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探索物理规律:牛顿运动法则与伺服系统选型

点击次数:3    发布时间:2025-05-28

一、容量配置入门篇

  牛顿的三大运动法则揭示了物体运动的规律:

  1.若物体未受到外力作用,它将保持静止或匀速直线运动状态,直到外力介入改变这一状态。

  2.物体受到外力作用后,会产生加速度,加速度的方向与受力方向相同,其大小与受力成正比,与物体的惯性质量成反比。

  3.两个物体之间的作用力和反作用力,作用在同一直线上,大小相等,方向相反。

  基于外力计算扭矩的方法,我们可以得出以下公式:

探索物理规律:牛顿运动法则与伺服系统选型

  扭矩=力×半径=力×(一转移动量÷2π)=力×(周长÷2π)

  加速扭矩=半径×质量×加速度

  加速度=速度V÷时间,加速扭矩=半径×质量×速度V÷时间

  速度V=距离÷时间=半径×角度÷时间=半径×角速度

  加速扭矩=半径×质量×半径×角速度÷时间

  =半径的平方×质量×角加速度

  半径的平方×质量即为惯量

  转动惯量定义为:J=∑ mi*ri^2(式中mi表示刚体某质点质量,ri表示该质点到转轴的垂直距离)。转动惯量是衡量刚体转动惯性的物理量,它与刚体的质量、质量分布有关。刚体的转动惯量由质量、质量分布、转轴位置三个因素决定。同一刚体对不同转轴的转动惯量不同,提及转动惯量时,必须明确是指哪个轴。

  在伺服系统选型中,扭矩、速度、转动惯量和功率是关键要素。它们之间的关系为:

  P=N*T÷9549.3

  在额定转速以下,电机输出恒定扭矩;在额定转速以上,输出恒定功率(式中P:功率,单位为kW;N:电机额定转速,单位为RPM;T:额定扭矩,单位为N.m)。

  例如:某电机功率为200W,额定转速3000RPM,其额定扭矩为多少?由公式得:

  T=(9549.3 * P)÷N=((9549.3 *0.2)÷3000=0.64 Nm

  实例:

  1.此装置为垂直轴,总质量20kg

  2.滚轴丝杠导程40mm

  3.移动距离300mm

  4.速度500mm/s

  二、案例分析

  客户在后续设计中,将机械质量由20kg增至30kg,应如何处理?是否需要选择更大容量的马达?

  无需,皖南电机额定速度为3000rpm,滚轴丝杠导程40mm,线速度可达2000mm/s。

  而实际客户仅需500mm/s速度,因此可将导程调整为10mm。

  三、案例分析总结:

  1.在满足移动速度要求的前提下,滚轴丝杠导程宜尽量选择较小值。

  2.马达转速不宜低于额定速度太多,*好保持在额定转速的90%左右。

  3.设计变更后,需重新进行容量计算。

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