力矩电动机

力矩电动机（精选五篇）

力矩电动机 篇1

关键词：力矩电动机,选型计算,安装调试,磁场仿真,磨齿机

0 引言

齿轮加工机床是传动原理最为复杂的金属切削机床。自20 世纪80 年代初在齿轮加工中引入数控技术以来,齿轮机床制造商逐渐舍去之前复杂的机械传动机构,用伺服电动机配合高精度数控系统驱动蜗轮蜗杆进行分度传动,有效地缩短了机床传动链,使得齿轮加工精度得到极大提高。

虽然蜗杆传动具有结构紧凑,传动平稳,噪声低的优点,但由于其啮合过程中相对滑动速度较大,导致其磨损发热严重。因此,为了提高散热减小磨损,往往需要使用昂贵的减磨抗磨材料并辅以良好的润滑装置,提高了生产成本。并且由于蜗轮蜗杆加工难度较大,装配误差直接影响传动误差,需要辅助以消隙机构,使得精度提高较为困难。

随着近年来DDR直驱技术的逐渐成熟,直驱力矩电动机在机床回转工作台和分度头架的使用越来越多。使用直接驱动技术后,机床便可省去从原动机到工件之间的所有中间传动环节,使得机床精度从根本上得到了提高。文中就直驱力矩电动机在磨齿机分度头架中的应用做了一些分析。

1 电动机选型计算

控制系统一般分为位置系统、速度系统和张力系统。位置系统用力矩电动机还需要搭配光电编码器、旋转变压器等位置误差测量元件,并且需要同轴连接[1]。YK7125A中力矩电动机用于磨齿机头架分度传动,故应按照位置系统进行计算选用。

磨齿机分度头架主要参数:

1)角加速度换算

由于v=ω×r,两边分别微分得到:

即a线= a角×r,由此得出:

2) 负载摩擦转矩

摩擦力矩Mj与转子的旋转方向相反,可以由滚动轴承的摩擦力近似得到。

其中: u为轴承摩擦系数,r为头架主轴平均半径,此处取55 mm。

3) 负载加速转矩

转矩与角加速度、转动惯量成比例,其方向与加速度的方向相反。

计算得到的负载所需加速转矩为18.72 N·m,为安全考虑取安全因数1.5,得到的实际负载加速转矩为28. 08 N·m。考虑到轴向安装尺寸较小和装配便利性等因素,此处初选轴向尺寸较短的KBM57 型力矩电动机,该电动机的连续失速转矩和峰值失速转矩分别为33.5 N·m、115 N·m。

4) 最大负载转矩

最大负载转矩包括负载摩擦转矩、负载加速转矩、电动机本身的摩擦转矩以及电动机的加速转矩。在初选电动机后查阅产品手册得到电动机摩擦转矩、转动惯量等参数,计算出电动机加速转矩后与负载数据相加即可近似确定最大负载转矩[2]。取安全因数1. 5,得到所需的电动机的峰值失速转矩为1. 5×19. 165 = 28. 75 N·m,小于连续失速转矩,选择符合要求。

2 主轴编码器的选取

由于力矩电动机直接驱动头架主轴,中间没有缓冲环节,因此为了对控制信号作出快速响应,要求系统应具有更高的可控精度。基于以上要求,分度头架采用全闭环控制方式,并在位置环中安装高分辨率的角编码器。由于单轴或双轴的数控旋转精度只能达到0. 1 um,因此在机械设计较为理想的前提下认为工件主轴的控制精度可以达到±0. 001°( ±3. 6″) 。

根据工件主轴的精度需求,最终确定型号为FAGOR S-90000-1024-D - 90 - CC型高分辨率旋转编码器,通过电子细分和编码器自身的4 倍频,该编码器每转可输出360 000 个信号,每个信号周期相当于0. 001° 或3. 6″。考虑信号质量±1% ,则信号的周期最大位置误差约0. 0001,完全满足设计要求。[3,4]。

