伺服电机做负载
伺服电机做负载
测功机主要分为机柜和台架两部分，而台架主要有被测电机，扭矩转速传感器，机械负载。当前多选用伺服电机作为负载。伺服电机将电信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性。
伺服电机可以进行电机对拖，公共直流母线采用单独的整流/回馈装置,为系统提供电能，调速用逆变器直接挂接在直流母线上，当系统工作在电动状态时,逆变器从母线上获取电能；当负载被被测电机反向拖动的时候，伺服电机将会变成发电机，能量通过母线及回馈装置直接回馈给电网,以达到节能、提高设备运行可靠性等目的。
那么问题来了，抛开伺服电机变频电机也可以达到这电能回馈的效果啊。其实是这样的，对于变频电机更加注重的是对于频率的控制，变频电机是可以根据工作需要，通过改变电机的的频率来达到所要的转速要求，但是这种变频电机不具备更好的转矩特性，它只是克服了普通电机不适应PWM调宽波模拟正弦交流电的需要。
在测电机负载特性的时候，国标要求，此试验应尽可能快地进行，以减少试验过程中电机的温度变化。相比而言伺服电机的优越性就得到了极高的诠释。加载变化就需要负载电机对于给定的波形做出快速的响应，它不但具备控制精度高、控制速度快、自带PID调节功能等特点，还可模拟被试电机负载的连续工况变化的情况。在转速或转矩不是特别高或特别低的情况下，都推荐用伺服电机作为测试负载。
伺服电机作为对拖负载，摆脱了传统测功机只能逐个负载点加载的这一局限性。在行业中致远电子MPT电机测试平台更是独创“自由加载引擎”技术，以此为核心实现了电机测试过程中的任意负载曲线加载和波形测量，满足对电机和驱动器的瞬态测量需求，让电机测试迈向新的高度。
伺服电机的惯量负载
伺服电机的惯量负载 一、进给驱动伺服电机的选择 1.原则上应该根据负载条件来选择伺服电机。在电机轴上所有的负载有两种，即阻尼转矩和惯量负载。这两种负载都要正确地计算，其值应满足下列条件: 1)当机床作空载运行时，在整个速度范围内，加在伺服电机轴上的负载转矩应在电机连续额定转矩范围内，即应在转矩速度特性曲线的连续工作区。2)最大负载转矩，加载周期以及过载时间都在提供的特性曲线的准许范围以内。3)电机在加速/减速过程中的转矩应在加减速区(或间断工作区)之内。4)对要求频繁起，制动以及周期性变化的负载，必须检查它的在一个周期中的转矩均方根值。并应小于电机的连续额定转矩。5)加在电机轴上的负载惯量大小对电机的灵敏度和整个伺服系统的精度将产生影响。通常，当负载小于电机转子惯量时，上述影响不大。但当负载惯量达到甚至超过转子惯量的5倍时，会使灵敏度和响应时间受到很大的影响。甚至会使伺服放大器不能在正常调节范围内工作。所以对这类惯量应避免使用。 推荐对伺服电机惯量Jm和负载惯量Jl之间的关系如下: Jl<5×Jm 1、负载转矩的计算 负载转矩的计算方法加到伺服电机轴上的负载转矩计算公式，因机械而异。但不论何种机械，都应计算出折算到电机轴上的负载转矩。 通常，折算到伺服电机轴上的负载转矩可由下列公式计算: Tl=(F*L/2πμ)+T0 式中:Tl折算到电机轴上的负载转矩； F：轴向移动工作台时所需要的力； L：电机轴每转的机械位移量(M)； To：滚珠丝杠螺母，轴承部分摩擦转矩折算到伺服电机轴上的值； Μ：驱动系统的效率 F：取决于工作台的重量，摩擦系数，水平或垂直方向的切削力，是否使用了平衡块(用在垂直轴)。 无切削时: F=μ*(W+fg)，切削时: F=Fc+μ*(W+fg+Fcf)。 W：滑块的重量(工作台与工件)Kg；
电机负载扭矩计算
一、计算折合到电机上的负载转矩的方法如下： 1、水平直线运动轴： 9.8*μ·W·P B T L=2π·R·η（N·M） 式P B：滚珠丝杆螺距（m） μ：摩擦系数 η：传动系数的效率 1/R：减速比 W:工作台及工件重量（KG） 2、垂直直线运动轴： 9.8*（W-W C）P B T L=2π·R·η（N·M） 式W C：配重块重量（KG） 3、旋转轴运动： T1 TL=R·η（N·M） 式T1：负载转矩（N·M） 二：负载惯量计算 与负载转矩不同的是，只通过计算即可得到负载惯量的准确数值。不管是直线运动还是旋转运动，对所有由电机驱动的运动部件的惯量分别计算，并按照规则相加即可得到负载惯量。由以下基本公式就能得到几乎所有情况下的负载惯量。 1、柱体的惯量 D(cm） L（cm） 由下式计算有中心轴的圆柱体的惯量。如滚珠丝杆，齿轮等。 4L（kg·cm·sec2）或πγ·L·D4（KG·M2） πγD J K=32*980J K=32 式γ：密度（KG/CM3）铁：γ〧7.87*10 -3KG/CM3=7.87*103KG/M3 铝：γ〧2.70*10 -3KG/CM3=2.70*103KG/M3 JK：惯量（KG·CM·SEC 2）（KG·M2）
D：圆柱体直径（CM）·（M）
L：圆柱体长度（CM）·（M） 2、运动体的惯量 用下式计算诸如工作台、工件等部件的惯量 WPB2 J L1=9802π（KG·CM·SEC 2） PB2 2 =W2π（KG·M） 式中：W：直线运动体的重量（KG） PB：以直线方向电机每转移动量（cm）或（m） 3、有变速机构时折算到电机轴上的惯量 1、 Z2 JJO 电机 Z1 KG·CN：齿轮齿数 2 Z1 22 JL1=Z2*J0（KG·CM·SEC）（KG·M ） 三、运转功率及加速功率计算 在电机选用中，除惯量、转矩之外，另一个注意事项即是电机功率计算。一般可按下式求得。 1、转功率计算 2π·Nm·T L P0=60（W） 式中：P0：运转功率（W） Nm：电机运行速度（rpm） TL：负载转矩（N·M） 2、速功率计算 2 2π·NmJL Pa=60Ta 式Pa：加速功率（W）
伺服电机选型必备 惯量匹配和最佳传动比
