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转动惯量的单位是什么(转动惯量学习笔记)

时间:2024-11-16 11:00:53

1. 转动惯量的概念

转动惯量(Moment of Inertia)是刚体绕轴转动时惯性(回转物体保持其匀速圆周运动或静止的特性)的量度,用字母I或J表示。转动惯量的SI单位为kg·m²。对于一个质点,I=mr²,其中,m是其质量,r是质点和转轴的垂直距离。

转动惯量在旋转动力学中的角色相当于线性动力学中的质量可形象地理解为一个物体对于旋转运动的惯性。

2.惯量是伺服电机的一个重要指标

惯量[inertia]是物质(物体)运动的惯性量值。其惯性大小的物理量,J= ∫ r^2 dm 其中r为转动半径,m为刚体质量惯量,也是伺服电机的一项重要指标。它指的是转子本身的惯量,对于电机的加减速来说相当重要。

转动惯量对伺服系统的精度、稳定性、动态响应都有不小影响,尤其是在负载加速和减速的过程中 。伺服系统应用中,折算到电机轴的负载惯量与电机的惯量之比不能过大,必须合理取值,否则,系统一般会出现振荡甚至控。

2.1 伺服电机的惯量

它指的是转子本身的惯量,对于电机的加减速来说相当重要。

电机的转子惯量是电机本身的一个参数。单从响应的角度来讲,电机的转子惯量应越小为好。但是,电机总是要接负载的,负载一般可分为二大类,一类为负载转矩,一类为负载惯量。

2.2 伺服电机惯量的意义

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,适合于一些轻负载,高速定位的场合。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,一般有理论计算公式。

2.3 影响因素——负载惯量

影响伺服电机响应的主要是负载惯量。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1:1,最大不可超过5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1或较小。当负载惯量确实比较大,机械设计不可能使负载惯量与电机转子惯量之比小于5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。

3.惯量匹配的含义

对于一个特定的电动机,如果采用减速机构,使归算到电动机轴上的负载惯量与电动机的惯量相匹配(负载惯量等于电机惯量,即惯量比为1),在忽略减速器所增加的惯量和效率损失的情况下,系统就能实现最佳的功率传输,并能得到最大的负载加速度,这就是惯量匹配的涵义。

3.1伺服电机选型时,为什么要惯量匹配?

惯量匹配其实就是个综合衡量的问题,驱动电机和负载依靠紧固件连接,传递过程是个碰撞过程,惯量比过大类似于小球撞击大球,连接部位肯定要引起冲击振动;惯量比过小类似于大球撞击小球,连接部位也容易一起振动,而且大马拉小车能量浪费。比较理想的惯量比是1:1,两个相同大小的球完全弹性碰撞对连接部分冲击最小,能量传递最快,但是这样电机的成本过高,工程上通常惯量比3-10左右是比较理想的。

4.常见几何体的惯量计算

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