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伺服电机结构原理及选型步骤

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

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伺服电机（servomotor）是指在伺服系统中控制\t/item/%E4%BC%BA%E6%9C%8D%E7%94%B5%E6%9C%BA/_blank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\t/item/%E4%BC%BA%E6%9C%8D%E7%94%B5%E6%9C%BA/_blank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。

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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。

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

伺服系统（servomechanism）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\t/item/%E4%BC%BA%E6%9C%8D%E7%94%B5%E6%9C%BA/_blank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\t/item/%E4%BC%BA%E6%9C%8D%E7%94%B5%E6%9C%BA/_blank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2000～3000转；

3、适应性：抗过载能力强，能承受三倍于额定\t/item/%E4%BC%BA%E6%9C%8D%E7%94%B5%E6%9C%BA/_blank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。

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^-4kg．m2”。

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3～5项条件的电机。

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、