惯量匹配和最佳传动比 1 功率变化率 伺服电机的基本功能就是将输入的电功率快速的转换为机械功率输出。功率转换的越快，伺服电机的快速性越好。功率转换的快速性用功率变化率（dP/dt）来衡量： P=T·ω T=J·dω/dt dP/dt=d(T·ω)/dt=T·dω/dt=T·T/J dP/dt=T2/J 伺服电机以峰值转矩Tp进行加/减速运动时的功率变化率最大： (dP/dt)max=Tp2/Jm 通常用理想空载时伺服电机的功率变化率来衡量伺服电机的快速性。 衡量伺服电机快速性的性能指标还有： 转矩/惯量比：Tp/Jm= dω/dt 最大理论加速度：（dω/dt）max= Tp/Jm 这些指标都是单一衡量伺服电机加速性能的指标。 2 惯量匹配 伺服系统要求伺服电机能快速跟踪指令的变化。对一个定位运动而言，就是要求以最短的时间到达目标位置。换一种说法，就是在直接驱动负载的定位过程中，负载以最大的功率变化率将输入功率转换为输出功率。 伺服电机驱动惯性负载J L的加速度、加速转矩计算如下： 负载的加速度（系统加速度）：dω/dt=Tp/(Jm+J L) 负载的加速转矩：T L= J L·dω/dt= J L·Tp/(Jm+J L) 负载的功率变化率为： dP L/dt=T L2/J L dP L/dt= J L2·Tp2/(Jm+J L)2/J L = J L·Tp2/(Jm+J L)2 从式中可以看出： J L远大于Jm时：dP L/dt= Tp2/J L，负载惯量越大，负载的功率变化率越小。 J L远小于Jm时：dP L/dt= J L·Tp2/Jm，负载惯量越大，负载的功率变化率越小。 负载惯量J L相对电机惯量Jm变化时，负载的功率变化率存在一个最大值。 根据极值定理，对应dP L/dt极值的J L值为使d(dP L/dt)/d(J L) = 0的值。 d(dP L/dt)/d(J L)= d(J L·Tp2/(Jm+J L)2)/d(J L) 利用复合微分法则对(dP L/dt)求导： 设v = (Jm+J L)2 u = Tp2·J L dP L/dt = u/v d(u/v)/d(J L) = [v·du/d(J L)-u·dv/d(J L)]/v2 d(dP L/dt)/d(J L) = {(Jm+J L)2·d(Tp2·J L)/d(J L)-d[(Jm+J L)2]/d(J L)·Tp2·J L}/(Jm+J L)4 d(dP L/dt)/d(J L)=Tp2·[(Jm+J L)2-2(Jm+J L)·J L]/(Jm+J L)4 令d(dP L/dt)/d(J L)=0，则 (Jm+J L)2-2(Jm+J L)·J L=0 (Jm+J L)2-2(Jm+J L)·J L=Jm2+2JmJ L+J L2-2JmJ L-2J L2 =Jm2-J L2
伺服电机负载惯量比计算方法以及影响
伺服电机负载惯量比计算方法以及影响 惯量就是刚体绕轴转动的惯性的度量，转动惯量是表征刚体转动惯性大小的物理量。它与刚体的质量、质量相对于转轴的分布有关。（刚体是指理想状态下的不会有任何变化的物体），选择的时候遇到电机惯量，也是伺服电机的一项重要指标。它指的是伺服电机转子本身的惯量，对于电机的加减速来说相当重要。如果不能很好的匹配惯量，电机的动作会很不平稳。 负载惯量的计算由电机驱动的所有运动部件，无论旋转运动的部件，还是直线运动的部件，都成为电机的负载惯量。电机轴上的负载总惯量可以通过计算各个被驱动的部件的惯量，并按一定的规律将其相加得到。 1）圆柱体惯量如滚珠丝杠，齿轮等围绕其中心轴旋转时的惯量可按下面公式计算： J=（πγ/32）*D4L（kg cm2） 如机构为钢材，则可按下面公式计算： J=（0.78*10-6）*D4L（kg cm2） 式中：γ材料的密度（kg/cm2）D圆柱体的直经（cm）L圆柱体的长度（cm） 2）轴向移动物体的惯量工件，工作台等轴向移动物体的惯量，可由下面公式得出： J=W*（L/2π）2 （kg cm2） 式中：W直线移动物体的重量（kg）L电机每转在直线方向移动的距离（cm） 3）圆柱体围绕中心运动时的惯量：圆柱体围绕中心运动时的惯量属于这种情况的例子：如大直经的齿轮，为了减少惯量，往往在圆盘上挖出分布均匀的孔这时的惯量可以这样计算： J=Jo+W*R2（kg cm2） 式中：Jo为圆柱体围绕其中心线旋转时的惯量（kgcm2）W圆柱体的重量（kg）R旋转半径（cm） 4）相对电机轴机械变速的惯量计算将上图所示的负载惯量Jo折算到电机轴上的计算方法如下：
伺服电机惯量是什么意思
伺服电机惯量是什么意思 伺服电机惯量是伺服电机的一项重要指标。它指的是转子本身的惯量，对于电机的加减速来说相当重要。惯性大小与物质质量相应惯量J= ∫r dm 其中r为转动半径，m为刚体质量惯量。 电机的转子惯量是电机本身的一个参数。单从响应的角度来讲，电机的转子惯量应小为好。但是，电机总是要接负载的，负载一般可分为二大类，一类为负载转矩，一类为负载惯量。一般来说，小惯量的电机制动性能好，启动，加速停止的反应很快，适合于一些轻负载，高速定位的场合。如果你的负载比较大或是加速特性比较大，而选择了小惯量的电机，可能对电机轴损伤太大，选择应该根据负载的大小，加速度的大小等等因素来选择，一般有理论计算公式。 伺服电机的惯量由转子自身的质量，以及外加的负载而组成。惯量越大，物体的运动状态越不容易改变。无论旋转运动的部件，还是直线运动的部件，都成为电机的负载惯量，它们的大小有不同的计算方法，因为计算公式较多，就不一一列举。 惯量对伺服电机运行的影响电机轴上的负载惯量大小，对电机的灵敏度和整个伺服系统的精度将产生很大的影响，通常，当负载小于电机转子惯量时，上述影响不大。但当负载惯量达到甚至超过转子惯量的5倍时，会使伺服放大器不能在正常调节范围内工作。所以对这类惯量应避免使用。