3 电动机安装调试

如图1 所示,分度头架主轴通过圆锥滚子轴承以两端定位方式固定在箱体中,前端的芯轴组件通过内六角螺钉固定在主轴上,通过上端的紧定螺钉调节芯轴组件与主轴的垂直度并实现固定。主轴的回转由力矩电动机直接驱动,通过转子端盖将主轴与转子相连,定子可通过热装法固定在头架箱体的法兰盘上[4]。主轴尾端装的角编码器采用刚性连接配合柔性悬挂的安装方法,通过两列径向微调螺钉调整编码器与主轴的同轴度并实现刚性固定[5]。最后使用千分表测量主轴的径向跳动,要求跳动在0. 003mm以内,即达到安装精度。

由于实际生产情况和安装环境的不同,头架装配完成后不能立即投入实际生产。

从图2 所示的磨齿检测报告中可以看到,由于没有经过试磨调整,所磨齿轮的齿形齿向均无法达到实际使用标准,尤其是齿向螺旋线误差较大,因此必须对数控系统进行现场调试。

调试内容主要为速度环增益及响应时间常数,通过增大速度增益和提高响应速度的方法减小电动机运行过程中的跟随误差,提高磨齿精度。经过逐次试验,图3 所示的齿形齿向误差均有较大改善,由于力矩电动机代替了原有的分度传动机构,消除了反向间隙,齿距精度能够达到2 级精度,但通过继续改进仍有较大上升空间。

4 电动机二维瞬态磁场仿真

Ansoft Maxwell是一个具有图形化设计界面和强大功能的电磁场有限元分析软件,不同于Ansys电磁分析中复杂的设置,其操作简便的优点使得一般工程技术人员在很短时间内便可掌握,运用到实际设计中。

在实际电磁场分析中,由于所加载的激励是时间、位置、或者速度的函数,且运行过程中的非线性特性必然导致相关参数的非线性变化。这种情况下采用静磁场求解器无法准确描述这类时变问题,因此就需要进行瞬态分析以精确确定参数情况[6]。

通过ANSOFT 14. 0 对力矩电动机进行空载磁场分析,其步骤可分为前处理、运行计算、后处理3 大步。

1) 前处理

包括建力模型、定义及分配材料。为了便于分析,取头架力矩电动机和箱体的截面建立二维模型,模型可以在Ansoft中直接绘制,也可由CAD等软件导入后进行描线和生成面域。此处采取后一种建模方式。由于直接对电动机定子绕组建模比较困难,且此绕组具体形状并不影响磁场仿真结果,因此为了简化建模,将槽中绕组等效为平行于轴线方向放置的一根大铜线。不同于静磁场分析,进行瞬态分析时需要将运动部分与静止部分分离,因此分别建立转子内层面域模型、电动机外层面域模型以及Band模型,Band模型用于将静止物体与运动物体分离开,最终建立的模型如图4 所示。建模完成后需要输入材料的相对磁导率、矫顽力、B-H曲线等参数。

2) 运行计算

主要包括划分网格、设置加载、定义边界条件、设置电动机运动参数、求解参数的设定。通过建立局部坐标系来确定永磁体极性,根据星型绕线法对绕组进行分相,此处分析瞬态空载磁场故设置电流大小为0。对定子面域内的模型进行网格划分时,箱体网格可设置粗糙一些。完成后对箱体边界和转子内圆并对其施加狄里克莱边界条件。最后对Band面域设置Rotation旋转运动,运动围绕坐标系为整体坐标系,设置初始角为5°,转速为30 r/min。

3) 后处理

再通过计算机迭代求解后即可得出电动机在不同时刻的磁场分布图。

如图5 所示力矩电动机空载启动时,大多数磁力线分布在电动机定子内部,穿出电动机定子成为漏磁的仅占很少一部分。磁力线在箱体中呈不规则分布形态,再加上周围环境中的电磁干扰,容易对电动机及周围设备的正常工作造成影响[7]。

为减少电动机的漏磁,通常会将磁轭材料换为具有更高磁导率的材料,也可以改变电动机结构,但最简便的方法是在电动机定子磁轭外侧加装一层铁套,即在电动机内加磁屏蔽罩[8]。

