伺服电机惯量问题
伺服电机惯量匹配
伺服电机惯量问题在伺服系统选型及调试中，常会碰到惯量问题。
其具体表现为：在伺服系统选型时，除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外，我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量，再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机；在调试时，正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前提。
此点在要求高速高精度的系统上表现尤为突出，这样，就有了惯量匹配的问题。
一、什么是“惯量匹配”？1、根据牛顿第二定律：“进给系统所需力矩T = 系统传动惯量J ×角加速度θ角”。
加速度θ影响系统的动态特性，θ越小，则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长，系统反应越慢。
如果θ变化，则系统反应将忽快忽慢，影响加工精度。
由于马达选定后最大输出T值不变，如果希望θ的变化小，则J 应该尽量小。
2、进给轴的总惯量“J＝伺服电机的旋转惯性动量JM ＋电机轴换算的负载惯性动量JL。
负载惯量JL由（以平面金切机床为例）工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成。
JM为伺服电机转子惯量，伺服电机选定后，此值就为定值，而JL则随工件等负载改变而变化。
如果希望J变化率小些，则最好使JL所占比例小些。
这就是通俗意义上的“惯量匹配”。
二、“惯量匹配”如何确定？传动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态响应都有影响。
惯量大，系统的机械常数大，响应慢，会使系统的固有频率下降，容易产生谐振，因而限制了伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度，惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利，因此，机械设计时在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。
衡量机械系统的动态特性时，惯量越小，系统的动态特性反应越好；惯量越大，马达的负载也就越大，越难控制，但机械系统的惯量需和马达惯量相匹配才行。
不同的机构，对惯量匹配原则有不同的选择，且有不同的作用表现。
不同的机构动作及加工质量要求对JL与JM大小关系有不同的要求，但大多要求JL与JM的比值小于十以内。
伺服电机负载惯量比计算方法以及影响
伺服电机负载惯量比计算方法以及影响惯量就是刚体绕轴转动的惯性的度量，转动惯量是表征刚体转动惯性大小的物理量。
它与刚体的质量、质量相对于转轴的分布有关。
（刚体是指理想状态下的不会有任何变化的物体），选择的时候遇到电机惯量，也是伺服电机的一项重要指标。
它指的是伺服电机转子本身的惯量，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。
负载惯量的计算由电机驱动的所有运动部件，无论旋转运动的部件，还是直线运动的部件，都成为电机的负载惯量。
电机轴上的负载总惯量可以通过计算各个被驱动的部件的惯量，并按一定的规律将其相加得到。
1）圆柱体惯量如滚珠丝杠，齿轮等围绕其中心轴旋转时的惯量可按下面公式计算：J=（πγ/32）*D4L（kg cm2）如机构为钢材，则可按下面公式计算：J=（0.78*10-6）*D4L（kg cm2）式中：γ材料的密度（kg/cm2）D圆柱体的直经（cm）L圆柱体的长度（cm）2）轴向移动物体的惯量工件，工作台等轴向移动物体的惯量，可由下面公式得出：J=W*（L/2π）2 （kg cm2）式中：W直线移动物体的重量（kg）L电机每转在直线方向移动的距离（cm）3）圆柱体围绕中心运动时的惯量：圆柱体围绕中心运动时的惯量属于这种情况的例子：如大直经的齿轮，为了减少惯量，往往在圆盘上挖出分布均匀的孔这时的惯量可以这样计算：J=Jo+W*R2（kg cm2）式中：Jo为圆柱体围绕其中心线旋转时的惯量（kgcm2）W圆柱体的重量（kg）R旋转半径（cm）4）相对电机轴机械变速的惯量计算将上图所示的负载惯量Jo折算到电机轴上的计算方法如下：J=（N1/N2）2Jo式中：N1 N2为齿轮的齿数负载、电机惯量比有什么影响？理论上说，系统惯量（包括伺服电机+负载）越大，响应时间越慢。
