關(guān)于電機(jī)的討論

wgary

應(yīng)該跟磁場(chǎng)有關(guān)

EnochGo

首先說(shuō)結(jié)論吧，電機(jī)手冊(cè)的慣量跟出力軸尺寸無(wú)關(guān)。你可以轉(zhuǎn)變下思路，把這幾個(gè)物理量跟實(shí)際運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來(lái)，這個(gè)是在中學(xué)就教到的方法。

線性運(yùn)動(dòng)---《力》                     ---【*質(zhì)量*】【---線速度--- 線加速度---動(dòng)量】
旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)---《扭矩//力矩//轉(zhuǎn)矩》---【*慣量*】【---角速度---角加速度---角動(dòng)量】

這兩組可以說(shuō)是在概念上高度對(duì)照，我用印象中的知識(shí)來(lái)解釋一下：
     對(duì)于線性運(yùn)動(dòng)，質(zhì)量是一個(gè)關(guān)于保持靜止/勻速線性運(yùn)動(dòng)的特性，力是改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的條件【大白話：質(zhì)量越大也就是東西越重，想要讓他動(dòng)起來(lái)，或者讓他剎住車，需要的力就越大】這個(gè)就是我們經(jīng)常說(shuō)的慣性，質(zhì)量可以看作慣性的一個(gè)指標(biāo)；
     對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，慣量是一個(gè)關(guān)于保持靜止/勻速圓周轉(zhuǎn)動(dòng)的特性，而力矩則是改變旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的條件【大白話：慣量好比在圓周運(yùn)動(dòng)里的質(zhì)量，想要保持靜止或者讓他停轉(zhuǎn)，慣量越大，需要的力矩就越大】對(duì)照上一節(jié)說(shuō)的物體在線性運(yùn)動(dòng)中的慣性問(wèn)題，在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，慣量還有一個(gè)名稱叫慣性矩；

