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伺服電機慣量關鍵知識與應用指南

時間:2024-02-26 14:28:53來源:工業運動控制技術

導語:?慣量計算都有公式,至于多重負載,比如齒輪又帶齒輪,或渦輪蝸桿傳動,只要分別算出各轉動件慣量然后相加即是系統慣量,電機選型時建議根椐不同的電機進行選配。

一、慣量的理論計算的功式? 

慣量計算都有公式,至于多重負載,比如齒輪又帶齒輪,或渦輪蝸桿傳動,只要分別算出各轉動件慣量然后相加即是系統慣量,電機選型時建議根椐不同的電機進行選配。負載的轉動慣量肯定是要設計時通過計算算出來拉,如果沒有這個值,電機選型肯定是不那么合理的,或者肯定會有問題的,這是選伺服的最重要的幾個參數之一。至于電機慣量,電機樣本手冊上都有標注。當然,對某些伺服,可以通過調整伺服的過程測出負載的慣量,作為理論設計中的計算的參考。畢竟在設計階段,很多類似摩擦系數之類的參數只能根據經驗來猜,不可能準確。理論設計中的計算的公式:(僅供參考)通常將轉動慣量J用飛輪矩GD2來表示,它們之間的關系為

J=mp^2= GD^2/4g

式中

m與G-轉動部分的質量(kg)與重量(N);

D-慣性半徑與直徑(m);

g=9.81m/s2-重力加速度飛輪慣量=速度變化率*飛輪距/375。

當然,理論與實際總會有偏差的,有些地區(如在歐洲),一般是采用中間值通過實際測試得到。這樣,相對我們的經驗公式要準確一些。不過,在目前還是需要計算的,也有固定公式可以去查機械設計手冊的。

二、關于摩擦系數? 

關于摩擦系數,一般電機選擇只是考慮一個系數加到計算過程中,在電機調整時通常都不會考慮。不過,如果這個因素很大,或者講,足以影響電機調整,有些日系通用伺服,據稱有一個參數是用來專門測試的,至于是否好用,本人沒有用過,估計應該是好用的。有網友發貼說,曾有人發生過這樣的情況:設計時照搬國外的機器,機械部分號稱一樣,電機功率放大了50%選型,可是電機轉不動。因為樣機的機械加工、裝配的精度太差,負載慣量是差不多,可摩擦阻力相差太多了,對具體工況考慮不周。

當然,黏性阻尼和摩擦系數不是同一個問題。摩擦系數是不變值,這點可以通過電機功率給予補償,但黏性阻尼是變值,通過增大電機功率當然可以緩解,但其實是不合理的。況且沒有設計依據,這個最好是在機械狀態上解決,沒有好的機械狀態,伺服調整完全是一句空話。還有,黏性阻尼跟機械結構設計、加工、裝配等相關,這些在選型時是必須考慮的。而且跟摩擦系數也是息息相關的,正是因為加工水平不夠才造成的摩擦系數不定,不同點相差較大,甚至技術工人裝配水平的差異也會導致很大的差異,這些在電機選型時必須要考慮的。這樣,才會有保險系數,當然歸根結底還是電機功率的問題。

三、慣量的理論計算后,微調修正的簡單化

可能有些朋友覺的:太復雜了!實際情況是,某品牌的產品各種各樣的參數已經確定,在滿足功率,轉矩,轉速的條件下,產品型號已經確定,如果慣量仍然不能滿足,能否將功率提高一檔來滿足慣量的要求?答案是:功率提高可以帶動加速度提高的話,應是可以的。

四、伺服電機選型

在選擇好機械傳動方案以后,就必須對伺服電機的型號和大小進行選擇和確認。

1、選型條件:一般情況下,選擇伺服電機需滿足下列情況: 

(1)馬達最大轉速>系統所需之最高移動轉速。 

(2)馬達的轉子慣量與負載慣量相匹配。

(3)連續負載工作扭力≤馬達額定扭力。

(4)馬達最大輸出扭力>系統所需最大扭力(加速時扭力)。

2、選型計算:

(1)慣量匹配計算(JL/JM)。

(2)回轉速度計算(負載端轉速,馬達端轉速)。

(3)負載扭矩計算(連續負載工作扭矩,加速時扭矩。

五、伺服電機低慣量與高慣量的區別

轉動慣量=轉動半徑*質量

低慣量就是電機做的比較扁長,主軸慣量小,當電機做頻率高的反復運動時,慣量小,發熱就小。所以低慣量的電機適合高頻率的往復運動使用。但是一般力矩相對要小些。高慣量的伺服電機就比較粗大,力矩大,適合大力矩的但不很快往復運動的場合。因為高速運動到停止,驅動器要產生很大的反向驅動電壓來停止這個大慣量,發熱就很大了。

慣量就是剛體繞軸轉動的慣性的度量,轉動慣量是表征剛體轉動慣性大小的物理量。它與剛體的質量、質量相對于轉軸的分布有關。(剛體是指理想狀態下的不會有任何變化的物體),選擇的時候遇到電機慣量,也是伺服電機的一項重要指標。它指的是伺服電機轉子本身的慣量,對于電機的加減速來說相當重要。如果不能很好的匹配慣量,電機的動作會很不平穩。

一般來說,小慣量的電機制動性能好,啟動,加速停止的反應很快,高速往復性好,適合于一些輕負載,高速定位的場合,如一些直線高速定位機構。中、大慣量的電機適用大負載、平穩要求比較高的場合,如一些圓周運動機構和一些機床行業。如果負載比較大或是加速特性比較大,而選擇了小慣量的電機,可能對電機軸損傷太大,選擇應該根據負載的大小,加速度的大小,等等因素來選擇,一般的選型手冊上有相關的能量計算公式。

伺服電機驅動器對伺服電機的響應控制,最佳值為負載慣量與電機轉子慣量之比為一,最大不可超過五倍。通過機械傳動裝置的設計,可以使負載慣量與電機轉子慣量之比接近一或較小。當負載慣量確實很大,機械設計不可能使負載慣量與電機轉子慣量之比小于五倍時,則可使用電機轉子慣量較大的電機,即所謂的大慣量電機。使用大慣量的電機,要達到一定的響應,驅動器的容量應要大一些。


標簽: 伺服電機

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