伺服系統之伺服馬達(Servo motor)選定
自動化技術網　編著

伺服馬達是自動化機械中，精密定位常用之旋轉作動元件，如數值控制(CNC)之工具、機器人(Robot)及印刷機等產業機械，對於如何選用適當伺服馬達規格在機構中，筆者以滾珠螺桿(Ball screw) 之滑台為例，計算如下：

 

一、首先決定機械之規格：
1.負載
W=200(kg)
2.滾珠螺桿規格： (參圖一)
(1)螺距(Pitch)
 PB=20(mm)
(2)直徑
 DB=50(mm)
(3)重量
 WB=40(kg)
(4)摩擦係數
 μ=0.2
3.機械效益 η=0.9

 

【圖一】

 
二、決定動作參數：(參圖二)
1.負載時移動速度 V=500(mm/sec)
2.滑台全行程 L=1000(mm)
3.全行程移動總時間 t=1.4(sec)
4.加減速時間 t1=t3=0.2(sec)
5.靜止穩定時間 t4=0.3(sec)
6.定位精度 ±0.05(mm)

 

【圖二】

 
三、選用馬達之轉子慣量(JM)
1.滾珠螺桿慣量
JB=(WB．D^2)/(8．g)
　=(40．52)/(8．980)
　=0.128(kg．cm．S^2)
2.負載慣量
JL=(W/g)．(PB/20．π)^2+JB
　=(200/9.8)．(20/20．π)^2+0.128
　=0.149
3.馬達軸心轉換慣量
J=JL=0.149(kg．cm．S^2)
4.選用馬達之轉子慣量

JM>JL/20 >149/20 >7.45(g．cm．S^2)

 
四、選用馬達迴轉速(N)

N=(V．60)/PB =(500．60)/20 =1500(rpm)

 

五、選用馬達之額定扭矩(TM)
1.負載扭矩
TL=(μ．W．PB)/(2．π．η)/10
　 =(0.2．200．20)/(2．π．0.9)/10
　 =14.15(kg．cm)
2.加減速扭矩
TA=(2．π．N/60．t1)．(JM+(JL/η))
　 =140.5(kg．cm)
3.瞬間最大扭矩(Ta)
Ta=TA+TL=154.5(kg．cm)
Tb=TL=14.15(kg．cm)
Tc=TL-TA=-126.35(kg．cm)
4.實效扭矩

Trms=√((Ta^2．t1)+(Tb^2．t2)+(Tc^2．t3))／(t1+t2+t3+t4)
　　=69.3(kg．cm)

 
5.選用馬達之額定扭矩
TM>1.3．實效扭矩(Trms)
　 >1.3．69.3
　 >90(kg．cm)

註：通常選用馬達之瞬間最大扭矩為TM之三倍但必須大於Ta

 
六、選用馬達解角器(PE)

假設PE=2000(p/rev)
則機械位置解析度(Resolution)
=(PB．(1/R))/(PE．4)
=0.0025(mm)
<機械定位精度±0.05(mm)

 
七、其他 如制動器(Brake)等其他附件請按需求選定之

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