現(xiàn)在我們了解了負(fù)載轉(zhuǎn)矩和負(fù)載慣量背后的計(jì)算，我們離電機(jī)選擇更近了一點(diǎn)。您可能想知道為什么我將負(fù)載扭矩和加速扭矩計(jì)算分開(kāi)。那是因?yàn)闉榱擞?jì)算加速轉(zhuǎn)矩，必須首先計(jì)算負(fù)載慣量和速度。

在這里，我們展示了一個(gè)典型的運(yùn)動(dòng)曲線，包括加速、恒速和減速區(qū)域。

從零速開(kāi)始

用t1加速

在t0-t1-t1的持續(xù)時(shí)間內(nèi)以Nm保持恒定速度

用t1減速

零速停止

加速/減速扭矩

與負(fù)載扭矩(恒定)相反，加速扭矩是將慣性負(fù)載加速到其目標(biāo)速度或從設(shè)定速度減速到零所需的扭矩。它僅在加速(或減速)慣性負(fù)載時(shí)出現(xiàn)，并且可能大于或小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

所需總扭矩

所需的總扭矩是負(fù)載扭矩和加速扭矩的總和，如下所示(有一個(gè)安全系數(shù)來(lái)覆蓋我們不知道的部分)。

從數(shù)學(xué)上講，加速扭矩由負(fù)載慣性和加速度組成，如下所示。這是用于計(jì)算所有類型電機(jī)的加速扭矩的最常用方程式。

步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)可以使用不同的公式，因?yàn)樗鼈兲幚淼氖敲}沖速度 (Hz)。有兩個(gè)方程可用于兩種類型的運(yùn)動(dòng)曲線：有或沒(méi)有加速/減速。

速度/每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)

對(duì)于線性系統(tǒng)，所有線性單位(例如所需速度)都需要轉(zhuǎn)換回電機(jī)方面的 RPM 或 Hz。 這樣做的目的是確定(從電機(jī)的速度扭矩曲線)在該速度下是否有足夠的扭矩。 這些速度轉(zhuǎn)換是非常基礎(chǔ)的，如果您只是使用邏輯，就可以算出公式。

旋轉(zhuǎn)設(shè)備上的 RPM 非常簡(jiǎn)單。但是，要從線性單位轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)單位，您必須使用正確的系數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。例如，對(duì)于皮帶和滑輪，使用滑輪周長(zhǎng)。對(duì)于滾珠絲杠，使用絲杠的導(dǎo)程/螺距。對(duì)于鏈輪和鏈條，使用鏈輪的節(jié)圓直徑或齒數(shù)。對(duì)于齒條和小齒輪，使用齒條的節(jié)距。

根據(jù)偏好計(jì)算所需速度的方法主要有兩種。

下面是一些使用“RPM”的公式，其中PB是螺桿的螺距，VL是線速度，J0是轉(zhuǎn)子慣量，JL是負(fù)載慣量，t1是加速時(shí)間。

所需轉(zhuǎn)速 ( Nm )：

所需加速扭矩 ( Ta ):

以下是一些使用“Hz”的公式。 Oriental Motor 工程師通常使用如下所示的脈沖 (Hz) 公式。

操作脈沖數(shù)A

運(yùn)行脈沖數(shù)表示為使負(fù)載從A點(diǎn)到B點(diǎn)電機(jī)必須旋轉(zhuǎn)的角度加起來(lái)的脈沖信號(hào)數(shù)。

工作脈沖速度f(wàn)2 (Hz)

運(yùn)轉(zhuǎn)脈沖速度可由運(yùn)轉(zhuǎn)脈沖數(shù)、定位時(shí)間、加(減速)時(shí)間求得。

1) 加減速運(yùn)行時(shí)

加速(減速)時(shí)間的高低是重要的一點(diǎn)。加(減速)時(shí)間與加速力矩、加減速率相關(guān)，不易設(shè)定。

首先，以定位時(shí)間的 25% 左右計(jì)算加(減速)時(shí)間作為參考。(計(jì)算必須在最終選擇前進(jìn)行調(diào)整。)

2) 對(duì)于啟動(dòng)/停止操作

提示：為什么要使用加速/減速?