所以在设计负载时，应尽可能地减小体积和重量。 在伺服系统选型及调试中，常会碰到惯量问题。其具体表现为：在伺服系统选型时，除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外，我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量，再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机；在调试时，正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前提。此点在要求高速高精度的系统上表现尤为突出，这样，就有了惯量匹配的问题。 什么是“惯量匹配”？1、根据牛顿第二定律：“进给系统所需力矩T = 系统传动惯量 J ×角加速度θ角”。加速度θ影响系统的动态特性，θ越小，则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长，系统反应越慢。如果θ变化，则系统反应将忽快忽慢，影响加
伺服电机计算选择应用实例全解
伺服电机计算选择应用实例 1． 选择电机时的计算条件 本节叙述水平运动伺服轴（见下图）的电机选择步骤。 例：工作台和工件的 W ：运动部件（工作台及工件）的重量（kgf ）=1000 kgf 机械规格 μ ：滑动表面的摩擦系数=0.05 π ：驱动系统（包括滚珠丝杠）的效率=0.9 fg ：镶条锁紧力（kgf ）=50 kgf Fc ：由切削力引起的反推力（kgf ）=100 kgf Fcf ：由切削力矩引起的滑动表面上工作台受到的力（kgf ） =30kgf Z1/Z2： 变速比=1/1 例：进给丝杠的（滚珠 Db ：轴径=32 mm 丝杠）的规格 Lb ：轴长=1000 mm P ：节距=8 mm 例：电机轴的运行规格 Ta ：加速力矩（kgf.cm ） Vm :快速移动时的电机速度(mm -1)=3000 mm -1 ta :加速时间(s)=0.10 s Jm :电机的惯量(kgf.cm.sec 2) Jl :负载惯量(kgf.cm.sec 2) ks :伺服的位置回路增益(sec -1)=30 sec -1 1.1 负载力矩和惯量的计算 计算负载力矩 加到电机轴上的负载力矩通常由下式算出: Tm = + Tf Tm :加到电机轴上的负载力矩(Nm) F :沿坐标轴移动一个部件(工作台或刀架)所需的力(kgf) L :电机转一转机床的移动距离=P ×(Z1/Z2)=8 mm Tf :滚珠丝杠螺母或轴承加到电机轴上的摩擦力矩=2Nm F ×L 2πη
无论是否在切削，是垂直轴还是水平轴，F值取决于工作台的重量， 摩擦系数。若坐标轴是垂直轴，F值还与平衡锤有关。对于水平工 作台，F值可按下列公式计算： 不切削时： F = μ（W+fg） 例如： F=0.05×(1000+50)=52.5 (kgf) Tm = (52.5×0.8) / (2×μ×0.9)+2=9.4(kgf.cm) = 0.9(Nm) 切削时: F = Fc+μ(W+fg+Fcf) 例如: F=100+0.05×(1000+50+30)=154(kgf) Tmc=(154×0.8) / (2×μ×0.9)+2=21.8(kgf.cm) =2.1(Nm) 为了满足条件1，应根据数据单选择电机，其负载力矩在不切削时 应大于0.9（Nm），最高转速应高于3000（min-1）。考虑到加/减速， 可选择α2/3000（其静止时的额定转矩为2.0 Nm）。 ·注计算力矩时，要注意以下几点： 。考虑由镶条锁紧力（fg）引起的摩擦力矩 根据运动部件的重量和摩擦系数计算的力矩通常相当小。镶条 锁紧力和滑动表面的质量对力矩有很大影响。 。滚珠丝杠的轴承和螺母的预加负荷，丝杠的预应力及其它一些因 素有可能使得滚动接触的Fc相当大。小型和轻型机床其摩擦力矩 会大大影响电机的承受的力矩。 。考虑由切削力引起的滑动表面摩擦力（Fcf）的增加。切削力和驱 动力通常并不作用在一个公共点上如下图所示。当切削力很大时， 造成的力矩会增加滑动表面的负载。 当计算切削时的力矩时要考虑由负载引起的摩擦力矩。 。进给速度会使摩擦力矩变化很大。欲得到精确的摩擦力矩值，应 仔细研究速度变化，工作台支撑结构（滑动接触，滚动接触和静压 力等），滑动表面材料，润滑情况和其它因素对摩擦力的影响。 。机床的装配情况，环境温度，润滑状况对一台机床的摩擦力矩影 响也很大。大量搜集同一型号机床的数据可以较为精确的计算其负
伺服电机如何进行选型知识讲解
伺服电机选型技术指南 1、机电领域中伺服电机的选择原则 现代机电行业中经常会碰到一些复杂的运动，这对电机的动力荷载有很大影响。伺服驱动装置是许多机电系统的核心，因此，伺服电机的选择就变得尤为重要。首先要选出满足给定负载要求的电动机，然后再从中按价格、重量、体积等技术经济指标选择最适合的电机。 各种电机的T-ω曲线 （1）传统的选择方法 这里只考虑电机的动力问题，对于直线运动用速度v(t)，加速度a(t)和所需外力F(t)表示，对于旋转运动用角速度ω(t)，角加速度α(t)和所需扭矩T(t)表示，它们均可以表示为时间的函数，与其他因素无关。很显然。电机的最大功率P电机，最大应大于工作负载所需的峰值功率P峰值，但仅仅如此是不够的，物理意义上的功率包含扭矩和速度两部分，但在实际的传动机构中它们是受限制的。用ω峰值，T峰值表示最大值或者峰值。电机的最大速度决定了减速器减速比的上限，n上限=ω峰值，最大/ω峰值，同样，电机的最大扭矩决定了减速比的下限，n下限=T峰值/T电机，最大，如果n下限大于n上限，选择的电机是不合适的。反之，则可以通过对每种电机的广泛类比来确定上下限之间可行的传动比范围。只用峰值功率作为选择电机的原则是不充分的，而且传动比的准确计算非常繁琐。 （2）新的选择方法 一种新的选择原则是将电机特性与负载特性分离开，并用图解的形式表示，这种表示方法使得驱动装置的可行性检查和不同系统间的比较更方便，另外，还提供了传动比的一个可能范围。这种方法的优点：适用于各种负载情况；将负载和电机的特性分离开；有关动力的各个参数均可用图解的形式表示并且适用于各种电机。因此，不再需要用大量的类比来检查电机是否能够驱动某个特定的负载。 在电机和负载之间的传动比会改变电机提供的动力荷载参数。比如，一个大的传动比会减小外部扭矩对电机运转的影响，而且，为输出同样的运动，电机就得以较高的速度旋转，产生较大的加速度，因此电机需要较大的惯量扭矩。选择一个合适的传动比就能平衡这相反的两个方面。通常，应用有如下两种方法可以找到这个传动比n，它会把电机与工作任务很好地协调起来。一是，从电机得到的最大速度小于电机自身的最大速度ω电机，最大；二是，电机任意时刻的标准扭矩小于电机额定扭矩M额定。
电机负载扭矩计算
电机负载扭矩计算 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT
一、计算折合到电机上的负载转矩的方法如下： 1、水平直线运动轴： *μ·W·P B T L= 2π·R·η（N·M） 式P B：滚珠丝杆螺距（m） μ：摩擦系数 η：传动系数的效率 1/R：减速比 W:工作台及工件重量（KG） 2、垂直直线运动轴： *（W-W C）P B T L= 2π·R·η（N·M） 式 W C：配重块重量（KG） 3、旋转轴运动： T 1 = R·η（N·M） T L 式 T1：负载转矩（N·M） 二：负载惯量计算 与负载转矩不同的是，只通过计算即可得到负载惯量的准确数值。不管是直线运动还是旋转运动，对所有由电机驱动的运动部件的惯量分别计算，并按照规则相加即可得到负载惯量。由以下基本公式就能得到几乎所有情况下的负载惯量。 1、柱体的惯量
D(cm） L（cm） 由下式计算有中心轴的圆柱体的惯量。如滚珠丝杆，齿轮等。 πγD4L （kg·cm·sec2）或πγ·L·D4（KG·M2） J K= 32*980 J K= 32式γ：密度（KG/CM3）铁：γ〧*10-3KG/CM3=*103KG/M3 铝：γ〧*10-3KG/CM3=*103KG/M3 JK：惯量（KG·CM·SEC2）（KG·M2） D：圆柱体直径（CM）·（M） L：圆柱体长度（CM ）·（M） 2、运动体的惯量 用下式计算诸如工作台、工件等部件的惯量 2 W P B J = 980 2π（KG·CM·SEC2） L1 2 P B =W 2π（KG·M2） 式中：W：直线运动体的重量（KG） PB：以直线方向电机每转移动量（cm）或（m） 3、有变速机构时折算到电机轴上的惯量 1、
电动机惯量的说明
惯量，也是伺服电机的一项重要指标。它指的是转子本身的惯量，对于电机的加减速来说相当重要。一般来说，小惯量的电机制动性能好，启动，加速停止的反应很快，适合于一些轻负载，高速定位的场合。如果你的负载比较大或是加速特性比较大，而选择了小惯量的电机，可能对电机轴损伤太大，选择应该根据负载的大小，加速度的大小，等等因素来选择，一般有理论计算公式。电机的转子惯量是电机本身的一个参数。单从响应的角度来讲，电机的转子惯量应小为好。但是，电机总是要接负载的，负载一般可分为二大类，一类为负载转矩，一类为负载惯量。影响伺服电机响应的主要负载是负载惯量。伺服电机驱动器对伺服电机的响应控制，最佳值为负载惯量与电机转子惯量之比为一，最大不可超过五倍。通过机械传动装置的设计，可以使负载惯量与电机转子惯量之比接近一或较小。当负载惯量确实有这样大，机械设计不可能使负载惯量与电机转子惯量之比小于五倍时，则可使用电机转子惯量较大的电机，即所谓的大惯量电机。使用大惯量的电机，要达到一定的响应，驱动器的容量应要大一些。 例题 现在已知：一个直径是80的轴，长度为500，材料是钢材。计算一下，当在0.1秒内使它达到500转/分的速度时所需要的力矩？ 分析：知道轴的直径和长度，以及材料，我们可以查到钢材的密度，进而计算出这个轴的质量m， 由公式ρ=m/v 可以推出m=ρv=ρπr^2*L. 根据在0.1秒达到500转/分的角速度，我们可以算出轴的角加速度 β=△ω/△t=2πn/60/△t 电机轴我们可以认为是圆柱体过轴线， 所以J=mr^2/2。 所以M=Jβ =mr^2/2*2πn/60/△t =ρπr^2*L*r^2/2*2πn/60/△t =7.8×10^3 ×3.14×0.04^2×0.5×0.04^2÷2 ×500×2π÷60÷0.1 =8.203145 单位J=kgm^2/s^2=N*m 三相异步电动机11kw-4级转速1480r/min。 根据公式：T2=9.55*P/n 解读为：输出力矩T2等于9.55乘以输出功率P，然后除以额定转速N，这样可以计算出电机的输出转矩为：70.9N.m计 算出两个值相比较即可 伺服电机中的大容量，中荣量，小容量什么意思？请朋友们详细介绍一下? 指电机功率大小，<1KW的叫小容量，1~10KW的中容量，>10KW的是大容量
伺服电机惯量的选择
伺服电机惯量的选择 伺服电机的小惯量的高速往复好,大惯量的本身惯量大,机床上用好点. 伺服电机需要惯量匹配,日系列10倍与电机惯量左右(不同品牌有差异),欧系的20左右. 一般来说欧系的惯量都小,因为他们电机做的是细长的. 转动惯量=转动半径*质量。 我们在选择合适的伺服电机的使用常常会遇到扭力选择和惯量选择,对于扭矩的计算相对简单,只需要知道负载重量和传动方式一般能很快的计算 出电机所需要力矩,选型的时候再适当放大,留些余量就可以了. 惯量就是刚体绕轴转动的惯性的度量，转动惯量是表征刚体转动惯性大小的物理量。它与刚体的质量、质量相对于转轴的分布有关。（刚体是指 理想状态下的不会有任何变化的物体）,选择的时候遇到电机惯量，也是伺服电机的一项重要指标。它指的是伺服电机转子本身的惯量，对于电机 的加减速来说相当重要。如果不能很好的匹配惯量,电机的动作会很不平稳.一般来说，小惯量的电机制动性能好，启动，加速停止的反
