步進(jìn)電機的計算與選型---實用計算

1、<p>　　步進(jìn)電機的計算與選型</p><p>　　對于步進(jìn)電動機的計算與選型，通常可以按照以下幾個步驟：</p><p>　　根據(jù)機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，求得加在步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量;</p><p>　　計算不同工況下加在步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩；</p><p>　　取其中最大的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩，作為確定步進(jìn)電動機最大靜轉(zhuǎn)矩

2、的依據(jù)；</p><p>　　根據(jù)運行矩頻特性、起動慣頻特性等，對初選的步進(jìn)電動機進(jìn)行校核。</p><p>　　步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量的計算</p><p>　　加在步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的主要參數(shù)之一，它對選擇電動機具有重要意義。主要包括電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量、減速裝置與滾珠絲杠以及移動部件等折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量等。</p&

3、gt;<p>　　步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算</p><p>　　步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同的工況下是不同的。通常考慮兩種情況：一種情況是快速空載起動（工作負(fù)載為0），另一種情況是承受最大工作負(fù)載。</p><p>　?。?）快速空載起動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　　(4-8)</b>

4、;</p><p>　　式中 ——快速空載起動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；</p><p>　　——移動部件運動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩，單位N·m；</p><p>　　——滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，單位為N·m。</p><p><b>　　具體計算

5、過程如下：</b></p><p>　　快速空載起動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　式中 ——步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，單位為；</p><p>　　——電動機轉(zhuǎn)軸的角加速度，單位為；</p><p>　

6、　——電動機的轉(zhuǎn)速，單位r/min；</p><p>　　——電動機加速所用時間，單位為s，一般在0.3~1s之間選取。</p><p>　　移動部件運動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：</p><p><b>　　（4-10）</b></p><p>　　式中 ——導(dǎo)軌的摩擦力，單位為N；</p>&l

7、t;p>　　——滾珠絲杠導(dǎo)程，單位為m；</p><p>　　——傳動鏈總效率，一般??；</p><p>　　——總的傳動比，，其中為電動機轉(zhuǎn)速，為絲杠的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　其中式（4-10）中的導(dǎo)軌的摩擦力為：</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　

8、式中 ——導(dǎo)軌的摩擦因素（滑動導(dǎo)軌取0.15~0.18，滾動導(dǎo)軌取0.003~0.005）；</p><p>　　——垂直方向的工作負(fù)載，車削時為，立銑時為，單位為N，空載時；</p><p>　　——運動部件的總重力，單位為N；</p><p>　　滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩：</p><p><b>　　

9、（4-12）</b></p><p>　　式中 ——滾珠絲杠的預(yù)緊力，一般取滾珠絲杠工作載荷的1/3，單位為N；</p><p>　　——滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率，一般取。</p><p>　　由于滾珠絲杠副的傳動效率很高，所以由式（4-12）算出的值很小，在式（4-8）中與和比起來，通?？梢院雎圆挥?。</p><p>　　

10、最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動機所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　式中和分別按式（4-10）和式（4-12）進(jìn)行計算。而折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩由下式計算：</p><p><b>　　（4-14）</b></p><p>　　式中——進(jìn)

11、給方向最大工作載荷，單位為N；</p><p>　　經(jīng)過上述計算后，可知加在步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為：</p><p><b>　?。?-15）</b></p><p><b>　　步進(jìn)電動機的初選</b></p><p>　　將上述計算所得的乘上一個系數(shù)K，用的值來初選步進(jìn)電動機的

12、最大靜轉(zhuǎn)矩，其中的系數(shù)K稱做安全系數(shù)。因為在工廠應(yīng)用中，當(dāng)電網(wǎng)電壓降低時，步進(jìn)電動機的輸出轉(zhuǎn)矩會下降，可能會造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。所以，在選擇步進(jìn)電動機最大靜轉(zhuǎn)矩的時候，需要考慮安全系數(shù)K，對于開環(huán)控制，一般應(yīng)在2.5~4之間選取。</p><p>　　此后，對于初選好的步進(jìn)電動機，還需要按以下步驟進(jìn)行校核。</p><p>　　步進(jìn)電動機的性能校核</p><p>

13、　　（1）最快工作進(jìn)給速度時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核由最快工作進(jìn)給速度（mm/min)和系統(tǒng)脈沖當(dāng)量（mm/脈沖），可計算出電動機對應(yīng)的運行頻率為：</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　從初選的步進(jìn)電動機的矩頻特性曲線，找出運行頻率所對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩，檢查是否大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩。若是，則滿足要求；若否，則需要重新選擇電動機。</p&

14、gt;<p>　　最快空載移動時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核由最快空載移動速度（mm/min)和系統(tǒng)脈沖當(dāng)量（mm/脈沖)，仿照式（4-16），算出電動機對應(yīng)的運行頻率，再從矩頻特性曲線上找出所對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。檢查是否大于快速空載起動時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。若是，則滿足要求；若否，需要重新選擇電動機。</p><p>　　最快空載移動時電動機運行頻率校核由最快空載移動速度（mm/min)和系統(tǒng)脈沖當(dāng)量（mm/脈沖)

15、，算出電動機對應(yīng)的運行頻率。檢查有沒有超出所選電動機的極限空載運行頻率。</p><p>　　起動頻率的校核步進(jìn)電動機的起動頻率是隨其軸上負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量的增加而下降的（見圖4-7），所以需要根據(jù)初選的步進(jìn)電動機的起動慣頻特性曲線，找出電動機轉(zhuǎn)軸上總轉(zhuǎn)動慣量所對應(yīng)的。當(dāng)產(chǎn)品資料不提供慣頻特性曲線時，也可以通過下式對進(jìn)行估算：</p><p><b>　?。?-17）</b&g

16、t;</p><p>　　式中——電動機空載起動頻率，單位為Hz，可有產(chǎn)品資料查得；</p><p>　　——加在步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，單位為；</p><p>　　——步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量，單位為。</p><p>　　從式（4-17）中可知，步進(jìn)電動機克服慣性負(fù)載肯定小于空載起動頻率。要想保證步進(jìn)電動機起動時不失步，任何時候的

17、起動頻率都必須小于。</p><p><b>　　功率</b></p><p>　　步進(jìn)電機一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：</p><p><b>　　P=ω·M</b></p><p><b>　　ω=2π·n/60