這是因?yàn)榧词挂阅繕?biāo)速度立即啟動(dòng)似乎更容易，但它會(huì)導(dǎo)致很大的加速扭矩，因此需要更大的電機(jī)。更大的電機(jī)也意味著更高的成本和更大的占地面積，這對(duì)于機(jī)器設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)并不是最理想的。

這是一個(gè)您可以遵循的計(jì)算示例。我無(wú)法提及這些例子對(duì)我有多大幫助。

示例：負(fù)載轉(zhuǎn)矩和負(fù)載慣量的計(jì)算

在下面的示例中，讓我們嘗試使用我們目前學(xué)到的知識(shí)來(lái)計(jì)算負(fù)載扭矩、負(fù)載慣性和加速扭矩。就我個(gè)人而言，我首先計(jì)算負(fù)載慣量，然后是負(fù)載扭矩，然后是速度，然后是加速扭矩。以下信息描述了電動(dòng)機(jī)構(gòu)和給定參數(shù)。

第 1 步：加載慣量

計(jì)算螺桿的負(fù)載慣量，然后分別計(jì)算工作臺(tái)和負(fù)載，然后將它們相加。負(fù)載慣量可用于暫定電機(jī)選擇，稍后我將對(duì)此進(jìn)行解釋。

第 2 步：加載扭矩

使用螺釘?shù)呢?fù)載扭矩方程式并填寫變量的所有空白。確保針對(duì)特定應(yīng)用使用正確的方程式。

第 3 步： 速度 (RPM)

所需速度可通過(guò)以下等式計(jì)算。使用螺桿PB的螺距/導(dǎo)程將線速度轉(zhuǎn)換為 RPM。在這種情況下，我們使用 RPM 公式而不是 Hz。

第 4 步：加速扭矩

這是所有電機(jī)的加速扭矩的通用公式。

我們只需要填寫變量的空白。要計(jì)算加速扭矩 Ta，請(qǐng)根據(jù)負(fù)載慣量(如前所述)暫時(shí)選擇一個(gè)電機(jī)，然后將該電機(jī)的 轉(zhuǎn)子慣量值J0代入加速扭矩方程。如果沒(méi)有來(lái)自電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量，我們無(wú)法計(jì)算負(fù)載慣量。

TIP : 如何根據(jù)負(fù)載慣量初步選擇電機(jī)

對(duì)于交流恒速電機(jī)、交流調(diào)速電機(jī)和無(wú)刷調(diào)速電機(jī)，您需要查看允許的負(fù)載慣量值。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，您需要知道每種電機(jī)可以處理的 允許慣量比。

對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，一般準(zhǔn)則是將慣量比(負(fù)載慣量或反射負(fù)載慣量除以轉(zhuǎn)子慣量)保持在 10:1 以下，對(duì)于比 NEMA 17 更快的運(yùn)動(dòng)曲線或更小的框架尺寸，保持 5:1 以下。

對(duì)于閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)，建議使用高達(dá) 30:1 的慣量比。

對(duì)于自動(dòng)調(diào)整的伺服電機(jī)，慣量比增加到 50:1。對(duì)于手動(dòng)調(diào)整的伺服電機(jī)，它可以增加到 100:1。

根據(jù)負(fù)載慣量初步選型電機(jī)后，找到規(guī)格中的電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量，代入J0的值，即可完成加速力矩的計(jì)算。

只是為了踢球，這里是另一個(gè)使用赫茲單位的加速扭矩方程?！拔摇笔驱X輪比。

第 5 步：所需的總扭矩和安全系數(shù)

