液壓馬達工程師

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以下作為我個人在學習工作中總結的一點經驗，希望能為初入機械行業又恰巧看到此文的社又有所幫助，也望其他社友不吝賜教。關于電機的計算選型能說的話題太多，電機的類型、控制等等任何一個方面都夠我們研究很久。

以下兩點比較主要：

一、為了使問題清晰，我将真個機械傳動過程分為動作執行機構和驅動電機兩部分。

二、在這裡我找到一個很好的切入點就是減速器（增速器）我想用傳動比i來表示，從這個傳動比i進入我們的話題。

無論如何總是從驅動電機到執行機構中間有個傳動比i暫且忽略傳動效率。

傳動比i（減速箱）有三個作用：

1、轉速匹配；2、轉矩匹配；3、慣量匹配。

（1）、什麼叫轉速匹配

我們的電機有額定轉速，我們總是希望她工作在額定轉速下但我們的執行機構卻有自己的運動速度這就需要減速器（增速器）i來完成速度的匹配滿足執行機構的要求，通過各種齒輪齒條、渦輪蝸杆、鍊輪帶輪等等實現這一過程（液壓氣動有自己的一套理論有機會會另開貼讨論）。

執行機構決定電機的額定轉速，傳動比i在其中調節。轉速與傳動比i成反比，假設電機轉速n，經過傳動比i後得到的轉速為n/i

（2）、什麼叫轉矩匹配

與轉速匹配相似，運動需要力反映在電機上就是轉矩，轉矩有額定轉矩，同樣需要去匹配，需要的轉矩要和電機的額定轉矩相互匹配，這中間也需要傳動比i隻是轉矩與傳動比i成正比，假設電機轉矩T，經過傳動比i後得到的轉矩為iT。

到這我們就會稍微有點思路，原來選電機就是選電機的額定轉速和額定扭矩，中間的機械結構隻是一些傳遞這兩個參數的機構，我們要做的隻是去找一個合适的兩邊都能接受的i。

問題好像得到解決了，那就太簡單了，事實要比這複雜的多，下面就是其中一個。

（3）、什麼叫慣量匹配

電機具有轉動慣量J，這是電機一個很重要的參數，很多情況下我們發現根據公式轉速，扭矩都吻合但我們選的電機依然會有問題這時候我們就需要關注一下這個轉動慣量J了，

不同結構的轉動慣量計算有不同的公式，我會在後面慢慢貼上（包括上面提到的轉速、轉矩）。這裡主要說下是負載轉動慣量在歸算到電機軸上時是按傳動比平方的倒數倍減小，1/i的平方倍。

前面我們已經為電機的計算找到了一個切入點。

即傳動比i（減速箱）的三個本質作用：

1、轉速匹配；2、轉矩匹配；3、慣量匹配。

1、在解決問題的時候可以先将複雜的問題簡單化，然後再從中找出一兩個切入點，應用現有的理論公式進行演繹推算得出結果，然後對比,讨論，探讨所選公尺的準确，可靠性，各個參數賦值的依據，列出其他幹擾因素，排除次要條件，得出結論。

2、加入邊界條件驗證結論可靠性，這裡我們暫時不去考慮什麼普通三相異步電機，變頻電機，伺服電機，直流電機等等的區别。

那麼簡單的說我們就是在湊那個i，讓有限的電機型号應用在更廣闊的空間，看似這樣的話隻要我們有不同的速比i那麼隻要一台電機就能完成所有工作了，這顯然也是妄想，因為我們的電機還有一個更重要的參數額定功率，到此我們才開始提到。

功率這是一個比較抽象的概念，這裡不便展開，我簡單說這幾點：

1、使動作執行機構運動要做功，不同的動作執行機構和同一動作執行機構的不同狀态需要的功不同。

2、功遵循能量守恒。轉速、轉矩匹配比較容易理解，可能慣量匹配大家比較關心，以下是我個人在工作中學習、參考的一些資料列出供大家參考。

（1）一般選擇伺服電動機時需考慮系統的轉動慣量匹配問題，原因是;負載慣量對電動機的控制特性和快速移動的加/減速時間有很大的影響,數控設備中這會直接影響執行機構的響應速度，如數控機床中會直接影響其加工精度。

（2）為了保證系統的反應靈敏性和滿足系統的穩定性要求，負載慣量JL 應限制在2.5～5 倍的電動機慣量JM 之内，我個人一般選2倍左右一點。

（3）以下是一點計算公式，大家參考慢慢體會應用，也可以自己查閱相關書籍手冊都有介紹，大家想學要自己動手查查才會體會深刻，我全貼出來意義不大。

這裡更正一下，這裡應該是i的平方

今天我想從一個全新的切入點，液壓傳動，談論一下電機的選定。

首先我想和大家明确一個概念，為什麼叫“液壓傳動”，記得幾年前在和一位老工控專家現場調試液壓站時，他對我講，電器，液壓說到底都隻是為了服務于機械的，機械才是根本，有了機械對動作的需求，才有電器，液壓去配合完成，電器，液壓隻是整個過程中的一個部分。（我想他這裡的機械也是一個寬泛的概念）

這樣的話似乎問題回到了我在（個人經驗（一））中的第一條假設——我們将真個機械傳動過程分為動作執行機構和驅動電機兩部分，而液壓傳動和我們之前的齒輪齒條，鍊輪鍊條，帶輪等等所起的作用一樣都隻是從電機到動作執行機構的一個媒介，這就是我們為什麼稱其為“液壓傳動”就是因為它和其他傳動方式一樣，隻是衆多傳動方式中的一種。

