一、“慣量匹配”如何確定?
傳(chuan) 動慣量對伺服係統的精度,穩定性,動態響應都有影響。 慣量大,係統的機械常數大,響應慢,會(hui) 使係統的固有頻率下降,容易產(chan) 生諧振,因而限製了伺服帶寬,影響了伺服精度和響應速度,慣量的適當增大隻有在改善低速爬行時有利,因此,機械設計時在不影響係統剛度的條件下,應盡量減小慣量。 衡量機械係統的動態特性時,慣量越小,係統的動態特性反應越好;慣量越大,馬達的負載也就越大,越難控製,但機械係統的慣量需和馬達慣量相匹配才行。
不同的機構,對慣量匹配原則有不同的選擇,且有不同的作用表現。不同的機構動作及加工質量要求對JL與(yu) JM大小關(guan) 係有不同的要求,但大多要求JL與(yu) JM的比值小於(yu) 十以內(nei) 。一句話,慣性匹配的確定需要根據機械的工藝特點及加工質量要求來確定。對於(yu) 基礎金屬切削機床,對於(yu) 伺服電機來說,一般負載慣量建議應小於(yu) 電機慣量的5倍。
慣量匹配對於(yu) 電機選型很重要的,同樣功率的電機,有些品牌有分輕慣量,中慣量,或大慣量。其實負載慣量更好還是用公式計算出來。常見的形體(ti) 慣量計算公式在以前學的書(shu) 裏都有現成的(可以去查機械設計手冊(ce) )。我們(men) 曾經做過一試驗,在一伺服電機的軸伸,加一大的慣量盤準備用來做測試,結果是:伺服電機低速時停不住,搖頭擺尾,不停地振蕩怎麽(me) 也停不下來。後來改為(wei) :在兩(liang) 個(ge) 伺服電機的軸伸對接加裝聯軸器,對其中一個(ge) 伺服電機通電,作為(wei) 動力即主動,另一個(ge) 伺服電機作為(wei) 從(cong) 動,即做為(wei) 一個(ge) 小負載。原來那個(ge) 搖頭擺尾的伺服電機,啟動、運動、停止,運轉一切正常!
二、慣量的理論計算的功式?
慣量計算都有公式,至於(yu) 多重負載,比如齒輪又帶齒輪,或渦輪蝸杆傳(chuan) 動,隻要分別算出各轉動件慣量然後相加即是係統慣量,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(ge) 值,電機選型肯定是不那麽(me) 合理的,或者肯定會(hui) 有問題的,這是選伺服的更重要的幾個(ge) 參數之一。至於(yu) 電機慣量,電機樣本手冊(ce) 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(wei) 理論設計中的計算的參考。畢竟在設計階段,很多類似摩擦係數之類的參數隻能根據經驗來猜,不可能準確。理論設計中的計算的公式:(僅(jin) 供參考)通常將轉動慣量J用飛輪矩GD2來表示,它們(men) 之間的關(guan) 係為(wei)
J=mp^2= GD^2/4g
式中 m與(yu) G-轉動部分的質量(kg)與(yu) 重量(N);D-慣性半徑與(yu) 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(yu) 實際總會(hui) 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(men) 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(ce) 的。
三、關(guan) 於(yu) 摩擦係數?
關(guan) 於(yu) 摩擦係數,一般電機選擇隻是考慮一個(ge) 係數加到計算過程中,在電機調整時通常都不會(hui) 考慮。不過,如果這個(ge) 因素很大,或者講,足以影響電機調整,有些日係通用伺服,據稱有一個(ge) 參數是用來專(zhuan) 門測試的,至於(yu) 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(wei) 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(ti) 工況考慮不周。
當然,黏性阻尼和摩擦係數不是同一個(ge) 問題。 摩擦係數是不變值,這點可以通過電機功率給予補償(chang) ,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(ge) 更好是在機械狀態上解決(jue) ,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(guan) ,這些在選型時是必須考慮的。而且跟摩擦係數也是息息相關(guan) 的,正是因為(wei) 加工水平不夠才造成的摩擦係數不定,不同點相差較大,甚至技術工人裝配水平的差異也會(hui) 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(hui) 有保險係數,當然歸根結底還是電機功率的問題。
四、慣量的理論計算後,微調修正的簡單化
實際情況是,某品牌的產(chan) 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(chan) 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。
五、伺服電機選型
在選擇好機械傳(chuan) 動方案以後,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.馬達更大轉速>係統所需之更高移動轉速。
2.馬達的轉子慣量與(yu) 負載慣量相匹配。
3.連續負載工作扭力≤馬達額定扭力
4.馬達更大輸出扭力>係統所需更大扭力(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