步进电机的选型步骤_机械/仪表_工程科技_专业资料。步进电机的计算与选型 对于步进电动机的计算与选型，通常可以按照以下几个步骤： 1) 2) 3) 4) 根据机械系统结构，求得加在步进电动机转轴上的总转动惯量 Jeq ; 计算不同工况下加在步进电动机转

　　步进电机的计算与选型 对于步进电动机的计算与选型，通常可以按照以下几个步骤： 1) 2) 3) 4) 根据机械系统结构，求得加在步进电动机转轴上的总转动惯量 Jeq ; 计算不同工况下加在步进电动机转轴上的等效负载转矩 Teq ； 取其中的等效负载转矩，作为确定步进电动机静转矩的依据； 根据运行矩频特性、起动惯频特性等，对初选的步进电动机进行校核。 1. 步进电动机转轴上的总转动惯量 Jeq 的计算 加在步进电动机转轴上的总转动惯量 Jeq 是进给伺服系统的主要参数之一，它对选择电 动机具有重要意义。 Jeq 主要包括电动机转子的转动惯量、减速装置与滚珠丝杠以及移动部 件等折算到电动机转轴上的转动惯量等。 ml2/12 2. 步进电动机转轴上的等效负载转矩 Teq 的计算 步进电动机转轴所承受的负载转矩在不同的工况下是不同的。 通常考虑两种情况： 一种 情况是快速空载起动（工作负载为 0） ，另一种情况是承受工作负载。 （1）快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩 Teq1 Teq1=Tamax+Tf+T0 (4-8) 式中 Tamax ——快速空载起动时折算到电动机转轴上的加速转矩，单位为 N·m； T f ——移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩，单位 N·m； T 0 ——滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩，单位为 N·m。 具体计算过程如下： 1）快速空载起动时折算到电动机转轴上的加速转矩： Tamax=Jeq? = 2? Jeqnm 60ta 2 （4-9） 式中 Jeq ——步进电动机转轴上的总转动惯量，单位为 kg ? m ； ? ——电动机转轴的角加速度，单位为 rad / s 2 ； n m ——电动机的转速，单位 r/min； ta ——电动机加速所用时间，单位为 s，一般在 0.3~1s 之间选取。 2）移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩： T f= F 摩Ph 2?? i （4-10） 式中 F 摩 ——导轨的摩擦力，单位为 N； Ph ——滚珠丝杠导程，单位为 m； ? ——传动链总效率，一般取? ? 0.7 ? 0.85 ； i ——总的传动比， i ? ns / nm ，其中 n m 为电动机转速， ns 为丝杠的转速。 其中式（4-10）中的导轨的摩擦力为： F摩=?(Fc+G) 式中 （4-11） ? ——导轨的摩擦因素（滑动导轨取 0.15~0.18，滚动导轨取 0.003~0.005） ； Fc ——垂直方向的工作负载，车削时为 Fc ，立铣时为 Fz ，单位为 N，空载时 Fc=0 ； G ——运动部件的总重力，步进电机单位为 N； 3)滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩： T 0= F YJPh 2 (1 ? ? 0 ) 2?? i （4-12） 式中 F YJ ——滚珠丝杠的预紧力，一般取滚珠丝杠工作载荷 F m 的 1/3，单位为 N； ?0 ——滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取?0 ? 0.9 。 由于滚珠丝杠副的传动效率很高，所以由式（ 4-12）算出的 T 0 值很小，在式 （4-8）中与 Tamax 和 T f 比起来，通常可以忽略不计。 （2）工作负载状态下电动机所承受的负载转矩 Teq2 Teq2=Tt+Tf ? T0 式中 （4-13） Tf 和 T 0 分别按式（4-10）和式（4-12）进行计算。而折算到电动机转轴上的 工作负载转矩 Tt 由下式计算： T t= F fP h 2?? i （4-14） 式中 F f ——进给方向工作载荷，单位为 N； 经过上述计算后，可知加在步进电动机转轴上的等效负载转矩应为： Teq=max ?Teq1,Teq 2? 3. 步进电动机的初选 （4-15） 将上述计算所得的 Teq 乘上一个系数 K，用 KTeq 的值来初选步进电动机的静转矩， 其中的系数 K 称做安全系数。因为在工应用中，当电网电压降低时，步进电动机的输出 转矩会下降，可能会造成丢步，甚至堵转。所以，在选择步进电动机静转矩的时候，需 要考虑安全系数 K，对于开环控制，一般应在 2.5~4 之间选取。 此后，对于初选好的步进电动机，还需要按以下步骤进行校核。步进电机 4. 步进电动机的性能校核 （1）快工作进给速度时电动机输出转矩校核 由快工作进给速度? maxf （ mm/min) 和 系统脉冲当量 ? （mm/脉冲） ，可计算出电动机对应的运行频率为： fmaxf= ? max f 60? （4-16） 从初选的步进电动机的矩频特性曲线，找出运行频率 fmaxf 所对应的输出转矩 Tmaxf ，检 查 Tmaxf 是否大于工作负载转矩 Teq2 。若是，则满足要求；若否，则需要重新选择电动 机。 （2）快空载移动时电动机输出转矩校核 由快空载移动速度? max （mm/min)和系统脉 ，再从矩频特性曲 冲当量 ? （mm/脉冲)，仿照式（4-16） ，算出电动机对应的运行频率 f 线上找出 f max max 所对应的输出转矩 Tmax 。检查 Tmax 是否大于快速空载起动时的负载转矩 Teq1 。若是，则满足要求；若否，需要重新选择电动机。 （3）快空载移动时电动机运行频率校核 由快空载移动速度? max max （mm/min)和系统脉 冲当量 ? （mm/脉冲)，算出电动机对应的运行频率 f 。检查 f max 有没有超出所选电动机 的极限空载运行频率。 （4）起动频率的校核 步进电动机的起动频率是随其轴上负载转动惯量的增加而下降的 （见 图 4-7） ，所以需要根据初选的步进电动机的起动惯频特性曲线，找出电动机转轴上总转动 惯量 Jeq 所对应的 fL 。步进电机当产品资料不提供惯频特性曲线时，也可以通过下式对 fL 进行估算： fL= fq 1 ? Jeq / Jm （4-17） 式中 fq ——电动机空载起动频率，单位为 Hz，可有产品资料查得； Jeq ——加在步进电动机转轴上的总转动惯量，单位为 kg ? m ； 2 Jm ——步进电动机转子转动惯量，单位为 kg ? m 。 2 从式（4-17）中可知，步进电动机克服惯性负载 fL 肯定小于空载起动频率 fq 。 要想保证步进电动机起动时不失步，任何时候的起动频率都必须小于 fL 。
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