選用電機時慣量轉(zhuǎn)矩的計算

1、選用電機時慣量轉(zhuǎn)矩的計算機械設(shè)計過程中，在選購電機時擔(dān)心扭力不夠，往往選擇較大規(guī) 格的馬達，這不但會增加機器制造成本，而且使之體積增大，結(jié)構(gòu)布 局不夠緊湊。本文以機床為例，簡要闡明如何選擇最佳規(guī)格電機的方 法，以控制制造成本。1. 原則上應(yīng)該根據(jù)負(fù)載條件來選擇伺服電機在電機軸上所有的負(fù)載有兩種，即阻尼轉(zhuǎn)矩和慣量負(fù)載。這兩種 負(fù)載都要正確地計算，其值應(yīng)滿足下列條件：1）當(dāng)機床作空載運行時，在整個速度范圍內(nèi)，加在伺服電機軸 上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)在電機連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)，即應(yīng)在轉(zhuǎn)矩速度特性曲 線的連續(xù)工作區(qū)。2）最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩，加載周期以及過載時間都在提供的特性曲線 的準(zhǔn)許范圍以內(nèi)。3）電機在加速/減速過程

2、中的轉(zhuǎn)矩應(yīng)在加、減速區(qū)（或間斷工作 區(qū)）之內(nèi)。4）對要求頻繁起，制動以及周期性變化的負(fù)載，必須檢查它的 在一個周期中的轉(zhuǎn)矩均方根值，并應(yīng)小于電機的連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩。5）加在電機軸上的負(fù)載慣量大小對電機的靈敏度和整個伺服系 統(tǒng)的精度將產(chǎn)生影響。通常，當(dāng)負(fù)載小于電機轉(zhuǎn)子慣量時，上述影響 不大。但當(dāng)負(fù)載慣量達到甚至超過轉(zhuǎn)子慣量的5倍時，會使靈敏度和 響應(yīng)時間受到很大的影響。甚至?xí)顾欧糯笃鞑荒茉谡Ｕ{(diào)節(jié)范圍 內(nèi)工作。所以對這類慣量應(yīng)避免使用。推薦對伺服電機慣量Jm和負(fù)載慣量J L之間的關(guān)系如下:JL5xJm2. 負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算方法加到伺服電機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算公式，因 機械而異。但不論何

3、種機械，都應(yīng)計算出折算到電機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩, 折換原則是靜態(tài)時功率守恒原則。通常對于旋轉(zhuǎn)運動，折算到伺服電機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩可由下列公 式計算：TL= TL(h*j)通常對于直線運動，折算到伺服電機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩可由下列公 式計算：TL= 9.55*F*v/(h*n)式中：TL轉(zhuǎn)動時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩(N.m)；TL-轉(zhuǎn)動時，折算到電機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩(N.m)；j 一傳動機構(gòu)的速比；h 一機械運動的傳遞效率；F直線移動時的負(fù)載力；V-直線運動的速度；n電動機軸的轉(zhuǎn)速。計算轉(zhuǎn)矩時下列幾點應(yīng)特別注意：a）由于鑲條產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩必須充分地考慮。通常，僅僅從滑 塊的重量和摩擦系數(shù)來計算的轉(zhuǎn)矩很小的。請?zhí)貏e注意由

4、于鑲條加緊 以及滑塊表而的精度誤差所產(chǎn)生的力矩。b）由于軸承，螺母的預(yù)加載，以及絲杠的預(yù)緊力滾珠接觸面的 摩擦等所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩均不能忽略。尤其是小型輕重量的設(shè)備。這樣的 轉(zhuǎn)矩回應(yīng)影響整個轉(zhuǎn)矩。所以要特別注意。c）切削力的反作用力會使工作臺的摩擦增加，以此承受切削反 作用力的點與承受驅(qū)動力的點通常是分離的。在承受大的切削反作用 力的瞬間，滑塊表面的負(fù)載也增加。當(dāng)計算切削期間的轉(zhuǎn)矩時，由于 這一載荷而引起的摩擦轉(zhuǎn)矩的增加應(yīng)給子考慮。d）摩擦轉(zhuǎn)矩受進給速率的影響很大，必須研究測量因速度工作 臺支撐物（滑塊，滾珠，壓力），滑塊表面材料及潤滑條件的改變而引 起的摩擦的變化。己得出正確的數(shù)值。e）通常，即使

5、在同一臺的機械上，隨調(diào)整條件，周圍溫度，或 潤滑條件等因素而變化。當(dāng)計算負(fù)載轉(zhuǎn)矩時，請盡量借助測量同種機 械上而積累的參數(shù)，來得到正確的數(shù)據(jù)。3. 負(fù)載慣量的計算由電機驅(qū)動的所有運動部件，無論旋轉(zhuǎn)運動的部件，還是直線運 動的部件，都成為電機的負(fù)載慣量。電機軸上的負(fù)載總慣量可以通過 計算各個被驅(qū)動的部件的慣量，并按一定的規(guī)律將其相加得到。1）圓柱體慣量 如滾珠絲杠，齒輪等圍繞其中心軸旋轉(zhuǎn)時的 慣量可按下而公算式計：J=（np/32）*D4*L （kg.cm2）式中：P材料的密度(kg/cm3)D圓柱體的直經(jīng)(cm)L圓柱體的長度(cm)2) 軸向移動物體的慣量工件，工作臺等軸向移動物體的慣量，

6、可由下而公式得出:J=W*(L/2n)2 (kg cm2)式中：W直線移動物體的重量(kg)L-電機每轉(zhuǎn)在直線方向移動的距離(cm)3) 圓柱體圍繞中心運動時的慣量：屬于這種情況的例子:如大直經(jīng)的齒輪，為了減少慣量，往往在圓盤上挖出分布均勻的孔這 時的慣量可以這樣計算： J=Jo+W*R2 (kg.cm2)式中：Jo 為圓柱體圍繞其中心線旋轉(zhuǎn)時的慣l：(kg.cm2)W圓柱體的重量(kg)R旋轉(zhuǎn)半徑(cm),及圓柱軸線到旋轉(zhuǎn)中線的距離4) 相對電機軸機械變速的負(fù)載慣量J。折算到電機軸上的計 算方法如下：J=Jo/j2式中：j一減速器的速比負(fù)載慣量與電機的響應(yīng)和快速移動ACC/DEC時間息息相關(guān)。帶 大慣量負(fù)載時，當(dāng)速度指令變化時，電機需較長的時間才能到達這一 速度，當(dāng)二軸同步插補進行圓弧高速切削時大慣量的負(fù)載產(chǎn)生的誤差