步進電機選用計算方法

選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可*。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機，負載力矩大。

　　選擇步進電機時，應使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當量，一是可以改變絲桿的導程，二是可以通過步進電機的細分驅動來完成。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。

　　選擇功率步進電機時，應當估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機床快速移動的需要。

　　選擇步進電機需要進行以下計算：

　　(1)計算齒輪的減速比

　　根據(jù)所要求脈沖當量，齒輪減速比i計算如下:

　　i=(φ.S)/(360.Δ) (1-1) 式中φ ——-步進電機的步距角(o/脈沖)

　　S ——-絲桿螺距(mm)

　　Δ——-(mm/脈沖)

　　(2)計算工作臺，絲桿以及齒輪折算至電機軸上的慣量Jt。

　　Jt=J1+(1/i2)[(J2+Js)+W/g(S/2π)2] (1-2)

　　式中Jt ——-折算至電機軸上的慣量(Kg.cm.s2)

　　J1、J2 ——-齒輪慣量(Kg.cm.s2)

　　Js ————絲桿慣量(Kg.cm.s2) W——-工作臺重量(N)

　　S ——-絲桿螺距(cm)

　　(3)計算電機輸出的總力矩M

　　M=Ma+Mf+Mt (1-3)

　　Ma=(Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2 (1-4)

　　式中Ma ——-電機啟動加速力矩(N.m)

　　Jm、Jt——-電機自身慣量與負載慣量(Kg.cm.s2)

　　n——-電機所需達到的轉速(r/min)

　　T——-電機升速時間(s)

　　Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2 (1-5)

　　Mf——-導軌摩擦折算至電機的轉矩(N.m)

　　u——-摩擦系數(shù)

　　η——-傳遞效率

　　Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2 (1-6)

　　Mt——-切削力折算至電機力矩(N.m)

　　Pt——-最大切削力(N)

　　(4)負載起動頻率估算。數(shù)控系統(tǒng)控制電機的啟動頻率與負載轉矩和慣量有很大關系，其估算公式為

　　fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml)÷(1+Jt/Jm)] 1/2 (1-7)

　　式中fq——-帶載起動頻率(Hz)

　　fq0——-空載起動頻率

　　Ml——-起動頻率下由矩頻特性決定的電機輸出力矩(N.m)

　　若負載參數(shù)無法精確確定,則可按fq=1/2fq0進行估算.

　　(5)運行的最高頻率與升速時間的計算。由于電機的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻率 時，由矩頻特性的輸出力矩應能驅動負載，并留有足夠的余量。

　　(6)負載力矩和最大靜力矩Mmax。負載力矩可按式(1-5)和式(1-6)計算，電機在最大進給速度時，由矩頻特性決定的電機輸出力矩要大于Mf與Mt之和，并留有余量。一般來說，Mf與Mt之和應小于(0.2 ～0.4)Mmax.