应很快，高 速往复性好，适合于一些轻负载，高速定位的场合,如一些直线高速定位机构。中、大惯量的电机适用大负载、平稳要求比较高的场合，如一些圆 周运动机构和一些机床行业。 如果你的负载比较大或是加速特性比较大，而选择了小惯量的电机，可能对电机轴损伤太大，选择应该根据负载的大小，加速度的大小，等等因素 来选择，一般的选型手册上有相关的能量计算公式，比较复杂，这里就不详列了。 伺服电机驱动器对伺服电机的响应控制，最佳值为负载惯量与电机转子惯量之比为一，最大不可超过五倍。通过机械传动装置的设计，可以使负载 惯量与电机转子惯量之比接近一或较小。当负载惯量确实很大，机械设计不可能使负载惯量与电机转子惯量之比小于五倍时，则可使用电机转子惯 量较大的电机，即所谓的大惯量电机。使用大惯量的电机，要达到一定的响应，驱动器的容量应要大一些。
伺服电机的选型计算方法
伺服电机的选型计算方法
2012-4-17 10:51:00 来源：kingservo
１、
伺服电机和步进电机的性能比较
步进电机作为一种开环控制的系统， 和现代数字控制技术有着本质的联系。 在目前国 内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交 流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。 为了适应数字控制的发展趋势， 运动控 制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。 虽然两者在控制方 式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二 者的使用性能作一比较。 一、控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为 1.8°、0.9°，五相混合式步进电机步距角一般 为 0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机通过细分后步距角更小。如山洋公司 （SANYO DENKI）生产的二相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为 1.8°、 0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合 式步进电机的步距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以京伺服（KINGSERVO) 全数字式交流伺服电机为例，对于带标准 2500 线编码器的电机而言，由于驱动器内部采 用了四倍频技术，其脉冲当量为 360°/10000=0.036°。对于带 17 位编码器的电机而言， 驱动器每接收 131072 个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为 360°/131072=0.0027466°， 是步距角为 1.8°的步进电机的脉冲当量的 1/655。 二、低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。 振动频率与负载情况和驱动器性能有关， 一 般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。 这种由步进电机的工作原理所决定的低频振 动现象对于机器的正常运转非常不利。 当步进电机工作在低速时， 一般应采用阻尼技术来 克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。 交流伺服电机运转非常平稳， 即使在低速时也不会出现振动现象。 交流伺服系统具有 共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检 测出机械的共振点，便于系统调整。 三、矩频特性不同 步进电机的输出力矩随转速升高而下降， 且在较高转速时会急剧下降， 所以其最高工 作转速一般在 300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为 2000RPM 或 3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。 四、过载能力不同 步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以京伺服 （KINGSERVO)交流伺服系统为例， 它具有速度过载和转矩过载能力。 其最大转矩为额定转 矩的三倍， 可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。 步进电机因为没有这种过载能力， 在选型时为了克服这种惯性力矩， 往往需要选取较大转矩的电机， 而机器在正常工作期间 又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。 五、运行性能不同
伺服电机惯量问题
伺服电机惯量问题