事實也是這樣在一些謹慎的地方人們常常會用“液壓傳動”而非液壓等一些模糊的概念，隻是這個概念一般常被我們忽略。當然液壓的應用場合非常廣泛，潤滑冷卻，大型設備的動、靜壓導軌，重載高速的動、靜壓軸承，小到工程機械上的一個閉式系統大到軋鋼線上的一套伺服系統。無論大小，複雜都應歸結于“液壓傳動”

機械傳動中有轉速，扭矩，慣量，i等。液壓傳動中我們暫時隻考慮兩個因素：1，壓力,2，流量。後面我提到的一些關于流體的概念如果一些沒有任何關于這反面知識的社友理解不了的話可以随便找一本介紹液壓與氣動的書查看前面幾頁都會問題不大了。

關于壓力和流量有兩個概念我想大家必須要理解透徹，可以說這兩個概念貫穿于液壓傳動，這兩個概念你理解越深越透徹，那麼你對液壓傳動的應用就會越熟練，越老道，這兩個概念你理解幾層功力就會提高幾層。

這兩個概念是：1、壓力取決于負載；2、速度取決于流量。

這兩個概念我相信搞液壓的都應該深有體會，這兩句話在學校老師也應該早就跟我們灌輸過了。這裡也許有人要問這根我們選電機有什麼關系，那麼我先把我的結論寫在這：

1、液壓傳動中我們不是首先來選電機的，我們往往首先選的是電機後面的泵，和上面的概念一樣這是一個誰決定誰的問題，大家好好體會，1,和2，這是兩個很好的話題本來計劃詳談今天鋪開的太多不能詳談了。

2、一旦我們給系統選定了合适的泵，應為在液壓泵的規格表中，會給出泵的額定壓力，額定轉速，額定排量（少數會給流量）當然對我們今天來說最關鍵的是，一般它還會給出額定工況下的驅動功率，大家想想這時候對于一台電機所有的參數似乎都有了。

這是我這一系列裡第二次提到功率，這裡我隻想說功率是個美妙的參數，運算中用好了會有意外的效果。

3、當然很多情況下我們所選的泵不是在額定工況下工作（同一台泵與電機相比泵的工作範圍要廣的多）就需要我們按泵的實際使用情況計算功率了。

數控機床中交流伺服電機的選擇原則及容量計算：

伺服電動機主要用于位置和速度控制系統中，其動力選擇除了考慮電動機的功率與扭矩參數外，還要考慮系統的轉動慣量匹配問題，一般選擇伺服電動機主要從下面四個方面考慮：

1、負荷轉矩；

2、負載轉動慣量；

3、加速/減速時間；

4、運行模式。

1、電動機的最高轉速。電動機選擇首先依據機床等被驅動部件的快速行程速度。快速行程的電動機轉速應嚴格控制在電動機的額定轉速之内。

2、轉動慣量匹配原則。負載慣量對電動機的控制特性和快速移動的加/減速時間有很大的影響。負載慣量增加時，計算機發出指令到伺服電動機執行完畢之間的時間就長，即指令變化後，需要較長的時間達到新指令指定的速度。若機床沿着兩個軸高速運動加工圓弧等曲線，會造成較大的加工誤差。若負載慣量為電動機的3倍以上，則電動機的控制特性就會降低，若為5倍以上則電動機的可操控性大大下降；反之，負載慣量若小于或等于電動機的慣量時，則不會出現上述問題。

保證系統的反應靈敏性和滿足系統的穩定性要求，負載慣量JL應限制在2.5～5倍的電動機慣量JM之内,即：

3、空載轉矩。機床等設備無負載運行時，加在電動機上的力矩應小于電動機的連續額定力矩的50%以下。否則，在切削或加/減速時電動機就可能過熱。

4。負載轉矩。在正常工作狀态下，負載轉矩Tms不超過電動機額定轉矩TMS的80%～90%

下面我給大家給出了常見傳動機構的轉動慣量及轉矩換算公式。

根據系統的減速比、電動機軸的負載轉矩和轉速，按一下公式初選電動機功率PZ:

式中 TL—對電動機軸換算的負載轉矩，N•m；

n—伺服電動機額定轉速，r/min;

η—傳動系統的總效率。

5、核算加速減速時間對初選電動機根據機型系統的要求。加速度時間必須小于機械系統要求值。通常，負載力矩能夠幫助電動機減速，因此，如果加速能在允許時間内完成，減速也可在相同的時間内完成，因此隻需核算加速時間或轉矩即可。加速/減速時間及轉矩計算公式如下。

上圖中的慣性矩指轉動慣量

若TL大于初選電動機的額定轉矩，但小于電動機的瞬時最大轉矩（5～10倍額定轉矩），也可以認為電動機初選合适。

不同工作方式時的熱校核計算，當電動機工作在頻繁地定位、加/減速以及負載波動工作情況時會使電動機發熱，所以要計算一個工作周期的負載力矩的均方根值Trms，并使其小于電動機的額定力矩。

因為不同工況下出現的參數不同下面這個公式比較通用。

一個循環周期的負載力矩的均方根值計算公式為：

當Trms≤Te，即實際轉矩小于額定轉矩，則可以按指定的運行模式連續運行

最後在伺服電動機容量選擇時我們盡量考慮到

1.在允許範圍内，将加速/減速時間加長一些；

2.延長運轉頻率（增加循環時間長度）；

3.當旋轉速度有餘量時，加大減速比；

4.加大電動機容量；

5.當升降機械停止時間長時，加機械制動；

6.在高頻率運行時，盡量加大減速比，減小慣性矩。

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