但是电机的惯量是在设计的时候已经考虑过的。
标称的响应时间也是考虑惯量以后的精度和响应时间。
电机惯量是指物体绕某一轴的转动，一般来说绕x轴转动用Ix表示。
减速机与伺服电机的惯量计算
减速机与伺服电机的惯量计算减速机和伺服电机是我们经常使用的工业机械设备，在很多行业中都有广泛应用。
在设计和选型这两种设备时，我们需要考虑到它们的惯量。
下面将从以下几个方面来介绍减速机和伺服电机的惯量计算方法。
一、减速机的惯量计算减速机是将电机的高速低扭转换为低速高扭输出的装置。
在计算减速机惯量时，需要知道减速机的转动惯量，通过公式可以计算出来。
1.计算传动部分的惯量传动部分包括传动齿轮，连轴器等机构的惯量。
通常采用质量乘以半径的平方公式计算，并将结果转换为转动惯量。
例如，如果连轴器的质量为0.5千克，半径为5厘米，则其转动惯量为0.000625 kg·m²。
2.计算减速器齿轮的惯量减速器的内部齿轮也会给减速器带来一定的转动惯量。
可以将其转动惯量计算为齿轮的质量乘以半径的平方，然后除以齿轮的速比平方。
例如，如果齿轮质量为1千克，半径为10厘米，速比为40，则可以得到其转动惯量为0.025 kg·m²。
3.计算输出轴的惯量输出轴的转动惯量可以通过将其质量乘以半径的平方来计算，跟传动部分的公式类似。
例如，如果输出轴的质量为10千克，半径为15厘米，则其转动惯量为3.375 kg·m²。
二、伺服电机的惯量计算伺服电机是一种控制精度高，运转稳定的电机设备。
在伺服电机的设计和工作中，惯量也是一个非常重要的参数。
惯量越小，转速和位置就更容易控制。
下面介绍如何计算伺服电机的转动惯量。
1.计算电机惯量电机的转动惯量可以通过将电机的质量乘以半径的平方计算得出。
例如，电机质量为2千克，半径为10厘米，则其转动惯量为0.02 kg·m²。
2.计算驱动部分惯量驱动部分通常包括齿轮、皮带等传动装置，以及电机轴端的编码器等。
驱动部分的转动惯量可通过上述公式计算得出。
3.计算工作部件惯量工作部件通常指电机所带动的轴，例如平移轴、倾斜轴等。
其转动惯量也可通过使用公式来计算。
伺服电机的转矩 惯量计算公式
伺服电机的转矩惯量计算公式伺服电机的转矩惯量计算公式在探讨伺服电机的转矩和惯量计算公式之前，我们先来了解一下什么是伺服电机。
伺服电机是一种能够精准控制位置、速度和加速度的电机，通常被广泛应用于自动化设备、机器人、数控机床等领域。
它具有高速度、高精度和高可靠性的特点，因此在工业生产中扮演着非常重要的角色。
1. 伺服电机的转矩伺服电机的转矩是指电机在运动时所产生的力矩，通常用来描述电机的输出能力。
伺服电机的转矩大小直接影响着其可驱动的负载，因此在实际应用中，我们需要准确地计算出伺服电机的转矩。
在伺服电机的转矩计算中，有一个重要的概念需要引入，那就是转矩常数。
转矩常数是描述电机输出转矩与输入电流之间关系的参数，通常用KT表示。
它的单位是N·m/A，表示在给定电流下电机能够输出的转矩大小。
转矩常数的计算方法是通过实际测试得到的，可以通过将电机固定在特定的支架上，给定一定的电流，测量电机输出的转矩大小，然后通过计算得到转矩常数。
在实际应用中，获取准确的转矩常数对于伺服电机的控制非常重要。
2. 伺服电机的惯量在伺服电机的转矩计算中，还有一个重要的参数需要引入，那就是惯量。
惯量是描述物体抵抗运动状态改变的能力，通常用J表示，单位是kg·m²。
对于伺服电机来说，惯量越大，表示电机对于速度和位置的改变越难，因此其加速度和减速度就会越小。
在伺服电机的惯量计算中，通常有两种情况需要考虑，一种是转动惯量，另一种是质量惯量。
转动惯量描述了物体绕其旋转轴旋转的惯性，通常用Jr表示；而质量惯量描述了物体对于线性运动的惯性，通常用Jm表示。
在实际应用中，我们需要根据伺服电机的实际结构和运动方式来计算出相应的惯量值。
3. 伺服电机的转矩惯量计算公式在实际应用中，我们需要根据伺服电机的转矩和惯量参数来计算其所需的控制参数，从而实现精准的控制。
伺服电机的转矩和惯量计算公式如下：控制所需的转矩 = 负载转矩 + 加速度转矩 + 摩擦转矩 + 重力转矩其中，负载转矩表示外部负载对电机所产生的转矩，通常由实际应用中的载荷参数计算得到；加速度转矩表示电机在加速和减速过程中产生的转矩，可以通过伺服电机的惯量和加速度参数来计算得到；摩擦转矩表示电机在运动中克服摩擦力所产生的转矩；重力转矩表示电机在垂直方向上所受到的重力影响所产生的转矩。
