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标题: 伺服电机实际应用转速200rpm，不使用减速器，也要按负载转动惯量小于等于3倍转子惯量吗 [打印本页]

作者: 非标设计zf 时间: 2020-3-29 07:30
标题: 伺服电机实际应用转速200rpm，不使用减速器，也要按负载转动惯量小于等于3倍转子惯量吗
一个750w伺服电机直接驱动同步轮，同步带上输送10kg的物体，速度1m/s，加减速时间都为0.5s，驱动同步轮s5m直径68mm，电机实际运行转速200rpm。计算出负载转动惯量是转子惯量的100倍，但是计算出的启动转矩只有1点几nm，小于电机额定转矩2.39，最大转矩8nm。电机厂家说我们的转动惯量太大了，伺服响应性不好。但是我认为转速低，不能按转动惯量计算

作者: 冷月梧桐 时间: 2020-3-29 08:48
S5M直径68mm，打回去重算

作者: 非标设计zf 时间: 2020-3-29 09:46

|冷月梧桐发表于 03-29 08:48S5M直径68mm，打回去重算

这不是重点，40齿节径63.66不影响计算结果

作者: 山下敬吾 时间: 2020-3-29 09:55
你认为响应时间没问题，那就没问题。
厂家就提醒你一下，出问题别找它而已。
就这样。

作者: 非标设计zf 时间: 2020-3-29 11:18

|山下敬吾发表于 03-29 09:55你认为响应时间没问题，那就没问题。 
厂家就提醒你一下，出问题别找它而已。 
就这样。

整线的输送电控调试不出来，电控和厂家都说负载转动惯量太大了，不稳定。我是帮同事计算的，我想确认我的算法

作者: 机械——菜鸟 时间: 2020-3-29 11:18
你的出发点是不是为了省减速器的钱？那用闭环步进电机它不香吗？

作者: 非标设计zf 时间: 2020-3-29 12:12

|机械——菜鸟发表于 03-29 11:18你的出发点是不是为了省减速器的钱？那用闭环步进电机它不香吗？

已经决定用86的闭环步进。关键是我这样计算是否合理，步进转动惯量是伺服的5倍，负载惯量是步进的20倍

作者: 山下敬吾 时间: 2020-3-29 13:10
我有点理解楼主的意思了。
你的计算方法应该是：线性加速，根据负载转动惯量和加速时间，计算出所需扭矩，然后比较电机的输出扭矩，如果小于输出，就认为电机选型没有问题。
我简单计算了一下.
1.直径68mm带轮，电机转速200rpm，
那么皮带速度应该是0.068*3.14*200/60=0.71m/s
似乎有点问题，要1m/s应该要60齿95.49那个？
2.皮带和皮带轮的惯性懒得查了，我也不知道中心距多少。
仅考虑工件的质量。
转动惯量：10*0.034^2=0.012kg*m
角速度：200*3.14*2/60=20.9rad/s
加速时间：t=0.5s
角加速度：α=41.8rad/s^2
所需转矩：41.8*0.012=0.5N*m
也就是说让10kg工件在0.5s内到达1m/s速度所需的转矩是0.5N*m，
摩擦力算0.2，加上带轮和皮带，倒也差不多。

这样的计算方法没有问题，但是有一定的局限性。楼主提到了负载惯量和转子惯量的比值问题，应该是了解这个选型限制的：负载惯量与电机转子惯量之比最佳值为为一，最大不可超过五倍。
认为自己的计算和这条原则发生了冲突，事实证明仅仅依照转矩计算是不行的，那问题出在哪儿呢？
这里涉及到伺服电机的工作原理，我尝试解释一下，并附上参考文献，想深入了解的话可以去读一读。

[1]黄捷建,张静,李浩,陈顺利.伺服电机负载惯量比的合理取值[J].微电机,2017,50(11):72-75.
[2]肖潇,杨金堂,全芳成,李京,田晓波,汪谱发.伺服电机的选型原则与计算[J].机床与液压,2014,42(22):44-46+49.

