關于電機的討論

wgary

應該跟磁場有關

EnochGo

首先說結論吧，電機手冊的慣量跟出力軸尺寸無關。你可以轉變下思路，把這幾個物理量跟實際運動聯系起來，這個是在中學就教到的方法。

線性運動---《力》                     ---【*質量*】【---線速度--- 線加速度---動量】
旋轉運動---《扭矩//力矩//轉矩》---【*慣量*】【---角速度---角加速度---角動量】

這兩組可以說是在概念上高度對照，我用印象中的知識來解釋一下：
     對于線性運動，質量是一個關于保持靜止/勻速線性運動的特性，力是改變運動狀態的條件【大白話：質量越大也就是東西越重，想要讓他動起來，或者讓他剎住車，需要的力就越大】這個就是我們經常說的慣性，質量可以看作慣性的一個指標；
     對于旋轉運動，慣量是一個關于保持靜止/勻速圓周轉動的特性，而力矩則是改變旋轉運動狀態的條件【大白話：慣量好比在圓周運動里的質量，想要保持靜止或者讓他停轉，慣量越大，需要的力矩就越大】對照上一節說的物體在線性運動中的慣性問題，在旋轉運動中，慣量還有一個名稱叫慣性矩；

     再回到如何看待電機的慣量問題。實際上慣量的單位已經排除了尺寸的影響，在不特意說明的情況下，慣量是指物體沿著它自己的質量中心旋轉時的一個特性。舉個例子：如果兩個物體的慣量相同，它的外形不一定一致，可能一個輕一些但尺寸更大，而另一個中一些但尺寸更小。但對于他們而言，想要達到同樣的運動狀態（假設受力一致），需要的力矩其實都是一樣的。
     看到這里是不是感覺有點跟質量聯系變弱了，好像更復雜了？實際上這兩者還是強相關，區別在于要明白旋轉運動相對線性運動多了一個條件，轉動中心。我們在處理線性運動的時候，已經把一個立體的受力對象抽象成一個質點，所有的質量都集中在這個點上，這個點在一條線上來回跑動，這個就是線性運動。那么到了旋轉運動，我們把原本只在一條線上運動的點，放到一個需要考慮上下左右的平面上，在這個平面上，物體相對于某一個點在做旋轉，假設轉速是60r/min，如果我保持這個中心不變，把這個物體不斷地拉遠，那我們需要讓他保持同樣的轉速，是不是需要的力矩就越來越大。
     這里就引申出來我們在機構慣量匹配中的兩個問題。
     1、對于電機而言，手冊上標出來的慣量就是相對軸心，它本身的結構我們已經不關心了；
     2、對于我們設計的執行端，根據絲杠/帶傳動等等，質量相對于轉動中心的分布是復雜，加上減速比影響，電機轉一圈，后面的結構并不是對應一圈。
    所以在計算慣量比時，我們多了一步《折算到電機軸》。《折算到電機軸》其實就是根據我們后面設計的結構特征，把原本復雜的運動統一成在電機軸這一個旋轉中心的旋轉運動。
    【大白話：不管多復雜，我先把它當成一邊是電機，另一邊是折算后的負載，兩個在一根軸上連著，電機轉一圈，折算后的負載也轉一圈】那么在這種情況下，如果電機的慣量太小，那是不是電機剎住了，軸那邊的負載還能拉著電機再轉一下？這個就又回到我們開頭，把慣量跟質量聯系到一起，一個小質量的物體跟一個大質量的物體，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的時候，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，大馬什么感覺都沒有，輕輕松松。
     這個折算的具體的公式我就不贅述了。另外再偏題一下，慣量比（負載/電機）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？這個解釋其實大家都能想到的，錢！小馬自己也要跑，它跑起來也要看自己的慣量，我們在執行段隨便放點小東西，他可能離電機軸稍微遠一些，對于電機來說就是很大的慣量了。而這么大一個慣量，我電機本身的慣量還想比你大的話，那我不是得選一個巨無霸電機，相對的功率跟工藝導致造價是好幾十倍，這個怎么可以。當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候，第一步就是先找到a《電機的慣量》，這個就是放在軸左邊的【小馬】。第二步是分析執行結構的質量分布情況，根據公式計算負載折算到減速機這里的慣量多大，第三步就是檢查減速比，計算出來《負載慣量/（減速比的平方）》，這個就是b《折算到電機軸的慣量》，而這個b才是我們說的【大車】。最后一步就是計算慣量比=b/a，檢查下到底合不合適。（關于匹配問題，這個可以看論壇上的帖子，講的特別到位http://www.odgf.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=477980）
    再討論下之前看到的一些問題，減速機的慣量，聯軸器的慣量怎么處理？
    對于減速機，一般情況下，很多廠商根本不會提供他們產品的慣量，想要計算都無從入手。但是如果有提供，這個慣量應該是相對于輸入端而言，也就是要b=《負載慣量/（減速比的平方）》+《減速機慣量》。
    對于聯軸器，要看情況，如果一個小扭矩的場合，用的一個鋁合金聯軸器幾百克，然后我們聯軸器放在哪里？放在減速機后面，也就是如果考慮的話，現在的b=《負載慣量/（減速比的平方）》+《聯軸器慣量/（減速比的平方）》，后面這個值只有在聯軸器本身很大體積很大質量，它才是一個需要我們注意的值。這個處理方法，其實還是我們常用的，依據精度需求，適當地忽視一些因素影響。
    綜上，這個是我本人對慣量的一份理解，請各位機友過目斧正。