伺服电机负载惯量比计算方法以及影响
伺服电机负载惯量比计算方法以及影响计算方法：1.直接测量法：直接测量法是指在实际应用中，通过测量伺服电机轴承上负载物体的质量和距离来计算负载惯量比。
具体步骤如下：(1)将负载物体（如负载的转子或传动装置）放在电机输出轴上。
(2) 测量负载物体的质量，单位为kg。
(3)测量负载物体距离轴心的距离，单位为m。
(4)计算负载物体的转动惯量Jl，计算公式为：Jl=m*r^2，其中m为负载物体的质量，r为负载物体距离轴心的距离。
(5) 测量电机自身的转动惯量Jm，单位为kg*m^2(6)计算负载惯量比K，计算公式为：K=Jl/Jm。
2.间接计算法：间接计算法是指通过伺服电机的参数和负载物体参数来计算负载惯量比。
具体步骤如下：(1) 测量伺服电机的转动惯量Jm，单位为kg*m^2(2) 了解负载物体的转动惯量Jl，单位为kg*m^2(3)计算负载惯量比K，计算公式为：K=Jl/Jm。
影响因素：1.负载物体的质量和转动惯量：负载物体越重，负载惯量比越大。
2.负载物体距离电机轴心的距离：负载物体的距离越大，负载惯量比越大。
3.伺服电机本身的转动惯量：转动惯量越大，负载惯量比越小。
4.控制系统的响应速度：负载惯量比越大，控制系统的响应速度越慢。
5.伺服电机的额定转速和额定负载：额定转速越高，额定负载越大，负载惯量比越小。
6.动态响应要求：对速度和位置的要求越高，负载惯量比越小。
综上所述，伺服电机负载惯量比的计算方法主要有直接测量法和间接计算法，而影响该比值的因素包括负载物体的质量、转动惯量、距离轴心的距离，伺服电机自身的转动惯量，控制系统的响应速度，以及动态响应要求等。
伺服电机的转子惯量
伺服电机的转子惯量伺服电机的转子惯量是电机设计和使用中很重要的一个参数，它直接关系到电机的控制性能和响应能力。
本文将详细介绍伺服电机的转子惯量的定义、计算方法、影响因素以及优化方法。
一. 定义伺服电机的转子惯量是指电机转子固有的惯性矩，它表示电机对于转速变化所表现出的惯性特性。
一般来说，转子惯量越大，电机的响应性能越差，控制难度也越大。
二. 计算方法伺服电机转子惯量的计算可以采用多种方法，其中比较常用的方法包括动态法和静态法。
1. 动态法动态法计算转子惯量的思路是将电机加速到一定速度，然后停电，记录电机在停电后继续旋转的时间和加速度，通过运动学方程可得出电机转子的惯性矩。
公式如下：J = τ / α其中，J为转子惯量，τ为电机停电后继续旋转的转矩，α为电机停电后继续旋转的加速度。
2. 静态法静态法计算转子惯量的思路是将电机旋转到一定速度，然后施加一定大小的扭矩，记录电机的加速度和加速时间，通过牛顿第二定律可得出电机转子的惯性矩。
公式如下：J = T / (ω2 - ω1)其中，J为转子惯量，T为施加的扭矩，ω1和ω2分别为电机起始和结束的转速。
三. 影响因素伺服电机转子惯量的大小受到多种因素的影响，主要包括电机结构、材料、质量和工作状态等因素。
1. 结构电机结构的复杂度、定子和转子的形状、定位方式等因素都会影响电机转子惯量的大小。
一般来说，定子和转子的惯性矩越接近，电机转子惯量就越小。
2. 材料电机转子的材料也会对其惯性矩产生影响，一般来说，质量越大的材料转子惯量越大。
同时，材料的弹性模量、热膨胀系数等物理特性也会对电机转子惯量产生影响。
3. 质量电机转子的质量也是影响其惯性矩的一个重要因素，除了质量本身的大小外，质量的分布情况也很重要。
如果电机转子的质量分布不均匀，则转子惯量也会增加。
4. 工作状态电机的工作状态也会对其转子惯量产生影响。
不同的工作条件下，电机的转子惯量也可能会产生变化。
四. 优化方法为了优化伺服电机的转子惯量，可以采用以下方法：1. 优化材料采用质量轻、强度高的材料可以有效减小电机转子的惯性矩，提高电机的相应能力。
伺服电机惯量的选择
伺服电机惯量的选择伺服电机的小惯量的高速往复好,大惯量的本身惯量大,机床上用好点.伺服电机需要惯量匹配,日系列10倍与电机惯量左右(不同品牌有差异),欧系的20左右. 一般来说欧系的惯量都小,因为他们电机做的是细长的.转动惯量=转动半径*质量。
我们在选择合适的伺服电机的使用常常会遇到扭力选择和惯量选择,对于扭矩的计算相对简单,只需要知道负载重量和传动方式一般能很快的计算出电机所需要力矩,选型的时候再适当放大,留些余量就可以了.惯量就是刚体绕轴转动的惯性的度量，转动惯量是表征刚体转动惯性大小的物理量。
它与刚体的质量、质量相对于转轴的分布有关。
