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[经验] 步进电机的选型计算方法

2018-10-12 09:50:49  157 ADI 步进电机 脉冲
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章文俊
【步进电机原理】
Step Motor 是一种电磁执行元件,将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动。每输入一个脉冲,电机转轴步进一个步距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例,相应的转速取决于输入脉冲频率。
【步进电机应用】
通常用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。
广泛应用于机电一体化产品中,如:数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。
【步进电机选型总则】
1、首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时,首先要计算机械系统的负载转矩,电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中,各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩Mjmax大的电机,负载力矩大。
2、选择步进电机时,应使步距角和机械系统匹配,这样可以得到机床所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量,一是可以改变丝杆的导程,二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率,不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。
3、选择功率步进电机时,应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率,使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量,使之最高速连续工作频率能满足机床快速移动的需要。
【步进电机选型常用计算公式】
(1)计算齿轮的减速比
根据所要求脉冲当量,计算齿轮减速比 i
i=(φ.S)/(360.Δ)   (公式1-1)
式中 φ ---步进电机的步距角(o/脉冲),S ---丝杆螺距(mm),Δ---(mm/脉冲)
(2)计算工作台,丝杆以及齿轮折算至电机轴上的惯量 Jt
Jt=J1+(1/i2)[(J2+Js)+W/g(S/2π)2]   (公式1-2)
式中 Jt ---折算至电机轴上的惯量(Kg.cm.s2),J1、J2 ---齿轮惯量(Kg.cm.s2),Js ----丝杆惯量(Kg.cm.s2),W---工作台重量(N),S ---丝杆螺距(cm)
(3)计算电机输出的总力矩 M
M=Ma+Mf+Mt   (公式1-3)
Ma=(Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2   (公式1-4)
式中 Ma ---电机启动加速力矩(N.m),Jm、Jt---电机自身惯量与负载惯量(Kg.cm.s2),n---电机所需达到的转速(r/min),T---电机升速时间(s)
Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2   (公式1-5)
式中 Mf---导轨摩擦折算至电机的转矩(N.m),u---摩擦系数,η---传递效率
Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2   (公式1-6)
式中 Mt---切削力折算至电机力矩(N.m),Pt---最大切削力(N)
(4)负载起动频率估算
数控系统控制电机的启动频率与负载转矩和惯量有很大关系,其估算公式为
fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml)÷(1+Jt/Jm)] 1/2   (公式1-7)
式中fq---带载起动频率(Hz),fq0---空载起动频率,Ml---起动频率下由矩频特性决定的电机输出力矩(N.m),若负载参数无法精确确定,则可按fq=1/2fq0进行估算。
(5)运行的最高频率与升速时间的计算
由于电机的输出力矩随着频率的升高而下降,因此在最高频率时,由矩频特性的输出力矩应能驱动负载,并留有足够的余量。
(6)负载力矩和最大静力矩Mmax
负载力矩可按公式(1-5)和公式(1-6)计算,电机在最大进给速度时,由矩频特性决定的电机输出力矩要大于Mf与Mt之和,并留有余量。一般来说,Mf与Mt之和应小于(0.2 ~0.4)Mmax。
:步进电机的选型计算方法   </p>
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