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标题: 关于电机的讨论 [打印本页]

作者: hl90 时间: 2024-8-10 18:11
标题: 关于电机的讨论
众所周知；

不管是步进电机还是伺服电机，亦或是调速电机，重要的是计算选型他的速度和负载，伺服电机重要精密场合还会算到惯量；

转矩的计算是按电机出来的轴径？

毕竟轴是不一样的粗的，而且轴上面还固定着转子，那计算出来的惯量，是按照电机出力轴的轴径算的，实际转起来，或者停下来，轴带着转子，就比如咱们算惯量，轴的直径是12mm，但是转子比如都已经30mm了，那计算出来的惯量肯定是不一样的；

其实只算负载和速度的选型还好一点，如果算惯量，那岂不是算出来的惯量的错的？

我曹。有点懵逼了；

有哪位大佬给解解惑；

电机轴是不一样粗的，如图是目前拆的步进电机，拆了42和57的步进里面的轴，大的57的轴，小的42的轴；

(, 下载次数: 42)

作者: 学渣渣 时间: 2024-8-10 18:54
拆了步进，这电机就废了哦

作者: 2年机械小白 时间: 2024-8-10 19:24
不懂

作者: 逐梦2020 时间: 2024-8-10 21:21
计算惯量不是算的负载的惯量吗？跟电机轴有什么关系？不是拿负载惯量和电机惯量做对比吗？

作者: m2006410 时间: 2024-8-10 23:40
电机减速器直驱外置刹车轴离合变矩移动物过高重的惯只要别太涉及精密复杂不算

作者: hl90 时间: 2024-8-10 23:57

学渣渣发表于 2024-8-10 18:54
拆了步进，这电机就废了哦

本来是准备买几个没有维修价值的电机拆的；

今天刚好路边有个回收废旧电器的，在哪儿拆解，路边散落了一地的步进电机

我就凑上去拆的；

作者: hl90 时间: 2024-8-10 23:59

逐梦2020 发表于 2024-8-10 21:21
计算惯量不是算的负载的惯量吗？跟电机轴有什么关系？不是拿负载惯量和电机惯量做对比吗？

电机的惯量选型是分段式的

比如丝杆电机；

需要计算轴的惯量，联轴器的惯量，丝杆的惯量

然后把三者加起来

才是所有的惯量，

去比电机相应的惯量，才是惯量比

作者: 逐梦2020 时间: 2024-8-11 01:00

|hl90发表于 08-10 23:59 电机的惯量选型是分段式的 比如丝杆电机； 需要计算轴的惯量，联轴器的惯量，丝杆的惯量 然后把三者加起来 才是所有的惯量， 去比电机相应的惯量，才是惯量比

轴上零件的惯量是需要计算，但是电机轴本身的惯量不是应该已经包含在电机惯量（转子惯量）里面了吗？难道电机的惯量只是指电机轴上的转子惯量吗？

作者: ytzhanggj007 时间: 2024-8-11 06:23
电机的惯量是有说明的，当然这是对有控制要求的电机说的，伺服电机都是有标注惯量的。但是对没有控制要求的电机，比如普通y系列电机，再要求标注惯量就有点过了，标准中都没有要求，自然现实中就没有人去做。就比如印度那摔跤手，因为体重超差100g被取消资格，咱们平时体重超差10kg也没人在意

赛道不同，要求迥异

作者: 学者11 时间: 2024-8-11 08:40
你文中这意思是什么玩意儿？云神雾躁，说了半天没说出什么来呀

作者: wgary 时间: 2024-8-11 08:51
应该跟磁场有关

作者: EnochGo 时间: 2024-8-11 11:03
首先说结论吧，电机手册的惯量跟出力轴尺寸无关。你可以转变下思路，把这几个物理量跟实际运动联系起来，这个是在中学就教到的方法。

线性运动---《力》                   ---【*质量*】【---线速度--- 线加速度---动量】
旋转运动---《扭矩//力矩//转矩》---【*惯量*】【---角速度---角加速度---角动量】

这两组可以说是在概念上高度对照，我用印象中的知识来解释一下：
   对于线性运动，质量是一个关于保持静止/匀速线性运动的特性，力是改变运动状态的条件【大白话：质量越大也就是东西越重，想要让他动起来，或者让他刹住车，需要的力就越大】这个就是我们经常说的惯性，质量可以看作惯性的一个指标；
   对于旋转运动，惯量是一个关于保持静止/匀速圆周转动的特性，而力矩则是改变旋转运动状态的条件【大白话：惯量好比在圆周运动里的质量，想要保持静止或者让他停转，惯量越大，需要的力矩就越大】对照上一节说的物体在线性运动中的惯性问题，在旋转运动中，惯量还有一个名称叫惯性矩；