（刚体是指理想状态下的不会有任何变化的物体）,选择的时候遇到电机惯量，也是伺服电机的一项重要指标。
它指的是伺服电机转子本身的惯量，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。
如果你的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，一般的选型手册上有相关的能量计算公式，比较复杂，这里就不详列了。
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。
当负载惯量确实很大，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。
「计算」电机选型计算中的惯量详解
“旺材电机与电控”提醒您不要走开，文末有福利！在伺服系统选型及调试中，常会碰到惯量问题。
其具体表现为：在伺服系统选型时，除考虑电机的 扭矩和额定速度等等因素外，我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量，再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机；在调试时，正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前提。
此点在要求高速高精度的系统上表现尤为突出，这样，就有了惯量匹配的问题。
一、什么是“惯量匹配”？1、根据牛顿第二定律：“进给系统所需力矩T = 系统传动惯量J × 角加速度θ角”。
加速度θ影响系统的动态特性，θ越小，则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长，系统反应越慢。
如果θ变化，则系统反应将忽快忽慢，影响加工精度。
由于马达选定后最大输出T值不变，如果希望θ的变化小，则J应该尽量小。
2、进给轴的总惯量“J＝伺服电机的旋转惯性动量JM ＋ 电机轴换算的负载惯性动量JL 。
负载惯量JL由（以平面金切机床为例）工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成。
JM为伺服电机转子惯量，伺服电机选定后，此值就为定值，而JL则随工件等负载改变而变化。
如果希望J变化率小些，则最好使JL所占比例小些。
这就是通俗意义上的“惯量匹配”。
二、“惯量匹配”如何确定？传动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态响应都有影响。
惯量大，系统的机械常数大，响应慢，会使系统的固有频率下降，容易产生谐振，因而限制了伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度，惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利，因此，机械设计时在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。
衡量机械系统的动态特性时，惯量越小，系统的动态特性反应越好；惯量越大，马达的负载也就越大，越难控制，但机械系统的惯量需和马达惯量相匹配才行。
不同的机构，对惯量匹配原则有不同的选择，且有不同的作用表现。
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伺服电机惯量问题
在伺服系统选型及调试中，常会碰到惯量问题。
其具体表现为：
在伺服系统选型时，除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外，我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量，再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机；在调试时，正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前提。
此点在要求高速高精度的系统上表现尤为突出，这样，就有了惯量匹配的问题。
一、什么是“惯量匹配”？
1、根据牛顿第二定律：“进给系统所需力矩T = 系统传动惯量
J ×角加速度θ角”。
加速度θ影响系统的动态特性，θ越小，
则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长，系统反应
越慢。
