Page 111 - 《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

将以上数值代入，得 T ap ≈2.8 N∙m Tˊ ad ≈36.0 N∙m
在胎坯预定型过程中，此时有 5 s 时间停顿过程， Tˊ aKJ =Tˊ ap +Tˊ μ +Tˊ f ≈7.2 N∙m
又开始运行直到定型、超定型位置，电机处于负荷加 Tˊ aGJ =Tˊ ad +T ny ˊ+Tˊ f ≈62.3 N∙m
速状态，此时产生的加速力矩 T ad : Tˊ dx =MAX{ Tˊ aKJ ，Tˊ aGJ }=62.3 N∙m
2 πN (J + J )× 10 − 4 从以上计算数据可以看出 ：
T = M Z (15)
ad
60t a 电机工作转速小于电机额定转速，Nˊ<2 000 r/
N—— 最大定型速度时的电机速度，为电机工作 min ；最大工作转速小于电机最大转速，Nˊ max <3 000
速度，r/min r/min ；电机轴端负载惯量远小于电机惯量，Jˊ z <161

t a =1/kv，k v 为 伺 服 系 统 的 速 度 环 增 益，Hz， 满 kg∙cm ；工作转矩小于电机额定转矩，Tˊ e <33.4
2
足公式 ：位置环增益 (1/s) ≤ 2π× 速度环增益 (Hz)/4， N∙m ；负载最大工作转矩小于电机最大转矩，Tˊ dx <100
取 k v =2k s =20Hz，得 t a =0.05 s
N∙m；通过验证，二段成型主机调距电机重新选型合格。
将以上数值代入，得 T ad ≈14.2 N∙m
2.3 旋转伺服电机选型验证
⑥电机轴上所需的最大转矩 T a ：
（1）相关参数
空载启动加速转矩
查阅相关图纸和资料，如下 ：
T aKJ =T ap +T μ +T f ≈2.1 N∙m （16）
伺服电机型号 ： HG-SR502J5 kW，减速机 VB
定型速度变化加速转矩
-DR-140-005-S2-P1 减速比 i 2 =5 ；伺服同步带
T aGJ =T ad +T ny +T f ≈54.1 N∙m （17）
轮： 32-14M，节径 d 1 =142.6 mm，齿数 z dl1 =32，
最大等效负载转矩
质量 M dl1 =7.7 kg ；主轴同步带轮 ： 80-14M，节径
T dx =MAX{T aKJ ，T aGJ }=54.1 N∙m （18）
d 2 =356.5 mm 齿数 z dl2 =80，质量 M dl2 =24.3 kg ；胎 坯
⑦成型机定型过程中，伺服电机处于间歇性工作
组合滚压时辊压轮与胶部件摩擦系数 ： μ x 取 0.20 ；
状态，无需频繁启动、制动，可暂不考虑伺服电机一
胎坯组合滚压工作转速 ： N x =45 r/min，最大转速
个周期内的转矩均方根值。
N xmax =65 r/min ；胎坯组合滚压过程中，后压气缸压力
三菱 HG-SR352BJ 伺服额定转矩 16.7 N∙m，最
变化过程为 ： 0.25 MPa→0.3 MPa→0.35 MPa→0.25
大转矩 50.1 N∙m，显然，都不能满足（13）、（18）式
MPa，胎肩压辊压力 ： 0.4 MPa，胎面压辊压力 ： 0.4
要求，需要对伺服电机、减速机重新选型。
MPa ； VB140 减速机传动效率取 η x1 =95% ；同步带传
根 据以 上 相 关参 数， 选择 三 菱 伺服 电 机 减速 机
动效率 η x2 =98%。
HG-SR702BG1 型，7.0 kW，额定转速 N e 为 2 000
（2）旋转伺服电机转速
r/min 最大转速 3 000 r/min，额定转矩 33.4 N∙m，最
二段成型机主机旋转伺服电机旋转速度由胎坯滚
2
大转矩 100 N∙m，电机惯量 161 kg∙cm ，选择三菱减
压旋转速度、传动系统减速比确定，由公式 ：
速机速比 1:29，iˊ 1 =29，减速机型号 ： KB-180-29-

2
S2-P2 Jˊ J1 =15.2 kg∙cm ，减速机传动效率 ： ηˊ 1 =94% N = N × z dl2 i × 2 （19）
M
x
按照以上公式，可以得到 ： z dl1
将已知数代入，得 N M =562.5 r/min，最大速度
iˊ Z =Z 1 /Z 2 ×iˊ 1 ≈19
N Mmax =812.5 r/min。
Nˊ=926.3 r/min
（3）负载惯量
Nˊ max =1 140 r/min
成型机旋转伺服电机负载惯量是胎坯滚压过程加
Jˊ z ≈24.5 kg∙cm 2
速、减速过程中产生的惯量。二段成型机组合滚压旋
Tˊ ny ≈26.3 N∙m
转过程中，要求折算到电机轴端的负载惯量 J xz 与电机
Tˊ μ ≈0.17 N∙m
自身的惯量 J Mx 比值在 4 倍范围之内。
Tˊ f ≈0.011 N∙m
Tˊ KJ =Tˊ μ +Tˊ f ≈0.18 N∙m ①折算到电机轴端的伺服电机同步带轮惯量 ：
Tˊ GJ =Tˊ ny +Tˊ f ≈26.3 N∙m J d 11 = M dl1 2 d 1 2 （20）
Tˊ e ≥ MAX{Tˊ KJ ，Tˊ GJ }=26.3 N∙m 得 J dl1 ≈7.8 kg∙cm 2 8i 2
Tˊ ap ≈7.0 N∙m

2020 第 46 卷 ·55·
年