補充內容 (2024-8-11 13:59):
慣性矩的叫法其實我不太贊同，很容易跟抗彎的I混淆。從個人觀點，我們在經典力學里面用的F=ma，m叫做《慣性質量》，而對于旋轉運動公式的T=Jα（阿爾法），J叫做《質量轉動慣量》是比較好的對比。

補充內容 (2024-8-12 16:24):
@599142655提到的是一個應用問題，也是從能量角度去看待質量m和慣量J。
能量才是運動的核心，相同的運動速度，質量越大動能越大。這個準則是線性+旋轉運動都適用。

補充內容 (2024-8-12 16:26):
對比兩者的公式組，不難發現旋轉運動多了一個尺寸指標，質量是kg，慣量是kg*m^2，這個m^2其實是旋轉中心到物體的一個尺寸。
抽象一點，可以說旋轉運動是線性運動的升維，從這個方面去理解也更容易看出兩者的統一

補充內容 (2024-8-12 17:13):
今天還看到慣量比折算時減速比的影響。
提供一個角度，還是一端電機一端負載的模型。想象下沒有減速比，那么電機一圈負載一圈。引入減速比后，電機1圈負載0.2圈，相當于負載的旋轉半徑變小5倍，旋轉更集中了。

EnochGo

EnochGo 發表于 2024-8-11 11:03
首先說結論吧，電機手冊的慣量跟出力軸尺寸無關。你可以轉變下思路，把這幾個物理量跟實際運動聯系起來，這 ...

    后話，慣量計算方法，慣量單位是kg*mm^2，相同質量的物體，如果我們讓他沿著不同的中心轉動，這個物體的質量中心到旋轉中心的距離，就干系到物體的慣量。樓主被電機出力軸尺寸困擾的一點，就是少了一步共識，手冊上的電機慣量，就是認為電機沿軸線旋轉這個運動中，電機本身的一個慣量特性。
    同樣對比線性運動中的質量，為什么質量那么簡單，而慣量很容易混淆呢？因為對于線性運動，物體只能有一種運動，無論是往左邊跑還是右邊跑，我都是在一條線上。而對于旋轉運動，我們如果只在一個平面上看，物體可以自己轉圈圈，也可以圍著a點轉，還可以圍著b點轉，這個旋轉中心就干系到慣量的計算。

EnochGo

@逐夢2020
如果是說電機本身運轉的加減速特性，確實跟它的慣量有關。
但是我們放在傳動設計里面去考慮，其實加減速時間是有一個大概的范圍，這個范圍我們公司內部一般定在0.3-0.8s之間，這個是電氣部門去給定的一個標準。我這邊其實偏結構工作，所以沒有細究這個數值的測試方法。我在網上看到一些網友分享的也大概在0.1-1s之間，這個主要是兩方面，一個是電機加速一般是超額定扭矩工作，過大的加速時間是一個異常的工況。另外一個是受限于電機本身特性，以及控制器的問題，加速時間沒辦法無限短。
至于你說的加減速時間怎么確認，我們一般都是選0.5，然后根據這個加減速時間+負載行程要求，去初步選型電機選型結構，然后根據運動曲線去核算瞬時功率，如果瞬時功率沒有超出我們的標準（小于3倍的額定功率）。那么下一步檢查下這個運動曲線下的總耗時，如果耗時太高，那就嘗試下探加速時間，改成0.3s看末端執行結構能不能達到設計要求。
當然這部分只是設計計算，后面還要校核強度，這個過程不是一步步來的，滿足不了一個指標就回頭看哪里可以改，換電機改減速比去匹配慣量，結構尺寸放大來保證強度。
這個設計模式其實是很標準的機械手冊設計方法，搞機這一行，很多東西不懂的話，靜下心去消化手冊里的內容是最好的，當然還要結合實際環境，有條件就是做測試去驗證。

hl90

步進電機的零件結構，電機的永磁鐵是粘在軸上的，很牢固，我用的80的大錘砸出來的

走在大路上

要精確，分別算求和

棲格瑪

軸的尺寸會影響慣量，但是電機廠家在設計之初會把轉子和軸的慣量考慮進去，在選型的時候按負載慣量匹配即可

加肥貓devil

步進電機選型手冊上就有電機本身的慣量啊，不需要管軸粗多少，這個慣量是包含了轉子和軸的吧，供應商是提供的，我們只需要算自己工況的慣量然后去比對就可以了。

溫嶺第一機械師

樓上有個大佬  學習一下

599142655

一般只有伺服系統才會考慮慣量。因為伺服系統要控制精度，需要盡快完成運動。加速和減速時間都有要求。普通電機一般定速都是連續運行。只要功率夠大就行。不用考慮減速。