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    深度解析伺服系統選型及調試中行星減速機慣量問題



    導讀:

          隨著自動化技術的不斷進步,越來越多的自動化機械設備制造商選擇精度更高的伺服傳動系統,而在此對于伺服系統選型及調試中行星減速機慣量問題一直是產品研發工程師頭疼的問題,本文參照宇鑫伺服專用行星減速機設計生產原理,結合慣量各方面的問題加以解讀。

    深度解析伺服系統選型及調試中行星減速機慣量問題



        在伺服系統選型時,除考慮電機的扭矩和額定速度等等因素外,我們還需要先計算得知機械系統換算到電機軸的慣量,再根據機械的實際動作要求及加工件質量要求來具體選擇具有合適慣量大小的電機;在調試時,正確設定慣量比參數是充分發揮機械及伺服系統最佳效能的前提。此點在要求高速高精度的系統上表現尤為突出,這樣,就有了慣量匹配的問題。


    1、根據牛頓第二定律:
        “進給系統所需力矩T = 系統傳動慣量J × 角加速度θ角”。
    加速度θ影響系統的動態特性,θ越小,則由控制器發出指令到系統執行完畢的時間越長,系統反應越慢。如果θ變化,則系統反應將忽快忽慢,影響加工精度。由于馬達選定后最大輸出T值不變,如果希望θ的變化小,則J應該盡量小。

    2、進給軸的總慣量“J=伺服電機的旋轉慣性動量JM + 電機軸換算的負載慣性動量JL。
         負載慣量JL由(以平面金切機床為例)工作臺及上面裝的夾具和工件、螺桿、聯軸器等直線和旋轉運動件的慣量折合到馬達軸上的慣量組成。 JM為伺服電機轉子慣量,伺服電機選定后,此值就為定值,而JL則隨工件等負載改變而變化。如果希望J變化率小些,則最好使JL所占比例小些,這也就是通俗意義上我們所講的“慣量匹配”。傳動慣量對伺服系統的精度,穩定性,動態響應都有影響。慣量大,系統的機械常數大,響應慢,會使系統的固有頻率下降,容易產生諧振,因而限制了伺服帶寬,影響了伺服精度和響應速度,慣量的適當增大只有在改善低速爬行時有利,因此,機械設計時在不影響系統剛度的條件下,應盡量減小慣量。衡量機械系統的動態特性時,慣量越小,系統的動態特性反應越好;慣量越大,馬達的負載也就越大,越難控制,但機械系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JM大小關系有不同的要求,但大多要求JL與JM的比值小于十以內。

        總之,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。 對于基礎金屬切削機床,對于伺服電機來說,一般負載慣量建議應小于電機慣量的5倍。

        慣量匹配對于電機選型很重要的,同樣功率的電機,有些品牌有分輕慣量,中慣量,或大慣量。其實負載慣量最好還是用公式計算出來。常見的形體慣量計算公式在以前學的書里都有現成的(可以去查機械設計手冊)。至于電機慣量,電機樣本手冊上都有標注。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,作為理論設計中的計算的參考。畢竟在設計階段,很多類似摩擦系數之類的參數只能根據經驗來猜,不可能準確。 理論設計中的計算的公式:(僅供參考)通常將轉動慣量J用飛輪矩GD2來表示,它們之間的關系為J=mp^2=GD^2/4g。式中m與G-轉動部分的質量(kg)與重量(N);D-慣性半徑與直徑(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,理論與實際總會有偏差的,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,相對我們的經驗公式要準確一些。

        關于摩擦系數,一般電機選擇只是考慮一個系數加到計算過程中,在電機調整時通常都不會考慮。不過,如果這個因素很大,或者講,足以影響電機調整,有些日系通用伺服,據稱有一個參數是用來專門測試的,至于是否好用,本人沒有用過,估計應該是好用的。可能有些朋友覺的:太復雜了!實際情況是,某品牌的產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。在選擇好機械傳動方案以后,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:
    馬達最大轉速>系統所需之最高移動轉速。
    馬達的轉子慣量與負載慣量相匹配
    連續負載工作扭力≤馬達額定扭力
    馬達最大輸出扭力>系統所需最大扭力(加速時扭力)

       2、選型計算:
    慣量匹配計算(JL/JM)
    回轉速度計算(負載端轉速,馬達端轉速)
    負載扭矩計算(連續負載工作扭矩,加速時扭矩)
        宇鑫伺服專用行星減速機,內部齒輪采用20CrMnTi滲碳淬火和磨齒具有體積小、重量輕,承載能力高,使用壽命長、運轉平穩,噪聲低、輸出扭矩大,速比大、效率高、性能安全的特點。兼具功率分流、多齒嚙合獨用的特性。是一種具有廣泛通用性的新型減速機。最大輸入功率可達104kW。適用于起重運輸、工程機械、冶金、礦山、石油化工、建筑機械、輕工紡織、醫療器械、儀器儀表、汽車、船舶、兵器和航空航天等工業部門。了解更多咨訊可關注宇鑫機電官網:http://www.lansungglass.com/或咨詢全國服務熱線:400-887-3358.


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