步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選型---實(shí)用計(jì)算

1、<p>　　步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選型</p><p>　　對于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型，通?？梢园凑找韵聨讉€(gè)步驟：</p><p>　　根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，求得加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;</p><p>　　計(jì)算不同工況下加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩

2、的依據(jù)；</p><p>　　根據(jù)運(yùn)行矩頻特性、起動(dòng)慣頻特性等，對初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行校核。</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算</p><p>　　加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)機(jī)具有重要意義。主要包括電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、減速裝置與滾珠絲杠以及移動(dòng)部件等折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等。</p&

3、gt;<p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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?？紤]兩種情況：一種情況是快速空載起動(dòng)（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(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)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(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；</p><p>　　——移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩，單位為N·m。</p><p><b>　　具體計(jì)算

5、過程如下：</b></p><p>　　快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：</p><p><b>　　（4-9）</b></p><p>　　式中 ——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位為；</p><p>　　——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的角加速度，單位為；</p><p>　

6、　——電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位r/min；</p><p>　　——電動(dòng)機(jī)加速所用時(shí)間，單位為s，一般在0.3~1s之間選取。</p><p>　　移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：</p><p><b>　?。?-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(dòng)鏈總效率，一般?。?lt;/p><p>　　——總的傳動(dòng)比，，其中為電動(dòng)機(jī)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(dòng)導(dǎo)軌取0.15~0.18，滾動(dòng)導(dǎo)軌取0.003~0.005）；</p><p>　　——垂直方向的工作負(fù)載，車削時(shí)為，立銑時(shí)為，單位為N，空載時(shí)；</p><p>　　——運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)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(shí)的傳動(dòng)效率，一般取。</p><p>　　由于滾珠絲杠副的傳動(dòng)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?jì)。</p><p>　　

10、最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　　（4-13）</b></p><p>　　式中和分別按式（4-10）和式（4-12）進(jìn)行計(jì)算。而折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩由下式計(jì)算：</p><p><b>　?。?-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(jì)算后，可知加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的初選</b></p><p>　　將上述計(jì)算所得的乘上一個(gè)系數(shù)K，用的值來初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的

12、最大靜轉(zhuǎn)矩，其中的系數(shù)K稱做安全系數(shù)。因?yàn)樵诠S應(yīng)用中，當(dāng)電網(wǎng)電壓降低時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的時(shí)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(dòng)機(jī)，還需要按以下步驟進(jìn)行校核。</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核</p><p>

13、　?。?）最快工作進(jìn)給速度時(shí)電動(dòng)機(jī)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(jì)算出電動(dòng)機(jī)對應(yīng)的運(yùn)行頻率為：</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　從初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的矩頻特性曲線，找出運(yùn)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(dòng)機(jī)。</p&

14、gt;<p>　　最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核由最快空載移動(dòng)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(dòng)機(jī)對應(yīng)的運(yùn)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(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。若是，則滿足要求；若否，需要重新選擇電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核由最快空載移動(dòng)速度（mm/min)和系統(tǒng)脈沖當(dāng)量（mm/脈沖)

15、，算出電動(dòng)機(jī)對應(yīng)的運(yùn)行頻率。檢查有沒有超出所選電動(dòng)機(jī)的極限空載運(yùn)行頻率。</p><p>　　起動(dòng)頻率的校核步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)頻率是隨其軸上負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)機(jī)的起動(dòng)慣頻特性曲線，找出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量所對應(yīng)的。當(dāng)產(chǎn)品資料不提供慣頻特性曲線時(shí)，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(dòng)機(jī)空載起動(dòng)頻率，單位為Hz，可有產(chǎn)品資料查得；</p><p>　　——加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位為；</p><p>　　——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位為。</p><p>　　從式（4-17）中可知，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載肯定小于空載起動(dòng)頻率。要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的

17、起動(dòng)頻率都必須小于。</p><p><b>　　功率</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)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