图5 所示为在电动机外加装一5 mm厚铁套后的空载初始时刻磁力线分布情况,由于#10 钢的相对磁导率大于HT250 铸铁,漏磁会在穿过磁导率较高的铁套后进入铸铁箱体,磁力线仍会在箱体内不均匀分布,所以加装铁磁屏蔽的方法无法适用于电动机定子与铁碳合金箱体相接触的情况。

考虑到定子由导磁性能良好的硅钢片叠成,而铝的相对磁导率仅为1 左右。如果在电动机定子外加装一层铝罩代替原来的铁磁屏蔽,则由于铝的高磁阻,磁力线会优先穿回电动机定子而不会向外散射,从而改善电动机磁场分布情况。

图7 为在定子外加装一圈5 mm厚铝罩后空载初始时刻磁力线分布情况,可以看出电动机的漏磁状况明显有所改善,原先不规则分布在箱体中的磁力线呈线均匀分布态势,对于提高力矩电动机工作状况、改善分齿精度有较大帮助。

5 结语

DDR直驱力矩电动机具有定位精度高、输出转矩大、动态响应速度快等优点,通过消除机械传动副间隙,能够从根本上消除机械传动副本身的传动误差、机械传动副本身产生的振动、机械传动带来的柔性,最大限度地降低了机械系统的精度和刚度对定位精度的影响。文中从力矩电动机的选型安装调试等方面介绍了力矩电动机在磨齿机分度头架中的应用,通过实际磨齿检测数据说明力矩电动机在分齿精度方面的优势,为相似类型机床分度头的改进提供了参考。

参考文献

[1]宇捷直流力矩电机制造有限公司.直流力矩电机的选型计算及应用[Z].2012.

[2]科尔摩根.科尔摩根KBM无框电机选型指南[Z].2011.

[3]刘润爱.零传动滚齿机关键技术研究与应用[D].重庆:重庆大学,2006:41-44.

[4]徐盛康.花键轴磨床头架力矩电机装配分析[J].精密制造与自动化,2011,(3):57-64.

[5]张兆祥,王金淦,张四弟,等.高精度编码器安装连接装置:中国,200920035774.2[P].2010-01-6.

[6]赵博,张洪亮.Ansoft 12在工程电磁场中的应用[M].北京:中国水利水电出版社,2010,(1):130.

[7]王海峰,任章.ANSYS在永磁电机设计中的应用[J].中小型电机,2003,30(2):1-3.

力矩电动机 篇2

电动加载系统转动惯量测量及多余力矩消除方法研究

介绍了电动加载系统的系统构成,并分析了加载系统中多余力的产生机理,介绍了对转动惯量的一种动态测量方法,提出了基于这种方法的.测量系统组成及测量算法的实现,并对多余力的消除提出了一种可行的方法.在某飞行器模拟加载系统中,使用此方法进行转动惯量的测量和多余力的消除,取得了较为理想的结果,对电动加载系统的进一步研究具有参考价值.

作 者：高飞 林辉 杜晓岗 Gao Fei Lin Hui Du Xiaogang 作者单位：西北工业大学,陕西,西安,710072刊 名：计算机测量与控制 ISTIC PKU英文刊名：COMPUTER MEASUREMENT & CONTROL年，卷(期)：13(7)分类号：V217.32关键词：电动加载 角加速度 转动惯量 多余力矩

核电闸阀电动执行器力矩调试分析 篇3

在核电厂闸阀被广泛的应用在管道上, 起到对管路的截断和流通的作用, 在阀门能保证性能和寿命的前提下, 阀门的安全性与可靠性取决于电动执行器, 正确的合理应用电动执行器, 才能使电动阀门的安全性、可靠性得到更有效的保障并且保证电厂运行的安全性。