     再回到如何看待電機(jī)的慣量問(wèn)題。實(shí)際上慣量的單位已經(jīng)排除了尺寸的影響，在不特意說(shuō)明的情況下，慣量是指物體沿著它自己的質(zhì)量中心旋轉(zhuǎn)時(shí)的一個(gè)特性。舉個(gè)例子：如果兩個(gè)物體的慣量相同，它的外形不一定一致，可能一個(gè)輕一些但尺寸更大，而另一個(gè)中一些但尺寸更小。但對(duì)于他們而言，想要達(dá)到同樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（假設(shè)受力一致），需要的力矩其實(shí)都是一樣的。
     看到這里是不是感覺有點(diǎn)跟質(zhì)量聯(lián)系變?nèi)趿�，好像更�?fù)雜了？實(shí)際上這兩者還是強(qiáng)相關(guān)，區(qū)別在于要明白旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相對(duì)線性運(yùn)動(dòng)多了一個(gè)條件，轉(zhuǎn)動(dòng)中心。我們?cè)谔幚砭�性運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，已經(jīng)把一個(gè)立體的受力對(duì)象抽象成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，所有的質(zhì)量都集中在這個(gè)點(diǎn)上，這個(gè)點(diǎn)在一條線上來(lái)回跑動(dòng)，這個(gè)就是線性運(yùn)動(dòng)。那么到了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，我們把原本只在一條線上運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)，放到一個(gè)需要考慮上下左右的平面上，在這個(gè)平面上，物體相對(duì)于某一個(gè)點(diǎn)在做旋轉(zhuǎn)，假設(shè)轉(zhuǎn)速是60r/min，如果我保持這個(gè)中心不變，把這個(gè)物體不斷地拉遠(yuǎn)，那我們需要讓他保持同樣的轉(zhuǎn)速，是不是需要的力矩就越來(lái)越大。
     這里就引申出來(lái)我們?cè)跈C(jī)構(gòu)慣量匹配中的兩個(gè)問(wèn)題。
     1、對(duì)于電機(jī)而言，手冊(cè)上標(biāo)出來(lái)的慣量就是相對(duì)軸心，它本身的結(jié)構(gòu)我們已經(jīng)不關(guān)心了；
     2、對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)的執(zhí)行端，根據(jù)絲杠/帶傳動(dòng)等等，質(zhì)量相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)中心的分布是復(fù)雜，加上減速比影響，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，后面的結(jié)構(gòu)并不是對(duì)應(yīng)一圈。
    所以在計(jì)算慣量比時(shí)，我們多了一步《折算到電機(jī)軸》�！墩鬯愕诫姍C(jī)軸》其實(shí)就是根據(jù)我們后面設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)特征，把原本復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一成在電機(jī)軸這一個(gè)旋轉(zhuǎn)中心的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
    【大白話：不管多復(fù)雜，我先把它當(dāng)成一邊是電機(jī)，另一邊是折算后的負(fù)載，兩個(gè)在一根軸上連著，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，折算后的負(fù)載也轉(zhuǎn)一圈】那么在這種情況下，如果電機(jī)的慣量太小，那是不是電機(jī)剎住了，軸那邊的負(fù)載還能拉著電機(jī)再轉(zhuǎn)一下？這個(gè)就又回到我們開頭，把慣量跟質(zhì)量聯(lián)系到一起，一個(gè)小質(zhì)量的物體跟一個(gè)大質(zhì)量的物體，用一根剛軸連在一起，如果是小馬拉大車，那是不是小馬停下來(lái)的時(shí)候，大車往前一頂，能把小馬戳死？反而言之，如果是大馬拉小車，大馬剎住了，小車往前一頂，大馬什么感覺都沒(méi)有，輕輕松松。
     這個(gè)折算的具體的公式我就不贅述了。另外再偏題一下，慣量比（負(fù)載/電機(jī)）為什么一直都是大于1，也就是我們一直用小馬拉大車，而且還得算一下小馬能多小。為什么不拿大馬拉小車呢？這個(gè)解釋其實(shí)大家都能想到的，錢！小馬自己也要跑，它跑起來(lái)也要看自己的慣量，我們?cè)趫?zhí)行段隨便放點(diǎn)小東西，他可能離電機(jī)軸稍微遠(yuǎn)一些，對(duì)于電機(jī)來(lái)說(shuō)就是很大的慣量了。而這么大一個(gè)慣量，我電機(jī)本身的慣量還想比你大的話，那我不是得選一個(gè)巨無(wú)霸電機(jī)，相對(duì)的功率跟工藝導(dǎo)致造價(jià)是好幾十倍，這個(gè)怎么可以。當(dāng)然我不排除有大馬拉小車的情況，但是好比大伙做工掙口吃的一樣，老板肯定想少糧多出力嘛。
    分享一下，像我在匹配慣量比的時(shí)候，第一步就是先找到a《電機(jī)的慣量》，這個(gè)就是放在軸左邊的【小馬】。第二步是分析執(zhí)行結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布情況，根據(jù)公式計(jì)算負(fù)載折算到減速機(jī)這里的慣量多大，第三步就是檢查減速比，計(jì)算出來(lái)《負(fù)載慣量/（減速比的平方）》，這個(gè)就是b《折算到電機(jī)軸的慣量》，而這個(gè)b才是我們說(shuō)的【大車】。最后一步就是計(jì)算慣量比=b/a，檢查下到底合不合適。（關(guān)于匹配問(wèn)題，這個(gè)可以看論壇上的帖子，講的特別到位http://www.mg7058.com/forum.php?mod=viewthread&tid=477980）
    再討論下之前看到的一些問(wèn)題，減速機(jī)的慣量，聯(lián)軸器的慣量怎么處理？
    對(duì)于減速機(jī)，一般情況下，很多廠商根本不會(huì)提供他們產(chǎn)品的慣量，想要計(jì)算都無(wú)從入手。但是如果有提供，這個(gè)慣量應(yīng)該是相對(duì)于輸入端而言，也就是要b=《負(fù)載慣量/（減速比的平方）》+《減速機(jī)慣量》。
    對(duì)于聯(lián)軸器，要看情況，如果一個(gè)小扭矩的場(chǎng)合，用的一個(gè)鋁合金聯(lián)軸器幾百克，然后我們聯(lián)軸器放在哪里？放在減速機(jī)后面，也就是如果考慮的話，現(xiàn)在的b=《負(fù)載慣量/（減速比的平方）》+《聯(lián)軸器慣量/（減速比的平方）》，后面這個(gè)值只有在聯(lián)軸器本身很大體積很大質(zhì)量，它才是一個(gè)需要我們注意的值。這個(gè)處理方法，其實(shí)還是我們常用的，依據(jù)精度需求，適當(dāng)?shù)睾鲆曇恍┮蛩赜绊憽?br />     綜上，這個(gè)是我本人對(duì)慣量的一份理解，請(qǐng)各位機(jī)友過(guò)目斧正。

