb ：轴长=1000 mm P ：节距=8 mm 例：电机轴的运行规格Ta ：加速力矩（kgf.cm） Vm :快速移动时的电机速度(mm-1)=3000 mm-1 ta :加速时间(s)=0.10 s Jm :电机的惯量(kgf.cm.sec2) Jl :负载惯量(kgf.cm.sec2) ks :伺服的位置回路增益(sec-1)=30 sec-1 1.1 负载力矩和惯量的计算 计算负载力矩加到电机轴上的负载力矩通常由下式算出: Tm = + Tf Tm :加到电机轴上的负载力矩(Nm) F :沿坐标轴移动一个部件(工作台或刀架)所需的力(kgf) L :电机转一转机床的移动距离=P×(Z1/Z2)=8 mm Tf :滚珠丝杠螺母或轴承加到电机轴上的摩擦力矩=2Nm F×L 2πη
无论是否在切削，是垂直轴还是水平轴，F值取决于工作台的重量， 摩擦系数。若坐标轴是垂直轴，F值还与平衡锤有关。对于水平工 作台，F值可按下列公式计算： 不切削时： F = μ（W+fg） 例如： F=0.05×(1000+50)=52.5 (kgf) Tm = (52.5×0.8) / (2×μ×0.9)+2=9.4(kgf.cm) = 0.9(Nm) 切削时: F = Fc+μ(W+fg+Fcf) 例如: F=100+0.05×(1000+50+30)=154(kgf) Tmc=(154×0.8) / (2×μ×0.9)+2=21.8(kgf.cm) =2.1(Nm) 为了满足条件1，应根据数据单选择电机，其负载力矩在不切削时 应大于0.9（Nm），最高转速应高于3000（min-1）。考虑到加/减速， 可选择α2/3000（其静止时的额定转矩为2.0 Nm）。 ·注计算力矩时，要注意以下几点： 。考虑由镶条锁紧力（fg）引起的摩擦力矩 根据运动部件的重量和摩擦系数计算的力矩通常相当小。镶条 锁紧力和滑动表面的质量对力矩有很大影响。 。滚珠丝杠的轴承和螺母的预加负荷，丝杠的预应力及其它一些因 素有可能使得滚动接触的Fc相当大。小型和轻型机床其摩擦力矩 会大大影响电机的承受的力矩。 。考虑由切削力引起的滑动表面摩擦力（Fcf）的增加。切削力和驱 动力通常并不作用在一个公共点上如下图所示。当切削力很大时， 造成的力矩会增加滑动表面的负载。 当计算切削时的力矩时要考虑由负载引起的摩擦力矩。 。进给速度会使摩擦力矩变化很大。欲得到精确的摩擦力矩值，应 仔细研究速度变化，工作台支撑结构（滑动接触，滚动接触和静压 力等），滑动表面材料，润滑情况和其它因素对摩擦力的影响。 。机床的装配情况，环境温度，润滑状况对一台机床的摩擦力矩影 响也很大。大量搜集同一型号机床的数据可以较为精确的计算其负
伺服电机和步进电机有什么区别? 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 机器让人们解放了劳动力，现在的很多工厂都实现了自动化，不再需要人力。自动化的实现离不开电机，电机是机器的动力来源。从1820年发现电流的磁效应到现在将近200年的创新发展，科学家们制造了各种各样的电机。今天就分析一下伺服电机与步进电机的区别。 各种电机 什么是伺服电机和步进电机呢？ 伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。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控制驱动对象。私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、线性高度、始动电圧等特性，可把所收到的电信号转化成电动机轴上的角位移或角速度输出。 伺服电机 伺服电机的工作原理：伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控制量能够跟随输入目标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，伺服电机接收到一个脉冲就会旋转一个脉冲相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就会发出对应数量的脉冲，这样和伺服电机接收的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道多少脉冲给伺服电机，同时就收了多少脉冲回来，这样就能够很精准的控制电机的转动，从而实现很精确的定位，可以达到0.001mm。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，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，相应快，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
伺服电机新工艺优势探讨 王林钢 摘要：在分析电机优化设计技术文献的基础上，总结了国内在电机传统优化设 计方面的特点，对现今几种主要的新型优化设计改进方法及其在电机设计中的应用，电磁场参数问题的优化设计，以及电机结构优化设计技术的发展情况，并对该领域未来的发展趋势做了展望。 关键字：电机设计；优化方法、结构优化 Abstract：Based on analysis of the intere lated technical lite ratures for the oprimization design of electrical machines,the features of conventional optimization design of electrical machines in China are summarized .Several primary optimal algorithms and its application in desige of electrical machines ,optimization design of inverse electrom agnetic field problems,the technical developing trend of optimization design of electrical machines ,the future developing trend of this field are presented. Key words:design of electrical machines ,oprimal algorithms，structure optimization 0 引言 电机的优化设计技术是电气工程领域中一个长盛不衰的研究热点。所谓电机优化设计，是指在满足国家标准、用户要求以及特定约束的条件下，使电机效率、体积、功率、重量、制造成本等设计性能指标达到最优的一种设计技术。从早期凭经验判断到古典极值理论和传统随机算法寻优，再到目前广泛使用的通过数学建模用全局优化理论求得最优设计，电机优化设计取得了丰硕的成果。 1 现今国内外交流伺服电机的发展状况分析 在中国机电产品发展过程中，由于加入世界贸易组织引起市场的急剧扩大，从而暴露出传统的手工生产及半手工生产的诸多不足，于是对自动化控制系统产品（尤其是交流伺服运动控制系统）提出了一个非常高的要求。 在交流伺服运动控制系统领域，国外品牌尤其是日本和欧美品牌凭借其先进的技术水平和更新速度逐渐占据了主导地位，从厂商来看，日本的品牌在价格上具有一定优势，在性能上又符合中国小型机械OEM商的需求，据不完全统计，松下电机、三菱电机、安川电机、三洋电机已经占据了我国整个交流伺服运动控制产品的近一半市场容量，处于市场的前列。此外，其他如富士、欧姆龙等在一些工业控制领域也表现突出，并带动其他系列产品的发展。欧美品牌如西门子、力士乐和伦茨在高端设备和生产线上占据了一定的份额，具有高性能和高价格的特点，其中以西门子最为典型。其他欧美品牌还有ABB、施耐德、丹那赫、柯比、GE、贝加莱等在其特定的领域保持高速增长。中国的交流伺服运动控制系统产品从技术上说尚处于起步阶段，近几年在一些低精度、低效率的运动控制领域已全面取代日系品牌的伺服,上量比较快(如经济型数控车床、电脑横机、电脑绣花机),