核电厂的运行工况, 一般分为正常运行工况, 异常扰动工况和事故工况。安装在核电厂的电动阀门要能在三种不同工况下都能保证运行的安全性和可靠性, 而安装在阀门上的电动执行器的内部通常有力矩开关和限位开关。限位开关用来控制阀门在正常工况下的开关位置。力矩开关通常具有保护阀门和电动执行器不被损坏的目的。通常闸阀配备多回转电动执行器[1]。

2 电动执行器力矩开关和限位开关在闸阀中的应用

一般应用与核电站中的闸阀有两个种类, 分别是平行板闸阀和楔形板闸阀, 我们都采用多回转的执行器来控制阀门的开关。

对于楔形板闸阀在正常工况下, 在关闭阀门的时刻需要较大的力矩实现密封性, 而开启时刻只需要限位开关限制行程位置即可。而在扰动工况和事故工况下阀门可能处于压力较高的工况下, 因此需要更高的力矩值来对阀门操作。但是这个力矩值过大则会损坏阀杆。因此在扰动和事故工况下开启和关闭阀门都需要力矩开关设定合适的力矩值加以控制。

与楔形板闸阀不同的是平行板闸阀在正常工况下, 开启和关闭阀门都只需要限位开关来限制行程位置即可, 不需要力矩控制。

具体力矩开关和限位开关在不同阀门中的应用见表1。

3 力矩值的分析与计算

阀门在出厂前力矩开关被设定为某个力矩值。此力矩值要通过计算来获得, 通常我们需要计算三个力矩值, 分别是阀门开关需要的力矩值, 阀杆在许用应力下最大能承受的力矩值和阀杆在屈服强度下最大能承受的力矩值[2]。

3.1 阀门工作压差下需要的最小开关力矩值T1。

按正常工况最高工作压力计算出开、关力矩值, 在计算出的开关力矩值中选出最大值作为电装额定扭矩。利用这个力矩值作为电动执行器额定输出力矩范围选择的依据。

F:阀杆的轴向力;Rmf:阀杆螺纹摩擦半径;α:阀杆螺纹升角ψ1:当量摩擦角;f2:轴承摩擦系数;Rm:轴承半径。

3.2 阀杆在许用应力下最大能承受的力矩值T2。

计算阀杆在许用应力S下所能承受的电装输出扭矩。电动执行器输出扭矩超过这个力矩值阀杆将会超应力, 影响阀门的安全性。

S:阀杆材料的许用应力;A:阀杆最小截面面积

其余符号与3.1所述相同。

3.3 阀杆屈服强度下所能承受的最大力矩值T3

计算阀杆在屈服强度Sy或0.7倍抗拉强度Re下阀杆所能承受的电装输出扭矩。电动执行器输出扭矩超过这个力矩值阀杆将会损坏或者扭断。

Sy:阀杆材料的屈服强度;Re:阀杆材料抗拉强度;A:阀杆最小截面面积

其余符号与3.1所述相同。

4 力矩开关的设置方法

4.1 对于平行板闸阀。

4.1.1正常工况。正常工况下, 阀门的开关由限位开关控制, 依据阀门的行程来设定限位开关的位置。4.1.2扰动工况。当出现扰动工况时, 如果介质压力升高, 开启和关闭阀门时, 需要比正常工况下更高的力矩, 此时电动执行器的输出力矩达到T2时, 则受到TLS2力矩开关控制停止执行器工作。4.1.3事故工况。当出现事故工况时, 如果介质压力升高, 开启和关闭阀门时, 需要比扰动工况下更高的力矩, 此时电动执行器的输出力矩达到T3值时, 则受到TLS3力矩开关控制停止工作。