伺服电机惯量问题 在伺服系统选型及调试中，常会碰到惯量问题。其具体表现为： 在伺服系统选型时，除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外，我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量，再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机；在调试时，正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前提。此点在要求高速高精度的系统上表现尤为突出，这样，就有了惯量匹配的问题。 一、什么是“惯量匹配”？ 1、根据牛顿第二定律：“进给系统所需力矩T = 系统传动惯量 J ×角加速度θ角”。加速度θ影响系统的动态特性，θ越 小，则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长，系统 反应越慢。如果θ变化，则系统反应将忽快忽慢，影响加工 精度。由于马达选定后最大输出T值不变，如果希望θ的变 化小，则J应该尽量小。 2、进给轴的总惯量“J＝伺服电机的旋转惯性动量JM ＋电机轴 换算的负载惯性动量JL。负载惯量JL由（以平面金切机床 为例）工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线
设计手册）。我们曾经做过一试验，在一伺服电机的轴伸，加一大的惯量盘准备用来做测试，结果是：伺服电机低速时停不住，摇头摆尾，不停地振荡怎么也停不下来。后来改为：在两个伺服电机的轴伸对接加装联轴器，对其中一个伺服电机通电，作为动力即主动，另一个伺服电机作为从动，即做为一个小负载。原来那个摇头摆尾的伺服电机，启动、运动、停止，运转一切正常！ 三、惯量的理论计算的功式？ 惯量计算都有公式，至于多重负载，比如齿轮又带齿轮，或涡轮蜗杆传动，只要分别算出各转动件惯量然后相加即是系统惯量，电机选型时建议根椐不同的电机进行选配。负载的转动惯量肯定是要设计时通过计算算出来拉，如果没有这个值，电机选型肯定是不那么合理的，或者肯定会有问题的，这是选伺服的最重要的几个参数之一。至于电机惯量，电机样本手册上都有标注。当然，对某些伺服，可以通过调整伺服的过程测出负载的惯量，作为理论设计中的计算的参考。毕竟在设计阶段，很多类似摩擦系数之类的参数只能根据经验来猜，不可能准确。理论设计中的计算的公式：（仅供参考）通常将转动惯量J用飞轮矩GD2来表示，它们之间的关系为 J=mp^2= GD^2/4g 式中 m与G－转动部分的质量（kg）与重量（N）； 与D－惯性半径与直径（m）；
浅析伺服电机的惯量问题,伺服电机低惯量与高惯量的区别差异
浅析伺服电机的惯量问题，伺服电机低惯量与高惯量的区别差异伺服电机（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。 伺服系统（servo mechanism）是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。 在伺服系统选型及调试中，常会碰到惯量问题。其具体表现为： 在伺服系统选型时，除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外，我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量，再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机；在调试时，正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前提。此点在要求高速高精度的系统上表现尤为突出，这样，就有了惯量匹配的问题。 1、什么是惯量匹配？ （1）根据牛顿第二定律：进给系统所需力矩T = 系统传动惯量J 角加速度角。加速度影响系统的动态特性，越小，则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长，系统反应
电机负载惯量计算
负载惯量可以精确地算出。由电机本身的转动而驱动的物体惯量形成电机的负载惯量，无论该物体是转动还是沿直线运动。对各运动物体分别计算其惯量，然后按一定规则将各物体的惯量加在一起，即可得出总惯量。 总惯量可按下述方法计算： ·圆柱体（滚珠丝杠，齿轮，联轴节等）的惯量计算 圆柱体绕其中心轴回转的惯量可按下式计算： J b: 惯量(kgf.cm.s2) γ ：物体材料的比重（kg/cm3） D b：直径（cm） L b：长度（cm） 若物体的材料是铁（其比重为7.8×10-3kg/cm3）, 则惯量的近似值为： 例如:滚珠丝杠的Db 为32mm，Lb 为1000mm，其惯量为Jb为：
J b= 0.78×10-6×3.24×100 = 0.0082(kgf.cm.s2) 注：1kg.m2=100/9.8 kgf.cm.s2 ·沿直线运动物体(工作台,工件等)的惯量计算 W:沿直线运动物体的重量(kgf) L:电机一转物体沿直线的移动距离(cm) 例如:工作台和工件的W为1000kgf，L为8mm，则其惯量计算得：J W= (1000/980)×（0.8/2π）2= 0.0165(kgf.cm.s2) ·速度高于或低于电机轴速的物体的惯量(惯量的折算) 惯量J0折算到电机轴上后的计算方法如下： J0:折算前的惯量(kgf.cm.s2)
·回转中心偏离轴心的圆柱体的惯量计算 J0:围绕圆柱体中心回转的转动惯量(kgf.cm.s2) M:物体的重量(kgf) R:回转半径(cm) 上述公式用于计算大齿轮等零件的惯量。为了减小重量和惯量，这些零件的结构都应是中空的。上述计算的惯量值的和是电机加速的负载惯量J。 上述例子计算得到的J B及J W的和就是负载惯量J L。 J L= 0.0082＋0.0165 = 0.0247(kgf.cm.s2) ·对负载惯量的限制 负载惯量对电机的控制特性和快速移动的加/减速时间都有很大影响。负载惯量增加时，可能出现以下问题：指令变化后，需要较长的时间达到新指令指定的速度。若机床沿着两个轴高速运动加工圆弧等曲线，会造成较大的加工误差。负载惯量小于或等于电机的惯量时，不会出现这些问题。若负载惯量为电机的3 倍以上，控制特性就会降低。实际上这对普通金属加工机床的工作的影响不大，但是如果加工木制品或是高速加工曲线轨迹，建议负载惯量要小于或等于电机的