作者: 非标设计zf 时间: 2020-3-29 13:21

|山下敬吾发表于 03-29 13:10我有点理解楼主的意思了。 
你的计算方法应该是：线性加速，根据负载转动惯量和加速时间，计算出所需扭矩，然后比较电机的输出扭矩，如果小于输出，就认为电机选型没有问题。 
我简单计算了一下. 
1.直径68mm带轮，电机转速200rpm， 
那么皮带速度应该是0.068*3.14*200/60=0.71m/s 
似乎有点问题，要1m/s应该要60齿95.49那个？ 
2.皮带和皮带轮的惯性懒得查了，我也不知道中心距多少。 
仅考虑工件的质量。 
转动惯量：10*0.034^2=0.012kg*m 
角速度：200*3.14*2/60=20.9rad/s 
加速时间：t=0.5s 
角加速度：α=41.8rad/s^2 
所需转矩：41.8*0.012=0.5N*m 
也就是说让10kg工件在0.5s内到达1m/s速度所需的转矩是0.5N*m， 
摩擦力算0.2，加上带轮和皮带，倒也差不多。 
 
这样的计算方法没有问题，但是有一定的局限性。楼主提到了负载惯量和转子惯量的比值问题，应该是了解这个选型限制的：负载惯量与电机转子惯量之比最佳值为为一，最大不可超过五倍。 
认为自己的计算和这条原则发生了冲突，事实证明仅仅依照转矩计算是不行的，那问题出在哪儿呢？ 
这里涉及到伺服电机的工作原理，我尝试解释一下，并附上参考文献，想深入了解的话可以去读一读。 
 
[1]黄捷建,张静,李浩,陈顺利.伺服电机负载惯量比的合理取值[J].微电机,2017,50(11):72-75. 
[2]肖潇,杨金堂,全芳成,李京,田晓波,汪谱发.伺服电机的选型原则与计算[J].机床与液压,2014,42(22):44-46+49.

非常感谢您的回答，一语点中问题的核心。伺服转速300rpm也要按照3-5倍电机转轴惯量算吗。满速3000rpm运行时我可以理解3-5倍的惯量比。还有之前计算是按照300rpm计算的，现在表述的200rpm是我早上回忆错了。

作者: 山下敬吾 时间: 2020-3-29 13:43
电机内部转子的运动传递到外部类似于小球碰撞的情景，A球质量越小，将自己的速度传递给B球就越困难，当这个传递超过伺服系统的允许使用工况时，就会导致抖动或者相应时间变长。
如何解决负载不匹配带来的问题也是伺服研究的一个重要方向，相关的论文颇为丰富。
另外，刚刚提到的五倍以内只是约数，具体的推荐使用负载需要查询样本或者咨询厂家。
关于不同转速适用的负载比例是否相同，在额定转速以下，扭矩是一样的，超出额定转速，扭矩变小，所以...这里我认为伺服系统的负载比例是不变的。
另外，其实电机选型，我用过的日精，东方马达，三菱等厂家都有提供选型软件，懒得学习软件的话也可以委托代理商帮忙计算。所以很久没有动手算过了，今天又复习了一下，哈哈。
以上。

作者: 非标设计zf 时间: 2020-3-29 13:59

|山下敬吾发表于 03-29 13:43电机内部转子的运动传递到外部类似于小球碰撞的情景，A球质量越小，将自己的速度传递给B球就越困难，当这个传递超过伺服系统的允许使用工况时，就会导致抖动或者相应时间变长。 
如何解决负载不匹配带来的问题也是伺服研究的一个重要方向，相关的论文颇为丰富。 
另外，刚刚提到的五倍以内只是约数，具体的推荐使用负载需要查询样本或者咨询厂家。 
关于不同转速适用的负载比例是否相同，在额定转速以下，扭矩是一样的，超出额定转速，扭矩变小，所以...这里我认为伺服系统的负载比例是不变的。 
另外，其实电机选型，我用过的日精，东方马达，三菱等厂家都有提供选型软件，懒得学习软件的话也可以委托代理商帮忙计算。所以很久没有动手算过了，今天又复习了一下，哈哈。 
以上。

