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步进电机的选型及计算方法

步进电机的选型及计算方法
步进电机的选型及计算方法

步进电机选型的计算方法

步进电机选型表中有部分参数需要计算来得到。但是实际计算中许多情况我们都无法得到确切的机械参数,因此,这里只给出比较简单的计算方法。

一、驱动模式的选择

驱动模式是指如何将传送装置的运动转换为步进电机的旋转。

下图所示的驱动模式包括了电机的加/减速时间,驱动和定位时间,电机的选型基于模式图。

●必要脉冲数的计算

必要脉冲数是指传动装置将物体从起始位置传送到目标位置所需要提供给步进电机的脉冲数。必要脉冲数按下面公式计算:

必要脉冲数=

物体移动的距离

距离电机旋转一周移动的距离

×

360 o

步进角

●驱动脉冲速度的计算

驱动脉冲速度是指在设定的定位时间中电机旋转过一定角度所需要的脉冲数。

驱动脉冲数可以根据必要脉冲数、定位时间和加/减速时间计算得出。

(1)自启动运行方式

自启动运行方式是指在驱动电机旋转和停止时不经过加速、减速阶段,而直接以驱动脉冲速度启动和停止的运行方式。

自启动运行方式通常在转速较低的时候使用。同时,因为在启动/停止时存在一个突然的速度变化,所以这种方式需要较大的加/减速力矩。

自启动运行方式的驱动脉冲速度计算方法如下:

驱动脉冲速度[Hz]= 必要脉冲数[脉冲] 定位时间[秒]

(2)加/减速运行方式

加//减速运行方式是指电机首先以一个较低的速度启动,经过一个加速过程后达到正常的驱动脉冲速度,运行一段时间之后再经过一个减速过程后电机停止的运行方式。其定位时间包括加速时间、减速时间和以驱动脉冲速度运行的时间。

加/减速时间需要根据传送距离、速度和定位时间来计算。在加/减速运行方式中,因为速度变化较小,所以需要的力矩要比自启动方式下的力矩小。加/减速运行方式下的驱动脉冲速度计算方法如下:

驱动脉冲速度[Hz]= 必要脉冲数-启动脉冲数[Hz]×加/减速时间[秒] 定位时间[秒]-加/减速时间[秒]

二、电机力矩的简单计算示例

必要的电机力矩=(负载力矩+加/减速力矩)×安全系数

●负载力矩的计算(TL)

负载力矩是指传送装置上与负载接触部分所受到的摩擦力矩。步进电机驱动过程中始终需要此力矩。负载力矩根据传动装置和物体的重量的不同而不同。许多情况下我们无法得到精确的系统参数,所以下面只给出了简单的计算方法。

负载力矩可以根据下面的图表和公式来计算。

(1)滚轴丝杆驱动

※负载力矩的计算公式:

TL=[ F·PB

2πη

+

μ0F0PB

1

i

[kgf·cm]

※负载力矩的估算公式:

TL=m·PB

2πη

×

1

i

[kgf·cm] (水平方向)

TL=m·PB × 1 ×2 [kgf·cm] (垂直方向)

2πηi (2)传送带/齿条齿轮传动

※负载力矩的计算公式:

TL=

F

2πη

×

πD

i

FD

2ηi

[kgf·cm]

F =FA + m ( sinα+ μcosα) [Kg]

※负载力矩的估算公式:

TL=D

2

×m ×

1

η

×

1

i

[kgf·cm] (水平方向)

TL=D

2

×m ×

1

η

×

1

i

× 2 [kgf·cm] (垂直方向)

(3)皮带轮传动

※负载力矩的计算公式:

TL=μFA+m

×

πD

i

(μFA+m) D

2i

[kgf·cm]

※负载力矩的估算公式:

TL=D

2

×mg ×

1

i

[kgf·cm]

(4)实测方法

我们也可以通过这种方法得到负载力矩:用弹簧秤拉动滑轮慢慢转动,此时弹簧秤会有一个读数,这个数值就是所用力的大小(FB),然后乘以滑轮的半径就可以得到负载力矩(如下式)。通常这种方法得到数值要比计算得到得结果要精确。

TL=FBD

[kgf·cm]

=转子惯性惯量[kgm2]+负载惯性惯量[kgm2]

重力加速度[cm/sec2]

×

π×步进角[o]×驱动脉冲速度2[Hz]

180×3.6/步进角[o]

※加/减速运行方式

加/减速力矩[kgf·cm]

=转子惯性惯量[kgm2]+负载惯性惯量[kgm2]

重力加速度[cm/sec2]

×

π×步进角[o]

180 o

×运行脉冲速度[Hz]-启动脉冲速度[Hz]

加/减速时间[sec]