伺服电机低惯量及高惯量的区别
伺服电机低惯量及高惯量的区别 转动惯量=转动半径*质量 低惯量就是电机做的比较扁长，主轴惯量小，当电机做频率高的反复运动时，惯量小，发热就小。所以低惯量的电机适合高频率的往复运动使用。但是一般力矩相对要小些。高惯量的伺服电机就比较粗大，力矩大，适合大力矩的但不很快往复运动的场合。因为高速运动到停止，驱动器要产生很大的反向驱动电压来停止这个大惯量，发热就很大了。 惯量就是刚体绕轴转动的惯性的度量，转动惯量是表征刚体转动惯性大小的物理量。它与刚体的质量、质量相对于转轴的分布有关。（刚体是指理想状态下的不会有任何变化的物体）,选择的时候遇到电机惯量，也是伺服电机的一项重要指标。它指的是伺服电机转子本身的惯量，对于电机的加减速来说相当重要。如果不能很好的匹配惯量,电机的动作会很不平稳. 一般来说，小惯量的电机制动性能好，启动，加速停止的反应很快，高速往复性好，适合于一些轻负载，高速定位的场合,如一些直线高速定位机构。中、大惯量的电机适用大负载、平稳要求比较高的场合，如一些圆周运动机构和一些
机床行业。 如果负载比较大或是加速特性比较大，而选择了小惯量的电机，可能对电机轴损伤太大，选择应该根据负载的大小，加速度的大小，等等因素来选择，一般的选型手册上有相关的能量计算公式。 伺服电机驱动器对伺服电机的响应控制，最佳值为负载惯量与电机转子惯量之比为一，最大不可超过五倍。通过机械传动装置的设计，可以使负载 惯量与电机转子惯量之比接近一或较小。当负载惯量确实很大，机械设计不可能使负载惯量与电机转子惯量之比小于五倍时，则可使用电机转子惯量较大的电机，即所谓的大惯量电机。使用大惯量的电机，要达到一定的响应，驱动器的容量应要大一些。
伺服电机惯量
伺服电机的惯量该怎样选择? 发布时间：2013-09-05 新闻来源：东莞堤斯基机电公司 惯量的大小对伺服电机的工作是有一定影响的指标,通常伺服电机的小惯量的高速往复好,大惯量的本身惯量大,机床上用好点.伺服电机需要惯量匹配,转动惯量=转动半径*质量。我们在选择合适的伺服电机的使用常常会遇到扭力选择和惯量选择,对于扭矩的计算相对简单,只需要知道负载重量和传动方式一般能很快的计算出电机所需要力矩,选型的时候再适当放大,留些余量就可以了. 惯量就是刚体绕轴转动的惯性的度量，转动惯量是表征刚体转动惯性大小的物理量。它与刚体的质量、质量相对于转轴的分布有关。（刚体是指理想状态下的不会有任何变化的物体）,选择的时候遇到电机惯量，也是伺服电机的一项重要指标。它指的是伺服电机转子本身的惯量，对于电机的加减速来说相当重要。如果不能很好的匹配惯量,电机的动作会很不平稳. 一般来说，小惯量的电机制动性能好，启动，加速停止的反应很快，高速往复性好，适合于一些轻负载，高速定位的场合,如一些直线高速定位机构。中、大惯量的电机适用大负载、平稳要求比较高的场合，如一些圆周运动机构和一些机床行业。 如果你的负载比较大或是加速特性比较大，而选择了小惯量的电机，可能对电机轴损伤太大，选择应该根据负载的大小，加速度的大小，等等因素来选择，一般的选型手册上有相关的能量计算公式。 伺服电机驱动器对伺服电机的响应控制，最佳值为负载惯量与电机转子惯量之比为一，最大不可超过五倍。通过机械传动装置的设计，可以使负载 惯量与电机转子惯量之比接近一或较小。当负载惯量确实很大，机械设计不可能使负载惯量与电机转子惯量之比小于五倍时，则可使用电机转子惯量较大的电机，即所谓的大惯量电机。使用大惯量的电机，要达到一定的响应，驱动器的容量应要大一些。
电机负载扭矩计算
参数说明 丝杠导程10mm 丝杠长度1500mm 丝杠直径60mm 大同步轮直径11.6cm 与丝杠连接重量为2.25kg 小同步轮直径6cm 与电机连接重量为1.05kg 减速比2：1 i = 2 负载重量（推纸器+ 推的纸张）最终可达250kg 铸铁材料的一般润滑情况下静摩擦力系数0.3 传动机械效率取：0.8 丝杠的转速达到1800r/min 电机的转速达到3600r/min 为保证推纸器的效率，推纸器在走完100mm的距离（即此时电机转了20r）后达到最大速度。这是保证效率的加速度要求，不能比这时间还要小了。 负载惯量计算： 1）大齿轮惯量 J1 = 1/2 *m *R^2 = 37.845*10^-4 kg*m^2 2）小齿轮惯量 J2= 1/2 *m *R^2 = 4.725*10^-4 kg*m^2
3）丝杠惯量 J3 = 1/2 *PV*R^2 = 0.014974 kg*m^2 =149.74 *10^-4kg * m^2 4）工作台惯量 J4 = m*(P /2*3.14)^2 = 6.34 * 10^-4kg *m^2 折算到马达的总传动惯量 J = J2 + 1/i^2 (J1 + J3 + J4) = 53.20625* 10^-4 kg*m^2 Vt = 60r/s= 376.8rad/s Vt^2 = 2as a = 90r/s^2 =565.2rad/s^2 则推纸器的加速度为450mm/s^2. Vt = a*t t = 2/3S 加速时间需要2/3S。 则所需加速扭矩为：T1= J*a =3.0072n*m 克服摩擦需要的电机轴端输出的扭矩： (mgu*P)/i = T2*2*3.14*0.8 T2 = 0.73N*m
常用物体转动惯量-与扭矩计算
