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惯量对电机有影响吗?

文章出处:   责任编辑:   发布时间:2020-06-29 11:41:53    点击数:-   【

为什么会有惯量?这不得不提我们力学的祖师爷牛顿。根据牛顿第一定律,任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态,直到外力迫使它改变运动状态为止。这种物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质,称为惯性。同样对于旋转绕轴转动的刚体,回转物体也有保持其匀速圆周运动或静止的特性。物质(物体)运动的惯性量值中,质量是对物体直线运动时惯性大小的量度;而转动惯量是刚体绕轴转动时惯性的量度。
电机转动惯量与其负载转动惯量,存在一定的匹配关系——电机如同拉车的马,负载如同马车,马和马车必须大小匹配才能获得良好的使用效果。如果小马拉大车,则可能把小马直接累死;如果大马拉小车,则对于马的能力来说,是一种浪费。因此,要根据负载的转动惯量,选用合适的电机,这个过程也称为惯量匹配。举个例子,一辆跑车,一辆土方车,马力都是1000,同样拖了10吨的土,问哪个车启动的快,停的稳?肯定是土方车。另外问,两个车什么都不带,哪个车启动的快?肯定是跑车。这就是负载惯量和电机惯量匹配的关系。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。
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。
对于直线运动的物体,其惯量即为质量;而对于回转运动的物体,其惯量为:I=mr^2(m 表示刚体的某个质元的质量,r 表示该质元到转轴的垂直距离)
(1)、对于细杆
当回转轴过杆的中点并垂直于杆时
 I=mr^2/12;
当回转轴过杆的端点并垂直于杆时
 I=mr^2/3;
(2)、对于圆柱体
当回转轴是圆柱体轴线时
 I=mr^2/2;
(3)、对于细圆环
当回转轴通过环心且与环面垂直时,
 I=mr^2;
当回转轴通过环边缘且与环面垂直时,
 I=2mr^2;

(4)、对于薄圆盘
当回转轴通过中心与盘面垂直时,
I=mr^2/2 ;
当回转轴通过边缘与盘面垂直时,
I=mr^2/1.5;
(5)、对于空心圆柱
当回转轴为对称轴时,
I=(mr1^2+mr2^2)/2
r1和r2分别为其内外半径。
(6)、对于球壳
当回转轴为中心轴时,
 I=mr^2/0.67;
当回转轴为球壳的切线时,
 I=mr^2/1.67;
R为球壳半径。
(7)、对于实心球体
当回转轴为球体的中心轴时,
 I=mr^2/0.4;
当回转轴为球体的切线时,
I=mr^2/1.4;
R为球体半径。

(8)、对于立方体
当回转轴为其中心轴时,
 I=mr^2/6;
当回转轴为其棱边时,
I=mr^2/0.67;
当回转轴为其体对角线时,
I=mr^2/0.1875;

(9)、对于长方体
当回转轴为其中心轴时

 I=(mr1^2+mr2^2)/12

式中r1和r2是与转轴垂直的长方形的两条边长。

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