   再回到如何看待电机的惯量问题。实际上惯量的单位已经排除了尺寸的影响，在不特意说明的情况下，惯量是指物体沿着它自己的质量中心旋转时的一个特性。举个例子：如果两个物体的惯量相同，它的外形不一定一致，可能一个轻一些但尺寸更大，而另一个中一些但尺寸更小。但对于他们而言，想要达到同样的运动状态（假设受力一致），需要的力矩其实都是一样的。
   看到这里是不是感觉有点跟质量联系变弱了，好像更复杂了？实际上这两者还是强相关，区别在于要明白旋转运动相对线性运动多了一个条件，转动中心。我们在处理线性运动的时候，已经把一个立体的受力对象抽象成一个质点，所有的质量都集中在这个点上，这个点在一条线上来回跑动，这个就是线性运动。那么到了旋转运动，我们把原本只在一条线上运动的点，放到一个需要考虑上下左右的平面上，在这个平面上，物体相对于某一个点在做旋转，假设转速是60r/min，如果我保持这个中心不变，把这个物体不断地拉远，那我们需要让他保持同样的转速，是不是需要的力矩就越来越大。
   这里就引申出来我们在机构惯量匹配中的两个问题。
   1、对于电机而言，手册上标出来的惯量就是相对轴心，它本身的结构我们已经不关心了；
   2、对于我们设计的执行端，根据丝杠/带传动等等，质量相对于转动中心的分布是复杂，加上减速比影响，电机转一圈，后面的结构并不是对应一圈。
所以在计算惯量比时，我们多了一步《折算到电机轴》。《折算到电机轴》其实就是根据我们后面设计的结构特征，把原本复杂的运动统一成在电机轴这一个旋转中心的旋转运动。
【大白话：不管多复杂，我先把它当成一边是电机，另一边是折算后的负载，两个在一根轴上连着，电机转一圈，折算后的负载也转一圈】那么在这种情况下，如果电机的惯量太小，那是不是电机刹住了，轴那边的负载还能拉着电机再转一下？这个就又回到我们开头，把惯量跟质量联系到一起，一个小质量的物体跟一个大质量的物体，用一根刚轴连在一起，如果是小马拉大车，那是不是小马停下来的时候，大车往前一顶，能把小马戳死？反而言之，如果是大马拉小车，大马刹住了，小车往前一顶，大马什么感觉都没有，轻轻松松。
   这个折算的具体的公式我就不赘述了。另外再偏题一下，惯量比（负载/电机）为什么一直都是大于1，也就是我们一直用小马拉大车，而且还得算一下小马能多小。为什么不拿大马拉小车呢？这个解释其实大家都能想到的，钱！小马自己也要跑，它跑起来也要看自己的惯量，我们在执行段随便放点小东西，他可能离电机轴稍微远一些，对于电机来说就是很大的惯量了。而这么大一个惯量，我电机本身的惯量还想比你大的话，那我不是得选一个巨无霸电机，相对的功率跟工艺导致造价是好几十倍，这个怎么可以。当然我不排除有大马拉小车的情况，但是好比大伙做工挣口吃的一样，老板肯定想少粮多出力嘛。
分享一下，像我在匹配惯量比的时候，第一步就是先找到a《电机的惯量》，这个就是放在轴左边的【小马】。第二步是分析执行结构的质量分布情况，根据公式计算负载折算到减速机这里的惯量多大，第三步就是检查减速比，计算出来《负载惯量/（减速比的平方）》，这个就是b《折算到电机轴的惯量》，而这个b才是我们说的【大车】。最后一步就是计算惯量比=b/a，检查下到底合不合适。（关于匹配问题，这个可以看必威APP精装版下载上的帖子，讲的特别到位//www.szfco.com/forum.php?mod=viewthread&tid=477980）
再讨论下之前看到的一些问题，减速机的惯量，联轴器的惯量怎么处理？
对于减速机，一般情况下，很多厂商根本不会提供他们产品的惯量，想要计算都无从入手。但是如果有提供，这个惯量应该是相对于输入端而言，也就是要b=《负载惯量/（减速比的平方）》+《减速机惯量》。
对于联轴器，要看情况，如果一个小扭矩的场合，用的一个铝合金联轴器几百克，然后我们联轴器放在哪里？放在减速机后面，也就是如果考虑的话，现在的b=《负载惯量/（减速比的平方）》+《联轴器惯量/（减速比的平方）》，后面这个值只有在联轴器本身很大体积很大质量，它才是一个需要我们注意的值。这个处理方法，其实还是我们常用的，依据精度需求，适当地忽视一些因素影响。
综上，这个是我本人对惯量的一份理解，请各位机友过目斧正。

补充内容 (2024-8-11 13:59):
惯性矩的叫法其实我不太赞同，很容易跟抗弯的I混淆。从个人观点，我们在经典力学里面用的F=ma，m叫做《惯性质量》，而对于旋转运动公式的T=Jα（阿尔法），J叫做《质量转动惯量》是比较好的对比。

