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FAQ:如何计算伺服驱动系统的惯性?

通过丹尼尔•柯林斯|2016年9月29日,

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惯性,或者更具体地说,惯性比,是决定伺服系统大小的最重要因素之一。惯性是物体对速度变化的阻力,在伺服驱动系统中,它可以用来衡量电机控制负载加速和减速的能力。判断这一点的尺度是惯性比,它被定义为驱动部件的惯性除以电机的惯性。

电机惯量比

Jl=负载反射到电机的惯性

J米电动机惯性

惯性比过低意味着电机可能过大,导致高于必要的成本和能源使用。惯性比过高意味着电机将难以控制负载,这将导致共振,并导致系统超调其目标参数(位置、速度或扭矩)。

虽然1:1的惯性比率似乎是合理的目标,但这并不总是可以实现或划算的。大多数伺服电机制造商建议将惯性比保持在10:1或更少,尽管有许多应用程序在更高的比率下成功运行。应用程序的最佳惯性比归结为移动的动态和所需的精度。

如何计算驱动系统的惯性

负载惯性包括所有旋转部件的惯性,包括驱动(如皮带和皮带轮系统、螺钉或齿条和小齿轮)、被移动的负载以及负载和电机之间的耦合。

电机惯性负载计算

Jl=负载反射到电机的惯性

JD=传动惯性(滚珠丝杠、皮带、齿轮齿条)

JE外部(移动)负载的惯性

JC联轴器惯性

制造商通常提供驱动系统(如滚珠丝杠)的惯性值(或计算惯性值的简单方程)。但如果没有提供惯量值,则必须手动计算。最常见的一种方法是将驱动系统建模为惯性方程易于定义的形状。一些常见的例子是实心圆柱体和空心圆柱体。

实心圆柱(螺旋或小齿轮)惯性

惯性

空心圆柱(滑轮)惯量

惯性

M =圆柱的质量

R =实心圆柱的半径

ro=空心圆柱的外半径

r我=空心圆柱的内半径

如何计算负载的惯性

为了确定一个螺杆驱动负载的惯量,必须考虑螺杆的引线的影响。

由螺杆驱动负载的惯量

惯性

M =负载质量

l年代螺杆导程


注意,这个等式是基于螺丝的引线(表示为英寸或毫米每转),而不是螺距(表示为每英寸或毫米的转数)。


当负载由皮带和皮带轮系统驱动时,必须考虑负载和皮带的质量,因为这两个部件都是由电机驱动的。齿条和小齿轮系统的处理是相似的,小齿轮的质量被加到负载的质量上。

皮带(或齿轮齿条)驱动负载惯性

惯性

M =负载质量+带(或小齿轮)质量

同样,在这种情况下,半径是滑轮的外半径,因为这是绕着皮带和负载旋转的轴。


如何降低惯性比

如果惯性比过高,一种降低它的方法是在系统中增加一个变速箱。在这种情况下,负载的惯量除以齿轮传动比的平方。

齿轮减速负载惯量

齿轮箱电机惯性

JG齿轮箱惯性

传动比

请注意,齿轮箱的惯性被添加到系统中,但它的增加与齿轮传动比提供的减少相比是很小的,齿轮传动比对负载惯性有平方反比效应。

运动控制技巧


了下:运动控制技巧,滚珠螺钉•丝杠螺钉,运动控制•电机控制


关于作者

丹尼尔•柯林斯

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