3000rpm和300rpm的惯量比应该不一样吧，比如汽车120km/h和12km/h的刹停时间相差很大

作者: 叶子的悲哀你不懂 时间: 2020-3-30 11:10
惯量配比主要是电机控制方面的问题，比例越大越不好控制，可以理解为速度无法迅速精确控制，个人理解啊

作者: paulsimon123 时间: 2020-3-30 16:50
我碰到同样的问题，惯量比3000，客户意思是运动速度很慢，不需要加减速机，我现在也没搞懂速度低到一定程度的时候，惯量比是不是可以不考虑

负载按照26Kg计算，回转半径220mm

电机额定转速V额：3000rpm J电= 0.26 kg.cm2 T电=1.27 Nm

惯量J=mr2/2=26*22*22/2=6292Kgcm2
角度按照每秒转30°，角加速度=Π/6/0.5=1.04rad/s2
扭矩=1.04*0.6292=0.65Nm
齿轮速比34/12=2.8
T负=0.65/2.8=0.23Nm＜ T电
J负=6292/2.82=802Kgcm2＞10* J电

So，电机惯量不够

需要增加减速比20的减速机

作者: taozi110x 时间: 2020-3-30 17:19
实际多少转速都要考虑惯量匹配问题呢，电机扭矩大于实际需要扭矩只能说明，电机能带动转，但是转动惯量就反映到多长时间会转到需要的转速，有加速时间要求的话就得考虑惯量匹配的问题

作者: 远祥 时间: 2020-3-30 20:58
通过大惯量电机来代替减速机，这样的干法不适合长期使用吧？！

作者: paulsimon123 时间: 2020-3-31 08:33

taozi110x 发表于 2020-3-30 17:19
实际多少转速都要考虑惯量匹配问题呢，电机扭矩大于实际需要扭矩只能说明，电机能带动转，但是转动惯量就反 ...

那没有加速时间要求的话，还要不要考虑惯量匹配呢？

作者: taozi110x 时间: 2020-3-31 08:58

paulsimon123 发表于 2020-3-31 08:33
那没有加速时间要求的话，还要不要考虑惯量匹配呢？

扭矩达到，没有加速时间要求，惯量比越大，启动起来越慢

作者: 非标设计zf 时间: 2020-3-31 09:21
名称                数值单位
物体重量M                            10                   KG
行走距离S                            1.3             M
加减速时间t1                   0.5                   S
速度V                            1            M/S
加速距离S1                   0.25                   M
减速距离S1                   0.25                  M
行走时间T                         1.8                S
加速度a                            2                M/S^2
F=M*a                         20                N
主动轮半径r                      0.032       M
T1=F*r                         0.64 N*M
J1=M*R^2                   0.01024          KG*M^2
转速B=（V/2πr）*60          298.4155183 转/分
角加速度α=B/60/t1          9.947183943 转/S^2
同步轮的转动惯量J          0.000512          KG*M^2
主动轮部件的转矩T2=J*α 0.005092958 N*M

电机的启动转矩T=(T1+T2)*2 1.290185916 N*M (2倍系数)
750w电机额定2.4NM，最大8.4NM,转子惯量1.07KG*CM^2
转矩肯定够，负载惯量一定要小于等于8倍转子惯量吗

作者: syonggang 时间: 2020-3-31 10:19
减速器

作者: 掌心DJ 时间: 2020-3-31 10:47
不会算....................

作者: 非标设计zf 时间: 2020-3-31 17:47
伺服电机目前已测试可行，惯量比还是要看实际运行速度和加减速时间的。减速器是有成本的，使用减速机还是要根据实际情况，使用大功率电机代替减速机还是不推荐的，不过750w和200w之间能省一个减速器还是推荐750w，或者闭环步进

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