帮助您选择最合适的谐波旋转执行器的 7 个步骤

如何选择最适合您需求的谐波旋转执行器？

本文将从确认减速比、扭矩计算、轴承载荷计算、负载惯量确认以及驱动器匹配等方面，介绍选型与计算过程。

1. 计算负载扭矩

1) 负载重力扭矩计算公式：

TG = M × g × L × cosΘ

Θ = 重力方向与力臂 L 之间的夹角

2) 负载加速扭矩计算公式：

Ta = J × α

负载惯量 J：使用 3D 建模软件测量（必须包含材料属性，测量时还需注意坐标系原点位置）

角加速度 α：根据用户实际需求确定（例如，1 秒内旋转 180 度，其中加速阶段需要 0.1 秒）

3) 确认减速机启停过程中的综合峰值扭矩：

∑T = (TG + Ta) × safety factor

安全系数：轻微冲击取 1.2，中等冲击取 1.5，重载冲击取 2.0

启停峰值扭矩 ∑T ≤ 最大加速扭矩 T2B

2. 产品选型流程 – 扭矩计算

1) 建立旋转坐标系

2) 选择对应的坐标系

3) 查看由输出坐标系确定的数值（图中所示为 Izz）

T = J × α + TG

T：峰值扭矩

J：转动惯量

α：角加速度

TG：静态负载扭矩

提示：角加速度可通过线性方式进行简单规划。

示例：

电机在 0.12 s 内从 0 rpm 加速到 3000 rpm，减速比 101，且在 SolidWorks 中模拟得到的负载惯量为 0.88 kg·m²。

α = (3000/60 × 2π) / 101 / 0.12 = 25.9 rad/s²

忽略静态扭矩时，峰值扭矩 T = J × α = 0.88 × 25.9 = 22.8 N·m

3. 产品选型流程 – 扭矩计算

T = J × α + TG

示例：

电机在 0.5 s 内从 0 rpm 加速到 3000 rpm，减速比 101。

α = (3000/60 × 2π) / 101 / 0.5

忽略静态扭矩时，峰值扭矩 T = J × α

示例：

电机在 0.12 s 内从 0 rpm 加速到 3000 rpm，减速比 101，且在 SolidWorks 中模拟得到的负载惯量为 0.88 kg·m²。

α = (3000/60 × 2π) / 101 / 0.12 = 25.9 rad/s²

忽略静态扭矩时，峰值扭矩 T = J × α = 0.88 × 25.9 = 22.8 N·m

4. 产品选型流程 – 轴承校核

弯矩载荷扭矩

静载荷力矩的计算方法如下：

Mmax = Frmax × Lr + Famax × La

特别是当负载快速摆动时，必须将离心力计入。此时，轴承所受的综合径向力为：

∑Fr = Frmax + m × r × ω²

5. 产品选型流程 – 惯量校核

电机惯量匹配

为了实现更好的系统响应性以及电机与负载之间更精确的控制，需要对负载惯量、减速机输入转子惯量和电机转子惯量进行惯量匹配计算。

由于客户的负载形状和密度分布通常不均匀，因此可直接通过 3D 建模软件快速获取负载惯量。

负载惯量比计算公式：

负载惯量 / i² / 电机转子惯量

为获得更好的伺服系统响应，该结果应控制在 5 以内。

(i = 减速比)

如果初步选定的减速比经计算后不合适，则应增大减速比，或选择中惯量或高惯量电机。

6. 产品选型流程 – 精度计算

减速机定位精度计算

当使用旋转执行器进行绝对定位时，负载旋转最外圆处的误差可通过以下公式计算（该公式不包含由负载扭矩引起的扭转刚性误差）：

δ = 定位精度 (arcsec) / 3600 / 57.3 × R (旋转半径)

示例：

对于 HAT20-100，单向定位精度为 60 arcsec，旋转半径 R = 200 mm。

传动误差 ≤ 60 / 3600 / 57.3 × 200 = 0.058 mm

7. 产品选型流程 – 精度计算

其他注意事项：

对于户外应用：请注意启动扭矩，并更换为低温润滑脂。

对于酸碱腐蚀环境：需要对减速机输出端进行二次防护。

对于特殊高精度要求：需要定制超高刚性谐波减速机。

机床加工中对端面跳动和径向跳动的特殊要求。

对于安装空间极其紧凑的要求：标准减速机可能无法满足要求；需要进行定制生产。

如果您对于谐波传动旋转执行器选型仍有疑问，请联系我们。