補(bǔ)充內(nèi)容 (2024-8-11 13:59):
慣性矩的叫法其實(shí)我不太贊同，很容易跟抗彎的I混淆。從個(gè)人觀點(diǎn)，我們?cè)诮?jīng)典力學(xué)里面用的F=ma，m叫做《慣性質(zhì)量》，而對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)公式的T=Jα（阿爾法），J叫做《質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量》是比較好的對(duì)比。

補(bǔ)充內(nèi)容 (2024-8-12 16:24):
@599142655提到的是一個(gè)應(yīng)用問(wèn)題，也是從能量角度去看待質(zhì)量m和慣量J。
能量才是運(yùn)動(dòng)的核心，相同的運(yùn)動(dòng)速度，質(zhì)量越大動(dòng)能越大。這個(gè)準(zhǔn)則是線性+旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)都適用。

補(bǔ)充內(nèi)容 (2024-8-12 16:26):
對(duì)比兩者的公式組，不難發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)多了一個(gè)尺寸指標(biāo)，質(zhì)量是kg，慣量是kg*m^2，這個(gè)m^2其實(shí)是旋轉(zhuǎn)中心到物體的一個(gè)尺寸。
抽象一點(diǎn)，可以說(shuō)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是線性運(yùn)動(dòng)的升維，從這個(gè)方面去理解也更容易看出兩者的統(tǒng)一

補(bǔ)充內(nèi)容 (2024-8-12 17:13):
今天還看到慣量比折算時(shí)減速比的影響。
提供一個(gè)角度，還是一端電機(jī)一端負(fù)載的模型。想象下沒(méi)有減速比，那么電機(jī)一圈負(fù)載一圈。引入減速比后，電機(jī)1圈負(fù)載0.2圈，相當(dāng)于負(fù)載的旋轉(zhuǎn)半徑變小5倍，旋轉(zhuǎn)更集中了。

EnochGo

EnochGo 發(fā)表于 2024-8-11 11:03
首先說(shuō)結(jié)論吧，電機(jī)手冊(cè)的慣量跟出力軸尺寸無(wú)關(guān)。你可以轉(zhuǎn)變下思路，把這幾個(gè)物理量跟實(shí)際運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來(lái)，這 ...

    后話，慣量計(jì)算方法，慣量單位是kg*mm^2，相同質(zhì)量的物體，如果我們讓他沿著不同的中心轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)物體的質(zhì)量中心到旋轉(zhuǎn)中心的距離，就干系到物體的慣量。樓主被電機(jī)出力軸尺寸困擾的一點(diǎn)，就是少了一步共識(shí)，手冊(cè)上的電機(jī)慣量，就是認(rèn)為電機(jī)沿軸線旋轉(zhuǎn)這個(gè)運(yùn)動(dòng)中，電機(jī)本身的一個(gè)慣量特性。
    同樣對(duì)比線性運(yùn)動(dòng)中的質(zhì)量，為什么質(zhì)量那么簡(jiǎn)單，而慣量很容易混淆呢？因?yàn)閷?duì)于線性運(yùn)動(dòng)，物體只能有一種運(yùn)動(dòng)，無(wú)論是往左邊跑還是右邊跑，我都是在一條線上。而對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，我們?nèi)绻�只在一個(gè)平面上看，物體可以自己轉(zhuǎn)圈圈，也可以圍著a點(diǎn)轉(zhuǎn)，還可以圍著b點(diǎn)轉(zhuǎn)，這個(gè)旋轉(zhuǎn)中心就干系到慣量的計(jì)算。