4.2 对于楔形闸阀。

4.2.1正常工况。在正常工况下, 阀门开启需要限位开关的控制, 当达到开启高度的时候, 触碰执行器内部的限位开关, 使执行器停止工作。在阀门关闭的时候执行器需要提供足够大的力矩使密封面处紧密结合, 实现密封性。因此当阀门关闭时需要设定力矩开关TLS1, 当执行器输出扭矩达到这个设置值T1时, 阀门电动执行器停止工作。4.2.2扰动工况。当出现扰动工况时, 如果介质压力升高, 开启阀门时, 需要比正常工况下更高的力矩, 此时电动执行器的输出力矩达到T2值时, 则受到TLS2力矩开关控制停止工作。关闭阀门时, 当执行器输出力矩达到T1值时, 则受到TLS1力矩开关控制停止执行器工作。如果TLS1力矩开关损坏, 那电动执行器继续输出力矩直到达到T2值, 则受到TLS2力矩开关的控制停止执行器工作。4.2.3事故工况。当出现事故工况时, 如果介质压力升高, 开启和关闭阀门时, 需要比扰动工况下更高的力矩, 执行器会通过TLS2力矩开关的控制停止执行器工作, 如果TLS2力矩开关损坏, 此时电动执行器的输出力矩继续增大达到T3值时, 则执行器受到TLS3力矩开关控制停止工作[3,4]。

4.3

因此电动执行器内部的力矩开关的设置可以保证阀门的安全性, 阀门出厂前电动执行器的力矩开关的设置。值如表2所示。

5 结论

通过核电厂不同工况的分析, 计算出电动执行器力矩开关在不同工况下的合理设置值。为电动执行器的力矩开关的设置提供了理论依据。

参考文献

[1]广东核电站培训中心.900MW压水堆核电站系统与设备[M].北京:原子能出版社, 1.

[2]Hibbeler, R.C.<Mechanics of Materials>Version 8.

[3]DL/T641-2005.电站阀门电动执行机构:4.

力矩电动机 篇4

关键词：电动汽车,轮毂电机,转矩分配,横摆力矩控制

引言

由轮毂电机驱动的电动汽车是一种新型的电动汽车驱动方式。由于这种驱动结构相对简单,且使得各车轮驱动力可灵活分配,大幅度提高车辆动力学,所以其已经成为未来电动汽车的发展方向。在电动汽车中,电机控制是整车控制的重点部分,而电机转矩分配控制又是电机控制的这一重点之中的难点。

1、转矩分配控制

电动汽车既可以前轮驱动,亦可以后轮驱动或者四轮驱动,驱动力控制可由电机独立控制,具有快速的转矩响应,从而使电动汽车的驱动控制更加灵活,而且可以提高汽车的操纵稳定性。所以研究电动汽车的转矩分配控制就变得迫在眉睫。

如果可以合理控制每一个电机的驱动力矩或者制动力矩,就可以实现传统内燃机汽车上所有的底盘控制系统,比如ABS、TCS、ESP等系统的功能,而且能够实现制动能量回收,充分利用制动能量,减少消耗。电动轮汽车技术研究的难点在于电子差速和转矩分配,而且电动轮汽车的整车控制设计的核心主要就是这两点,尤其是转矩分配。所以对转矩分配的控制策略研究是本文的重点。

首先,车辆行驶过程中,由于各轮胎与地面间的接触情况不尽相同,且车轮间存在复杂的载荷转移现象,使得各轮胎的附着能力差别很大。而轮毂电机电动汽车可对各车轮的驱动力矩独立控制,由此便实现了根据各轮胎的附着能力进行驱动转矩分配的控制。其中,较常用的一种方法为基于附着裕度进行各车轮间的驱动转矩分配。电动轮汽车的结构简单,可以利用其结构优势,直接通过控制驱动电机让其产生反向的制动转矩,或者减小特定的电动轮驱动转矩,从而产生横摆力矩达到传统ESP的功能。

2、整车动力学模型搭建

为对整车电机驱动转矩控制策略进行研究与分析,首先建立某阿克曼转向轮毂电机电动汽车整车7自由度动力学模型。模型建立时,假设:

车辆质心位于左右对称面上;忽略越野工况,则不考虑车辆的俯仰、侧倾、垂向运动和车轮的垂向运动;假设转向时,两前轮转角相同。

利用牛顿第二定律,对车辆的纵向自由度、侧向自由度、横摆自由度和四个车轮的旋转自由度列动力学方程为:

轮胎旋转:

其中,m为整车质量;Iz为悬挂质量绕z轴的转动惯量,Je为车轮转动惯量,ωij为车轮旋转角速度,Ti为车轮h驱动力矩(制动时为负值),Fzij为地面法向反作用力,f滚动阻力系数,Re为车轮半径。

3、基于最优附着裕度的转矩分配

3.1控制目标

本文将以最优附着裕度为控制目标进行电机驱动转矩分配。此种控制方法的控制目标函数为:

其中:Fxi,Fyi,Fzi分别为各车轮的纵向力、侧偏力和垂直载荷。轮胎的侧向力采用HSRI轮胎模型的表示方式:

其中:各参数分别为各轮胎的滑移率,侧偏角,静态纵向刚度和侧向刚度。此种控制方法的优化目标即为使P最小,此时便可充分利用轮胎与地面间的附着能力。

3.2仿真分析

以前文的整车动力学模型为基础,对最优附着裕度驱动力矩分配控制策略进行验证,验证方式为,利用虚拟样机仿真手段,仿真结果如图:

由上图可知,在最优分配策略作用下,车辆的车速先达到最大速度。在驱动过程中,各轮胎的垂直载、滑移率等出现了明显的差距,则此时各轮胎的附着裕度相差较大,而平均分配策略下车辆各驱动电机输出转矩相同,明显不适于当前工况。但最优分配策略下,各驱动电机输出转矩有明显的差异,此时,各驱动电机根据具体工况输出了符合其附着能力情况的驱动力矩,增强了车辆的动力性。

3.3车辆横摆力矩控制分配

轮毂电机电动汽车可以通过控制电机转矩,轻松的实现对直接横摆力矩的控制。轮毂电机的驱动转矩可以快速、精确、独立的响应。所以电机驱动直接横摆力矩控制相对于主动制动横摆力矩控制更加直接和容易实现。因此综合的制动转矩分配控制策略应该是:根据车辆的状态通过控制车辆纵向的驱动力矩或者制动力矩来达到控制车身的横摆力矩的效果。

本文,以提高低速转向的动力性和高速转向的稳定性为目的,制定了如下图所示控制策略。

在0-30km/h的低速区间内,ESP系统不参与工作,以保证低速区间的直驶动力性。在30-60km/h的中速区间内,ESP系统开始参与工作,这段区间的目标是提高机动性、但又不与原车辆相差太多,设计其中性转向倍数为0.85-1倍,之所以从1倍开始降低,也是因为需要保证车辆在进入30km/h以上区间内,ESP系统不会突然将车辆操纵特性改变太多,随着车速增加,倍数逐渐降低,换言之车辆的不足转向特性逐渐增强,这与一般车辆的操纵感受相同。在60-100km/h的高速区间内,ESP系统的目标是降低机动性、提高稳定性并与原车辆操纵性能感受不至相差过多,此时倍数斜率有所降低,换言之,在原来的基础上增大不足转向特性,也就是增强车辆的稳定性。

同样基于上文中的整车动力学模型对ESP控制策略进行仿真分析,结果如图4。

图5中给出了12°前轮转角15秒阶跃输入并付诸ESP系统作动时车辆的操纵稳定性表现,车辆此时仍处于中高速度段,但侧向加速度已经高达0.6g,ESP系统控制目标仍然是提高车辆机动性。图中反应了理想横摆角速度和实际横摆角速度的对比,车辆不足转向特性被明显削弱,随着稳态时间的不断推进,车辆的横摆角速度响应并没有增大或减小,换言之,车辆严格表现出了与中性转向呈某种倍数关系的“假中性转向”,这一点,是我们希望看到的。但是也出现了明显不足,车辆的横摆角速度并没有与理想横摆角速度严格重合,分析认为:这是因为车辆此时的侧向加速度明显达到了较大值,基本处于车辆转向极限边缘,故而对车辆操纵特性的控制已处于相对“吃力”阶段。

