粗枝大葉篇
事先申明：我的選型方法屬于簡(jiǎn)單實(shí)用，但不精準(zhǔn)。精準(zhǔn)需要具體問題具體分析，經(jīng)過計(jì)算才能給出結(jié)果。
電機(jī)粗淺地分為兩大類，動(dòng)力電機(jī)和控制電機(jī)。
動(dòng)力電機(jī)，以動(dòng)力轉(zhuǎn)換為目的，例如普通的交流異步電機(jī)，把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，一般采用簡(jiǎn)單的電氣電路就可以控制啟動(dòng)和停止。
控制電機(jī)，除了承擔(dān)能量和動(dòng)力轉(zhuǎn)換外，更重要的是準(zhǔn)確地控制速度和精度，它必須配套使用驅(qū)動(dòng)器或者放大器，通過控制信號(hào)（脈沖、模擬量電壓、總線數(shù)據(jù)）進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，例如步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)?？刂齐姍C(jī)是自動(dòng)化控制的核心元件，尤其伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)是3C行業(yè)廣泛大量使用的產(chǎn)品，如果不聊伺服電機(jī)，同行工程師之間都不好意思打招呼。
控制電機(jī)選型分為三步，功率、速度、精度。
1. 功率/力矩（二者相通）
首先必須保證電機(jī)帶得動(dòng)負(fù)載，如果帶不動(dòng)，一切都為零。電機(jī)功率與電機(jī)的尺寸大小是正比關(guān)系——胖子力大，看日本相撲運(yùn)動(dòng)員即知。大功率電機(jī)必然對(duì)應(yīng)大尺寸和大體積。如果電機(jī)體積小，功率指標(biāo)卻很大，則一定有某些使用方面的限制，例如溫升。
功率必須保證有一定余量，既要滿足勻速運(yùn)行階段也要滿足加減速階段。加減速階段要比勻速階段的力矩大幾倍，以保證提供足夠的力矩產(chǎn)生加速度。勻速運(yùn)行時(shí)，盡管電機(jī)的速度可以很高，但是由于只需要維持勻速運(yùn)動(dòng)，所需力矩往往非常小。
誤區(qū)：認(rèn)為電機(jī)加速和減速所需要的時(shí)間相等。真實(shí)情況是減速耗時(shí)總是比加速耗時(shí)長(zhǎng)，原因很好理解，運(yùn)動(dòng)的能量只能由驅(qū)動(dòng)器完全消耗完，電機(jī)才能徹底停下來。
直線運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合：功率=力×速度（單位：W=N×m/s）
旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合：功率=力矩×轉(zhuǎn)速÷10（單位：W=N.m×rpm）
產(chǎn)品樣機(jī)階段務(wù)必多預(yù)留一些功率的余量。功率小了，設(shè)計(jì)時(shí)電機(jī)安裝尺寸就小，如果需要更換大功率電機(jī)時(shí)，由于安裝空間不夠，導(dǎo)致無法安裝，有時(shí)候機(jī)械的強(qiáng)度也不夠。從成本角度看，選大功率電機(jī)額外增加的成本總是比較小的。
2. 速度
速度分為工藝速度和電機(jī)速度，兩者之間有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，且匹配必須合適。
工藝速度往往是如下表述：每分鐘多少米放料速度；8秒鐘一個(gè)生產(chǎn)周期；1小時(shí)生產(chǎn)36000瓶啤酒等等。
電機(jī)速度分為靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)精度（后續(xù)再詳講）
以點(diǎn)膠機(jī)為例，完成正方形的點(diǎn)膠，它的邊長(zhǎng)100mm，機(jī)械結(jié)構(gòu)X-Y平臺(tái)，電機(jī)+絲桿，絲桿螺距20mm。工藝速度是要求4秒鐘完成點(diǎn)膠。
4段邊長(zhǎng)，每段邊長(zhǎng)之間需要0.1s的暫停時(shí)間，則實(shí)際用于點(diǎn)膠的時(shí)間：4-0.1×4=3.6s；每段邊用于點(diǎn)膠的時(shí)間：3.6÷4=0.9s
點(diǎn)膠平均線速度：0.1÷0.9=0.11m/s
電機(jī)轉(zhuǎn)速：0.11÷0.02=5.5rps=333rpm
關(guān)于速度，由于國(guó)情和客戶的瘋狂追求，肯定要求最快，甚至要求天馬行空的速度。針對(duì)此，一定要先了解行業(yè)已有的速度，以這個(gè)速度為基準(zhǔn)，凡是超出這個(gè)基準(zhǔn)很多的指標(biāo)就不具有可行性，屬于一廂情愿的自以為是。因?yàn)樾袠I(yè)現(xiàn)行速度總是由工藝、材料、整個(gè)設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)共同決定了，強(qiáng)行提高某一個(gè)技術(shù)指標(biāo)，往往其它方面就會(huì)拖后腿。例如速度提高了，整個(gè)設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生巨大的震動(dòng)和噪音，設(shè)備運(yùn)行的壽命也縮短了。
舉例說明行業(yè)已有的速度：印刷速度范圍是60~100m/min，機(jī)床空回速度1m/s，3C行業(yè)加工速度是以秒作為計(jì)時(shí)基準(zhǔn)。
3. 精度
精度分為工藝精度和電機(jī)精度，兩者之間有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，且匹配必須合適。
工藝精度往往是如下表述：切割精度是多少？軌跡精度是多少？同步精度是多少？
電機(jī)精度分為靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)精度（后續(xù)再詳講）。
盲目的追求更高精度是不智的，花錢無數(shù)，收益卻很少，甚至適得其反。有時(shí)候精度似乎提高的不多，實(shí)現(xiàn)起來成本卻很高，有時(shí)候是不可承受的成本，甚至原有整個(gè)方案都需要推倒重來。
以多色印刷為例，套印精度±0.05mm，通過機(jī)械換算，可以算出0.05mm對(duì)應(yīng)的電機(jī)精度——電機(jī)編碼器的精度，即電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈對(duì)應(yīng)編碼器的線數(shù)。
關(guān)于速度和精度，兩者一定是矛盾的，速度快了精度就差，速度慢了精度就高，因此需要兼顧考慮成本/性能（投入/產(chǎn)出），找到兩者的最佳平衡點(diǎn)。解決速度和精度之間的矛盾時(shí)，我們寧可犧牲速度，也要保證精度，速度不夠?qū)е碌纳a(chǎn)效率低下，可以采用多購(gòu)置設(shè)備來解決。
選型除了理論分析和計(jì)算，更為重要的是必須積累大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)，融合貫通永遠(yuǎn)不能離開實(shí)際應(yīng)用?；钌默F(xiàn)場(chǎng)比抽象的數(shù)據(jù)令人印象深刻，一次街頭打架比武館練拳三年更能行走江湖！
發(fā)布日期：2022-05-18 02:46:11
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