EnochGo

@逐夢(mèng)2020
如果是說(shuō)電機(jī)本身運(yùn)轉(zhuǎn)的加減速特性，確實(shí)跟它的慣量有關(guān)。
但是我們放在傳動(dòng)設(shè)計(jì)里面去考慮，其實(shí)加減速時(shí)間是有一個(gè)大概的范圍，這個(gè)范圍我們公司內(nèi)部一般定在0.3-0.8s之間，這個(gè)是電氣部門去給定的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。我這邊其實(shí)偏結(jié)構(gòu)工作，所以沒(méi)有細(xì)究這個(gè)數(shù)值的測(cè)試方法。我在網(wǎng)上看到一些網(wǎng)友分享的也大概在0.1-1s之間，這個(gè)主要是兩方面，一個(gè)是電機(jī)加速一般是超額定扭矩工作，過(guò)大的加速時(shí)間是一個(gè)異常的工況。另外一個(gè)是受限于電機(jī)本身特性，以及控制器的問(wèn)題，加速時(shí)間沒(méi)辦法無(wú)限短。
至于你說(shuō)的加減速時(shí)間怎么確認(rèn)，我們一般都是選0.5，然后根據(jù)這個(gè)加減速時(shí)間+負(fù)載行程要求，去初步選型電機(jī)選型結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)運(yùn)動(dòng)曲線去核算瞬時(shí)功率，如果瞬時(shí)功率沒(méi)有超出我們的標(biāo)準(zhǔn)（小于3倍的額定功率）。那么下一步檢查下這個(gè)運(yùn)動(dòng)曲線下的總耗時(shí)，如果耗時(shí)太高，那就嘗試下探加速時(shí)間，改成0.3s看末端執(zhí)行結(jié)構(gòu)能不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
當(dāng)然這部分只是設(shè)計(jì)計(jì)算，后面還要校核強(qiáng)度，這個(gè)過(guò)程不是一步步來(lái)的，滿足不了一個(gè)指標(biāo)就回頭看哪里可以改，換電機(jī)改減速比去匹配慣量，結(jié)構(gòu)尺寸放大來(lái)保證強(qiáng)度。
這個(gè)設(shè)計(jì)模式其實(shí)是很標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械手冊(cè)設(shè)計(jì)方法，搞機(jī)這一行，很多東西不懂的話，靜下心去消化手冊(cè)里的內(nèi)容是最好的，當(dāng)然還要結(jié)合實(shí)際環(huán)境，有條件就是做測(cè)試去驗(yàn)證。

hl90

步進(jìn)電機(jī)的零件結(jié)構(gòu)，電機(jī)的永磁鐵是粘在軸上的，很牢固，我用的80的大錘砸出來(lái)的

走在大路上

要精確，分別算求和

棲格瑪

軸的尺寸會(huì)影響慣量，但是電機(jī)廠家在設(shè)計(jì)之初會(huì)把轉(zhuǎn)子和軸的慣量考慮進(jìn)去，在選型的時(shí)候按負(fù)載慣量匹配即可

加肥貓devil

步進(jìn)電機(jī)選型手冊(cè)上就有電機(jī)本身的慣量啊，不需要管軸粗多少，這個(gè)慣量是包含了轉(zhuǎn)子和軸的吧，供應(yīng)商是提供的，我們只需要算自己工況的慣量然后去比對(duì)就可以了。

溫嶺第一機(jī)械師

樓上有個(gè)大佬  學(xué)習(xí)一下

599142655

一般只有伺服系統(tǒng)才會(huì)考慮慣量。因?yàn)樗欧�系統(tǒng)要控制精度，需要盡快完成運(yùn)動(dòng)。加速和減速時(shí)間都有要求。普通電機(jī)一般定速都是連續(xù)運(yùn)行。只要功率夠大就行。不用考慮減速。