Инерция — это сопротивление объекта изменению скорости. Чтобы определить инерцию объекта, его массу умножают на квадрат его расстояния от оси вращения.Знакомая демонстрация инерции — фигуристка на льду. Когда она вращается, прижав руки к телу, ее масса близка к оси вращения, а скорость вращения высокая. Но когда она вытягивает руки, расстояние ее массы от оси вращения увеличивается, увеличивая ее инерцию и заставляя ее вращаться с меньшей скоростью.

В электромеханической системе и двигатель, и нагрузка обладают инерцией, и то, насколько схожи (или различны) их инерции, повлияет на производительность системы. Отношение инерции нагрузки к инерции двигателя является одним из наиболее важных аспектов определения размеров серводвигателя.

J_L = инерция нагрузки, отраженная от двигателя
J_M = инерция двигателя

Инерция двигателя указана производителем, в то время как инерция нагрузки рассчитывается путем суммирования инерции всех вращающихся частей, которые обычно включают исполнительный механизм или приводную передачу (ремень, шариковый винт, реечная передача), внешнюю нагрузку и муфту.

J_L= инерция нагрузки, отраженная от двигателя
J_D = инерция исполнительного механизма или привода (шариковый винт, ремень, реечная передача)
J_E = инерция внешней (перемещаемой) нагрузки
J_C = инерция сцепления

Для того чтобы двигатель мог эффективно управлять нагрузкой во время ускорения и замедления, теоретически инерции двигателя и нагрузки должны быть равны. Но инерционный матч 1:1 редко бывает практичным или достижимым. Многие факторы влияют на то, какой коэффициент инерции является приемлемым для данного приложения, но одним из наиболее важных является соответствие, или завершение работы, в системе. Механические компоненты не являются идеально жесткими, и чем больше компонентов — ремней, муфт и коробок передач — в приводной цепи, тем большей податливостью будет обладать система. В общем, чем выше податливость, тем ниже должен быть коэффициент инерции, чтобы двигатель мог эффективно управлять нагрузкой.

Хотя формулы для определения наилучшего коэффициента инерции не существует, некоторые рекомендации по выбору размеров двигателя предусматривают, что коэффициент инерции должен составлять 10:1 или ниже. Более высокие расхождения приводят к тому, что двигатель потребляет больше тока, чем необходимо, что снижает эффективность и увеличивает эксплуатационные расходы. Более высокое соотношение также увеличивает резонанс и может привести к превышению системой желаемой скорости и положения, что негативно скажется на производительности.

Если коэффициент инерции слишком высок, есть два способа уменьшить его: добавить в систему коробку передач или использовать двигатель большего размера. Коробки передач часто используются в системах с ременным приводом для оптимизации частоты вращения двигателя и крутящего момента. Но они также могут значительно снизить коэффициент инерции системы, поскольку передаточное отношение оказывает обратно пропорциональное влияние на инерцию нагрузки.

J_G = инерция коробки передач
i = механизм переключения передач

Второй способ уменьшения коэффициента инерции заключается в использовании двигателя большего размера с большей инерцией. Однако это редко бывает выгодным решением в долгосрочной перспективе, поскольку двигатель большего размера стоит дороже, требует большего крутящего момента для преодоления собственной инерции и потребляет больше энергии, что увеличивает общую стоимость владения системой.

С другой стороны, неоправданно низкий коэффициент инерции или даже “идеальное” соотношение 1:1 может указывать на то, что двигатель слишком велик, что приводит к ненужным затратам и энергопотреблению. Вместо того, чтобы стремиться к идеальному коэффициенту инерции, проектировщикам следует учитывать требования к динамике системы и позиционированию и стремиться к соответствию инерции, которое удовлетворяет этим требованиям, с серводвигателем, который не имеет ни больших, ни меньших размеров.