Page 109 - 《橡塑技术与装备》2020年11期（6月上半月橡胶）

工程设计 王超群·子午线航空轮胎二段成型机伺服电机的设计选型

①连续工作扭矩＜伺服电机额定扭矩（特殊情况 2J 2M D 2
J = 1 = sg sg （3）
sg
0.8 倍）。 i 2 z 8i 2 z
②瞬时最大扭矩＜伺服电机最大扭矩（加速时）。 得 J sg ≈1.27 kg∙cm 2
③惯量比＜电机规定的惯量比（4 倍）。 ②折算到电机轴端的 2 个滚珠丝杠链轮惯量 ：
④连续工作速度＜电机额定转速。 2J 2M D 2
J L1 = 2 = L 1 L 1 （4）
2.2 调距伺服电机选型验证 i z 2 8i 2 z
计算 p=25.4 mm 节距链轮，按分 度圆直径估算
（1）相关参数
p
经查阅相关图纸和资料，如下 ： D L1 = 180° = 138 mm ，得 J L1 ≈0.58 kg∙cm 2
胎坯质量 M 1 ： 78 kg ；主轴质量 M 2 ： 280 kg ；外 sin
Z 1
轴套质量 M 3 ： 73 kg ；左、右定型鼓质量 M 4 ： 15 kg ； ③折算到电机轴端的 1 个电机链轮惯量 ：
滚珠丝杠质量 M sg =24.2 kg，节距 P B =8 mm，名义直 J M D 2
J = 3 = L 2 L 2 （5）
径 D sg 取 60 mm ；滚珠丝杠摩擦系数 ： μ 1 取 0.02 ；胎 L2 i 1 2 8i z 2
坯轮辋平面宽 915 mm，预定型位置 880 mm 停留 5 s， p
超定型位置 430 mm，定型总时间 42 s ；滚珠丝杠链 按分度圆直径估算 D L2 = 180° = 211 mm ，得
sin
轮齿数 Z 1 =17，质量 M L1 =2.1 kg，链条 16A ；电机链 Z
J L2 ≈0.67 kg∙cm 2 2
轮齿数 Z 2 =26，质量 M L2 =4.8 kg ；电机减速比按原设
④轴向移动部件的惯量 ：
计取 i 1 =20 ； VB180 减速机传动效率取 η 1 =90% ；链轮 P
传动效率 η 2 =96% ；滚珠丝杆的传动效率 η 3 =95% ；滚 J Y = M Z × ( 2 B π ) 2 （6）
珠丝杠定位精度 APC 为 0.01 mm。 其中 M Z —— 定型胎坯、外轴套、主轴、定型鼓及
（2）伺服电机转速 支架等附件质量之和，取 500 kg 得 J Y ≈8.1 kg∙cm 2
根据生产实际，单边定型调距速度 V 控制在 6.5 ⑤减速机的转动惯量，查 VB-DR-180-020-

mm/s 最为合适，最大速度 8 mm/s，因滚珠丝杠带动 S2-P1 减速机样本，转动惯量为 J J1 =7.3 kg∙cm 2
定型卡盘同时相向平移，定型调距速度为 2 倍单边速 ⑥ 2 根滚珠丝杠上 4 件轴承内圈的惯量之和，相
度。 伺服电机最高速度由定型速度、丝杠螺距及传动 对于链轮、滚珠丝杠，轴承内圈惯量较小，在此忽略。
系统减速比确定，由公式 ： J Z =J sg +J L1 +J L2 +J Y +J J1 ≈18.0 kg∙cm 2
V 查三菱 HG-SR352J 伺服电机 样本，额定转速为
N ≥ N = 60 i × z （2）
e
P B 2 000 r/min，最大转速为 3 000 r/min，电机转子惯量
N—— 伺服电机转速，r/min 2
J M =88.2 kg∙cm ，远远大于电机轴端负载惯量，负载
V—— 胎坯定型调距工作速度，mm/s
惯量匹配。
i z —— 调距机构总减速比
（4）负载转矩
Z 1
i
由 V=6.5 mm/s，P B =8 mm， z = ×i 1 = 13 . 08 ， 调距电机负载转矩是指定型调距过程中机械运动
Z 2
得 N=637.5 r/min 部分的工作推动力、摩擦力和加速转矩等，二段成型
机定型过程的一个工作周期之后，电机长时间停机，
最大速度 N∙max=785 r/min。
要求负载转矩 T L ≤ T e 即可。
（3）负载惯量
①内压产生的负载力矩
调距伺服电机负载惯量是定型调距过程中加速、
在定型过程水平轴向位置，定型内压对左定型鼓
减速所产生的惯量。当负载惯量相对于电机惯量超出
与右定型鼓产生的轴向负载 F a ，可估算经由左、右滚
电机规定的负载惯量比，电机响应特性变差。二段成
珠丝杠折算到电机轴端的负载转矩，由图 2、图 3 可知。
型机定型过程中，要保证定位精度及响应特性，要求
当定型处于超定型位置，此时，内压最大，产生
折算到电机轴端的负载惯量 J z 与电机自身的惯量 J M
的轴向负载最大，为 2F a
比值在 4 倍范围之内。
( π D 2 − d 2 )× 10 − 6
6
①折算到电机轴端的 2 根滚珠丝杠惯量 ： F = t Z × . 0 18× 10 （7）
a
4
年
2020 第 46 卷 ·53·