如果θ变化，则系统反应将忽快忽慢，影响加工精度。
由于马达选定后最大输出T值不变，如果希望θ的变化小，
则J应该尽量小。
2、进给轴的总惯量“J＝伺服电机的旋转惯性动量JM ＋电机轴
换算的负载惯性动量JL。
负载惯量JL由（以平面金切机床为
例）工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和
旋转运动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成。
JM为伺服电
机转子惯量，伺服电机选定后，此值就为定值，而JL则随工
件等负载改变而变化。
如果希望J变化率小些，则最好使JL
所占比例小些。
这就是通俗意义上的“惯量匹配”。
二、“惯量匹配”如何确定？
传动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态响应都有影响。
惯量大，系统的机械常数大，响应慢，会使系统的固有频率下降，容易产生谐振，因而限制了伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度，惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利，因此，机械设计时在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。
衡量机械系统的动态特性时，惯量越小，系统的动态特性反应越好；惯量越大，马达的负载也就越大，越难控制，但机械系统的惯量需和马达惯量相匹配才行。
不同的机构，对惯量匹配原则有不同的选择，且有不同的作用表现。
不同的机构动作及加工质量要求对JL与JM 大小关系有不同的要求，但大多要求JL与JM的比值小于十以内。
一句话，惯性匹配的确定需要根据机械的工艺特点及加工质量要求来确定。
对于基础金属切削机床，对于伺服电机来说，一般负载惯量建议应小于电机惯量的5倍。
惯量匹配对于电机选型很重要的，同样功率的电机，有些品牌有分轻惯量，中惯量，或大惯量。
其实负载惯量最好还是用公式计算出来。
常见的形体惯量计算公式在以前学的书里都有现成的（可以去查机械
飞轮惯量=速度变化率*飞轮距/375
当然，理论与实际总会有偏差的，有些地区（如在欧洲），一般是采用中间值通过实际测试得到。
这样，相对我们的经验公式要准确一些。
不过，在目前还是需要计算的，也有固定公式可以去查机械设计手册的。
四、关于摩擦系数？
关于摩擦系数，一般电机选择只是考虑一个系数加到计算过程中，在电机调整时通常都不会考虑。
不过，如果这个因素很大，或者讲，足以影响电机调整，有些日系通用伺服，据称有一个参数是用来专门测试的，至于是否好用，本人没有用过，估计应该是好用的。
有网友发贴说，曾有人发生过这样的情况：设计时照搬国外的机器，机械部分号称一样，电机功率放大了50%选型，可是电机转不动。
因为样机的机械加工、装配的精度太差，负载惯量是差不多，可摩擦阻力相差太多了，对具体工况考虑不周。
当然，黏性阻尼和摩擦系数不是同一个问题。
摩擦系数是不变值，这点可以通过电机功率给予补偿，但黏性阻尼是变值，通过增大电机功率当然可以缓解，但其实是不合理的。
况且没有设计依据，这个最好是在机械状态上解决，没有好的机械状态，伺服调整完全是一句空话。
还有，黏性阻尼跟机械结构设计、加工、装配等相关，这些在选型时是必须考虑的。
而且跟摩擦系数也是息息相关的，正是因为加工水平不够才造成的摩擦系数不
定，不同点相差较大，甚至技术工人装配水平的差异也会导致很大的差异，这些在电机选型时必须要考虑的。
这样，才会有保险系数，当然归根结底还是电机功率的问题。
五、惯量的理论计算后，微调修正的简单化
可能有些朋友觉的：太复杂了！实际情况是，某品牌的产品各种各样的参数已经确定，在满足功率，转矩，转速的条件下，产品型号已经确定，如果惯量仍然不能满足，能否将功率提高一档来满足惯量的要求？
答案是：功率提高可以带动加速度提高的话，应是可以的。
六、伺服电机选型
在选择好机械传动方案以后，就必须对伺服电机的型号和大小进行选择和确认。
（1）选型条件：一般情况下，选择伺服电机需满足下列情况：
1.马达最大转速＞系统所需之最高移动转速。
2.马达的转子惯量与负载惯量相匹配。
3连续负载工作扭力≤马达额定扭力
4.马达最大输出扭力＞系统所需最大扭力（加速时扭力）
（2）选型计算：
1. 惯量匹配计算（JL/JM）
2. 回转速度计算（负载端转速，马达端转速）
3. 负载扭矩计算（连续负载工作扭矩，加速时扭矩）。