4、结论

近年来,轮毂电机电动汽车由于其传动链短、机械结构简单、驱动轮控制灵活性高等特点,得到了大力发展。在电动汽车中,电机控制是整车控制的重点部分,而电机转矩分配控制又是电机控制的这一重点之中的难点。所以主要针对这一重点做了如下研究:

(1)针对电机驱动力矩控制策略,简单对比了平均分配控制策略和最优附着裕度控制策略下车辆的动力学性能表现。结果证明,最优附着裕度控制策略下,各驱动电机能根据各车轮的工况驱动车辆,充分利用轮胎与地面间的附着能力,车辆动力性能得到明显提高。

(2)对轮毂电机横摆力矩控制策略进行研究。基于提高中、低速转向机动性和高速转向稳定性的目的,设计了ESP控制系统,且仿真结果表明,该控制策略效果良好。

参考文献

[1]陈清泉,孙逢春,祝嘉光.现代电动汽车技术[M].北京理工大学出版社.

[2]余卓平,熊璐.分布式驱动车辆动力学控制系统发展现状[J],机械工程学报.2013.

[3]边耀璋.汽车新能源技术[M].人民交通出版,2003.

力矩电动机 篇5

电动缸将电机的往复旋转运动转换成缸杆的往复直线运动, 从而驱动负载往复运动。它具有传动效率高、适应环境能力强、控制定位精度高、结构比较简单等优点, 广泛应用在多个领域里。

根据负载的运动特性选择电动缸的电机时, 是否需要考虑电动缸本身的转动惯量的影响, 需要通过详细的分析计算来确定。

1 电动缸建模

如图1 所示, 为折返式电动缸的原理图, 它由电机、主动带轮、同步带、从动带轮、丝杆、缸杆 (螺母) 和缸筒几部分组成, 主动带轮与电机轴固定连接, 从动带轮与丝杆固定连接。

设电机转子轴和主动带轮的转动惯量合为J1, 角速度为 ω1, 角加速度为 ε1, 主动带轮的基准半径为R;同步带的质量为m1, 同步带传动比为i, 效率为 η1;从动带轮和丝杆的转动惯量合为J2, 角速度为 ω2, 角加速度为 ε2, 丝杆导程为S, 效率为 η2;缸杆和惯性负载的总质量为m, 速度为v, 加速度为a。

根据传动原理有:

电机转子驱动力矩所做的瞬时功由4 部分组成:即电机转子轴和主动带轮加速转动消耗的功;同步带加速消耗的功;从动带轮和丝杆加速转动消耗的功;缸杆和惯性负载加速运动消耗的功, 得方程

将式 (1) 、 (2) 、 (3) 、 (4) 代入式 (5) 可得所需的电机转子驱动力矩为

2 应用与分析

由式 (6) 可知电机转子需要提供的驱动力矩包含4部分, 第一部分是负载的运动特性引起的转矩, 后3 部分是电动缸本身的转动惯量引起的转矩。电动缸本身的转动惯量越大或加速度a越大, 电动缸本身的转动惯量引起的转矩越大。在电动缸设计选型中, 后3 部分的影响不要忽略, 特别是加速度a较大或电动缸本身的转动惯量较大时。如图2 所示, 为负载质量250 kg, 负载做正弦运动, 最大加速度为2 g时, 某一电动缸的电机所需要提供的驱动力矩图。曲线1 为不考虑自身转动惯量时电机需要提供的驱动力矩, 曲线2 为考虑自身转动惯量时电机需要提供的驱动力矩, 很明显曲线2 的最大力矩要比曲线1 的大很多。

3 结论

本文建模分析了折返式电动缸本身的转动惯量对电机所需驱动力矩的影响。分析表明电动缸本身的转动惯量较大或加速度a较大时, 一定要考虑电动缸本身的转动惯量引起的力矩, 否则所选电机的驱动能力可能不能实现负载的运动要求。

摘要：建立了电动缸的力学模型, 分析了电动缸自身转动惯量如何影响电机所需要的驱动力矩, 对电动缸的设计选型具有一定的指导意义。