附录1.常用物体转动惯量的计算 角加速度的公式a = (2n /60) /t 转矩 T=J* a =J*n*2 n /60) /t a -弧度/秒 t-秒 T -Nm n-r/min 图i 矩形结构定义 以a-a 为轴运动的惯量: m = VxS V =Lxhxw 公式中： 以b-b 为轴运动的惯量: 圆柱体的惯量 惯量的计算: / W I ■ b m 3 为 为为 位 位位 单单单 量积度 质体密12 (4L 2 + w 2 ) 矩形体的计算 Ja - a
图2圆柱体定义 m = Vx§ TTD12 V = ------ XL 4 Di r =— 2 mx[> (Dt2 空心柱体惯量
摆臂的惯量 m = Vx3 4 m / (P O 2 +D 2 ')+ L 2> ~4 \ 4 +_ 1 > 图3空心柱体定义 Jx = m x (Do 2 + DF) 8
曲柄连杆的惯量 图4-1摆臂1结构定义 图4-2摆臂2结构定义 J = m.R 2
J = m R? + rm n2 图5曲柄连杆结构定义 带减速机结构的惯量
齿形带传动的惯量 J M :电机惯量 J L :负載惯量 J L 1、机电领域中伺服电机的选择原则 现代机电行业中经常会碰到一些复杂的运动，这对电机的动力荷载有很大影响。伺服驱动装置是许多机电系统的核心，因此，伺服电机的选择就变得尤为重要。首先要选出满足给定负载要求的电动机，然后再从中按价格、重量、体积等技术经济指标选择最适合的电机。 各种电机的T- 曲线 （1）传统的选择方法 ? ? ? 这里只考虑电机的动力问题，对于直线运动用速度v(t)，加速度a(t)和所需外力F(t)表示，对于旋转运动用角速度 (t)，角加速度 (t)和所需扭矩T(t)表示，它们均可以表示为时间的函数，与其他因素无关。很显然。电机的最大功率P电机，最大应大于工作负载所需的峰值功率P峰值，但仅仅如此是不够的，物理意义上的功率包含扭矩和速度两部分，但在实际的传动机构中它们是受限制的。用峰值，T峰值表示最大值或者峰值。电机的最大速度决定了减速器减速比的上限，n上限= 峰值，最大/ 峰值，同样，电机的最大扭矩决定了减速比的下限，n下限=T峰值/T电机，最大，如果n下限大于n上限，选择的电机是不合适的。反之，则可以通过对每种电机的广泛类比来确定上下限之间可行的传动比范围。只用峰值功率作为选择电机的原则是不充分的，而且传动比的准确计算非常繁琐。 （2）新的选择方法 一种新的选择原则是将电机特性与负载特性分离开，并用图解的形式表示，这种表示方法使得驱动装置的可行性检查和不同系统间的比较更方便，另外，还提供了传动比的一个可能范围。这种方法的优点：适用于各种负载情况；将负载和电机的特性分离开；有关动力的各个参数均可用图解的形式表示并且适用于各种电机。因此，不再需要用大量的类比来检查电机是否能够驱动某个特定的负载。 在电机和负载之间的传动比会改变电机提供的动力荷载参数。比如，一个大的传动比会减小外部扭矩对电机运转的影响，而且，为输出同样的运动，电机就得以较高的速度旋转，产生较大的加速度，因此电机需要较大的惯量扭矩。选择一个合适的传动比就能平衡这相反的两个方面。通常，应用有如下两种方法可以找到这个传动比n，它会把电机与工作任务很好地协调起来。一是，从电机得到的最大速度小于电机自身的最大速度电机，最大；二是，电机任意时刻的标准扭矩小于电机额定扭矩M额定。 2、一般伺服电机选择考虑的问题 惯量匹配和电机选型标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N] 惯量匹配和伺服电机的选型 惯量匹配 在伺服系统选型及调试中，常会碰到惯量问题。其具体表现为：在伺服系统选型时，除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外，我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量，再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机。在调试时，正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前提。此点在要求高速高精度的系统上表现尤为突出，这样，就有了惯量匹配的问题。 根据牛顿第二定律：“进给系统所需力矩T=系统传动惯量J×角加速度θ”。加速度θ影响系统的动态特性，θ越小，则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长，系统反应越慢。如果θ变化，则系统反应将忽快忽慢，影响加工精度。由于电机选定后最大输出T值不变，如果希望θ的变化小，则J应该尽量小。进给轴的总惯量J＝伺服电机的旋转惯性动量JM＋电机轴换算的负载惯性动量JL。负载惯量JL由（以工具机床为例）工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到电机轴上的惯量组成。JM为伺服电机转子惯量，伺服电机选定后，此值就为定值，而JL则随工件等负载改变而变化。如果希望J变化率小些，则最好使JL所占比例小些。这就是通俗意义上的“惯量匹配”。 传动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态响应都有影响。惯量大，系统的机械常数大，响应慢，会使系统的固有频率下降，容易产生谐振，因而限制了伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度，惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利，因此，机械设计时在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。伺服电机的选择原则
惯量匹配和电机选型