將負(fù)載扭矩和加速扭矩相加以獲得總所需扭矩。我們將需要一個(gè)至少可以輸出 0.85 Nm 扭矩的步進(jìn)電機(jī)。

然而，這是沒(méi)有安全系數(shù)的。如果使用安全系數(shù) 2，那么我們將需要一個(gè)能夠在大約 1200 RPM 時(shí)輸出 1.7 Nm 扭矩的步進(jìn)電機(jī);取決于加速/減速率。安全系數(shù)是根據(jù)變量的準(zhǔn)確性確定的。

提示：不要使用最大保持扭矩來(lái)確定步進(jìn)電機(jī)的尺寸

對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，重要的是不要使用“最大保持扭矩”規(guī)格來(lái)選擇電機(jī)，因?yàn)樗窃诹闼俸腿?a href="http://www.asorrir.com/tags/電流/" target="_blank">電流下測(cè)量的。

由于步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生的扭矩隨著速度的增加而減小，因此您需要查看速度-扭矩曲線以確定步進(jìn)電機(jī)是否會(huì)在該速度下工作。通常，根據(jù)所需的總扭矩和所需的最大速度選擇電機(jī)是一個(gè)安全的選擇，即使電機(jī)在其最大速度下可能不需要該扭矩。如果處理得當(dāng)，稍微加大尺寸可以延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命或提高電機(jī)的性能。

第 6 步：RMS 扭矩(伺服電機(jī))

對(duì)于伺服電機(jī)，還有一個(gè)計(jì)算是必須要做的，就是RMS扭矩。均方根扭矩或 RMS 扭矩是指扭矩的平均值，它考慮了運(yùn)行期間使用的所有變化的扭矩值以及每個(gè)扭矩值需要的持續(xù)時(shí)間。RMS 扭矩用于確定電機(jī)尺寸是否合適以避免熱過(guò)載。

對(duì)于伺服電機(jī)，所需扭矩必須低于電機(jī)的峰值扭矩，有效扭矩必須低于電機(jī)的額定扭矩。由于峰值扭矩需要高水平的電機(jī)電流，因此如果不使電機(jī)過(guò)熱則無(wú)法持續(xù)。

現(xiàn)在讓我們看一下 RMS 扭矩的方程式，并可視化運(yùn)動(dòng)曲線模式中的變量。

對(duì)于這個(gè)例子，這里是計(jì)算。

此處，t1 + t2 +t3 = 2.1 [s] 來(lái)自操作周期，t1 = t3 = 0.1 用于加速和減速時(shí)間。因此，t2 = 2.1-0.1 - 0.1 = 1.9 [s]。

Trms 與伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩 TM 之比(有效負(fù)載安全系數(shù))由下式表示。

通常，電動(dòng)機(jī)可以在1.5~2或更高的有效負(fù)載安全系數(shù)下運(yùn)行。

提示：有關(guān) RMS 扭矩的更多信息

有關(guān) RMS 扭矩的更多信息，請(qǐng)參閱 Linear Motion Tips (Design World) 中的一篇好文章。< >為什么 RMS 扭矩對(duì)于電機(jī)選型很重要

結(jié)果

對(duì)于此應(yīng)用，我們需要具有高定位(停止)精度的電機(jī)，可以是步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)。

對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，我們需要滿足或超過(guò)以下要求。

負(fù)載慣量 = 5.56 × 10?4 [kg·m2]

總扭矩 = 0.85 [N·m]*

最大速度 = 1200[r/min]

對(duì)于伺服電機(jī)，我們需要滿足或超過(guò)以下要求。

負(fù)載慣量 = 5.56 × 10?4 [kg·m2]

總扭矩 = 0.85 [N·m]*

均方根扭矩 = 0.24[N·m]

最大速度 = 1200[r/min]

*計(jì)算的扭矩不包括安全系數(shù)。

有了扭矩、負(fù)載慣量和速度值，我們現(xiàn)在就有了足夠的信息來(lái)選擇電機(jī)。然而，為了維持長(zhǎng)期壽命，還有另一個(gè)重要的標(biāo)準(zhǔn)需要考慮。提示：它與軸承有關(guān)。請(qǐng)訂閱以接收新帖子。

審核編輯：湯梓紅