补充内容 (2024-8-12 16:24):
@599142655提到的是一个应用问题，也是从能量角度去看待质量m和惯量J。
能量才是运动的核心，相同的运动速度，质量越大动能越大。这个准则是线性+旋转运动都适用。

补充内容 (2024-8-12 16:26):
对比两者的公式组，不难发现旋转运动多了一个尺寸指标，质量是kg，惯量是kg*m^2，这个m^2其实是旋转中心到物体的一个尺寸。
抽象一点，可以说旋转运动是线性运动的升维，从这个方面去理解也更容易看出两者的统一

补充内容 (2024-8-12 17:13):
今天还看到惯量比折算时减速比的影响。
提供一个角度，还是一端电机一端负载的模型。想象下没有减速比，那么电机一圈负载一圈。引入减速比后，电机1圈负载0.2圈，相当于负载的旋转半径变小5倍，旋转更集中了。

作者: EnochGo 时间: 2024-8-11 11:10

EnochGo 发表于 2024-8-11 11:03
首先说结论吧，电机手册的惯量跟出力轴尺寸无关。你可以转变下思路，把这几个物理量跟实际运动联系起来，这 ...

后话，惯量计算方法，惯量单位是kg*mm^2，相同质量的物体，如果我们让他沿着不同的中心转动，这个物体的质量中心到旋转中心的距离，就干系到物体的惯量。楼主被电机出力轴尺寸困扰的一点，就是少了一步共识，手册上的电机惯量，就是认为电机沿轴线旋转这个运动中，电机本身的一个惯量特性。
同样对比线性运动中的质量，为什么质量那么简单，而惯量很容易混淆呢？因为对于线性运动，物体只能有一种运动，无论是往左边跑还是右边跑，我都是在一条线上。而对于旋转运动，我们如果只在一个平面上看，物体可以自己转圈圈，也可以围着a点转，还可以围着b点转，这个旋转中心就干系到惯量的计算。

作者: EnochGo 时间: 2024-8-11 13:02
@逐梦2020
如果是说电机本身运转的加减速特性，确实跟它的惯量有关。
但是我们放在传动设计里面去考虑，其实加减速时间是有一个大概的范围，这个范围我们公司内部一般定在0.3-0.8s之间，这个是电气部门去给定的一个标准。我这边其实偏结构工作，所以没有细究这个数值的测试方法。我在网上看到一些网友分享的也大概在0.1-1s之间，这个主要是两方面，一个是电机加速一般是超额定扭矩工作，过大的加速时间是一个异常的工况。另外一个是受限于电机本身特性，以及控制器的问题，加速时间没办法无限短。
至于你说的加减速时间怎么确认，我们一般都是选0.5，然后根据这个加减速时间+负载行程要求，去初步选型电机选型结构，然后根据运动曲线去核算瞬时功率，如果瞬时功率没有超出我们的标准（小于3倍的额定功率）。那么下一步检查下这个运动曲线下的总耗时，如果耗时太高，那就尝试下探加速时间，改成0.3s看末端执行结构能不能达到设计要求。
当然这部分只是设计计算，后面还要校核强度，这个过程不是一步步来的，满足不了一个指标就回头看哪里可以改，换电机改减速比去匹配惯量，结构尺寸放大来保证强度。
这个设计模式其实是很标准的机械手册设计方法，搞机这一行，很多东西不懂的话，静下心去消化手册里的内容是最好的，当然还要结合实际环境，有条件就是做测试去验证。

作者: hl90 时间: 2024-8-11 13:31
步进电机的零件结构，电机的永磁铁是粘在轴上的，很牢固，我用的80的大锤砸出来的

作者: 走在大路上 时间: 2024-8-11 16:04
要精确，分别算求和

作者: 栖格玛 时间: 2024-8-11 16:30
轴的尺寸会影响惯量，但是电机厂家在设计之初会把转子和轴的惯量考虑进去，在选型的时候按负载惯量匹配即可

作者: 加肥猫devil 时间: 2024-8-12 10:16
步进电机选型手册上就有电机本身的惯量啊，不需要管轴粗多少，这个惯量是包含了转子和轴的吧，供应商是提供的，我们只需要算自己工况的惯量然后去比对就可以了。

作者: 温岭第一机械师 时间: 2024-8-12 11:11
楼上有个大佬学习一下

作者: 599142655 时间: 2024-8-12 14:14
一般只有伺服系统才会考虑惯量。因为伺服系统要控制精度，需要尽快完成运动。加速和减速时间都有要求。普通电机一般定速都是连续运行。只要功率够大就行。不用考虑减速。

作者: 游离缙云 时间: 2024-8-12 14:53
电机惯量有说明书，计算负载就行了

作者: 管理团队 时间: 2024-8-20 14:37
公众号留言选取
(, 下载次数: 30)

作者: wmb123 时间: 2024-8-22 08:53
转子惯量一般都会直接在产品介绍中给出来，不用再单独计算吧

作者: cangzhoumj 时间: 2024-8-22 13:25
说明啥意思

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