步进电机的计算与选型---实用计算

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) 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eq J ; 2) 计算不同工况下加在步进电动机转轴上的等效负载转矩eq T ; 3) 取其中最大的等效负载转矩,作为确定步进电动机最大静转矩的依据; 4) 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eq J 的计算 加在步进电动机转轴上的总转动惯量eq J 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。eq J 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。 2. 步进电动机转轴上的等效负载转矩eq T 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),另一种情况是承受最大工作负载。 (1)快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩eq1T eq1amax f 0T =T +T +T (4-8) 式中 amax T ——快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩,单位为N ·m ; f T ——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 ; 0T ——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最大加速转矩: amax eq 2T =J =60eq m a J n t πε (4-9) 式中 eq J ——步进电动机转轴上的总转动惯量,单位为2kg m ?; ε——电动机转轴的角加速度,单位为2/rad s ; m n ——电动机的转速,单位r/min ; a t ——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: f T =2F i πη摩h P (4-10)

步进电机选用计算方法

步进电机的选用计算方法 步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。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。 关键词:步进电机,选择,工作原理,控制电路 选择步进电机时,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。 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。 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。 选择步进电机需要进行以下计算: (1)计算齿轮的减速比 根据所要求脉冲当量,齿轮减速比i计算如下: i=(φ.S)/(360.Δ) (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] (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 (1-3)

步进电机——步进电机选型的计算方法

步进电机——步进电机选型的计算方法 步进电机选型表中有部分参数需要计算来得到。但是实际计算中许多情况我们都无法得到确切的机械参数,因此,这里只给出比较简单的计算方法。 ◎驱动模式的选择 驱动模式是指如何将传送装置的运动转换为步进电机的旋转。 下图所示的驱动模式包括了电机的加/减速时间,驱动和定位时间,电机的选型基于模式图。 ●必要脉冲数的计算 必要脉冲数是指传动装置将物体从起始位置传送到目标位置所需要提供给步进电机的脉冲数。必要脉冲数按下面公式计算: 必要脉冲数= 物体移动的距离 距离电机旋转一周移动的距离× 360 o 步进角 ●驱动脉冲速度的计算 驱动脉冲速度是指在设定的定位时间中电机旋转过一定角度所需要的脉冲数。 驱动脉冲数可以根据必要脉冲数、定位时间和加/减速时间计算得出。 (1)自启动运行方式 自启动运行方式是指在驱动电机旋转和停止时不经过加速、减速阶段,而直接以驱动脉冲速度启动和停止的运行方式。 自启动运行方式通常在转速较低的时候使用。同时,因为在启动/停止时存在一个突然的速度变化,所以这种方式需要较大的加/减速力矩。 自启动运行方式的驱动脉冲速度计算方法如下: 驱动脉冲速度[Hz]= 必要脉冲数[脉冲]

定位时间[秒] (2)加/减速运行方式 加//减速运行方式是指电机首先以一个较低的速度启动,经过一个加速过程后达到正常的驱动脉冲速度,运行一段时间之后再经过一个减速过程后电机停止的运行方式。其定位时间包括加速时间、减速时间和以驱动脉冲速度运行的时间。 加/减速时间需要根据传送距离、速度和定位时间来计算。在加/减速运行方式中,因为速度变化较小,所以需要的力矩要比自启动方式下的力矩小。加/减速运行方式下的驱动脉冲速度计算方法如下: 必要脉冲数-启动脉冲数[Hz]×加/减速时间[秒] 驱动脉冲速度[Hz]= 定位时间[秒]-加/减速时间[秒] ◎电机力矩的简单计算示例 必要的电机力矩=(负载力矩+加/减速力矩)×安全系数 ●负载力矩的计算(TL) 负载力矩是指传送装置上与负载接触部分所受到的摩擦力矩。步进电机驱动过程中始终需要此力矩。负载力矩根据传动装置和物体的重量的不同而不同。许多情况下我们无法得到精确的系统参数,所以下面只给出了简单的计算方法。 负载力矩可以根据下面的图表和公式来计算。 (1)滚轴丝杆驱动

步进电机选型的计算方法[1]

步进电机选型表中有部分参数需要计算来得到。但是实际计算中许多情况我们都无法得到确切的机械参数,因此,这里只给出比较简单的计算方法。 ◎驱动模式的选择 驱动模式是指如何将传送装置的运动转换为步进电机的旋转。 下图所示的驱动模式包括了电机的加/减速时间,驱动和定位时间,电机的选型基于模式图。 ●必要脉冲数的计算 必要脉冲数是指传动装置将物体从起始位置传送到目标位置所需要提供给步进电机的脉冲数。必要脉冲数按下面公式计算: 必要脉冲数= 物体移动的距离 距离电机旋转一周移动的距离× 360 o 步进角 ●驱动脉冲速度的计算 驱动脉冲速度是指在设定的定位时间中电机旋转过一定角度所需要的脉冲数。 驱动脉冲数可以根据必要脉冲数、定位时间和加/减速时间计算得出。 (1)自启动运行方式 自启动运行方式是指在驱动电机旋转和停止时不经过加速、减速阶段,而直接以驱动脉冲速度启动和停止的运行方式。 自启动运行方式通常在转速较低的时候使用。同时,因为在启动/停止时存在一个突然的速度变化,所以这种方式需要较大的加/减速力矩。 自启动运行方式的驱动脉冲速度计算方法如下: 驱动脉冲速度[Hz]= 必要脉冲数[脉冲] 定位时间[秒]

(2)加/减速运行方式 加//减速运行方式是指电机首先以一个较低的速度启动,经过一个加速过程后达到正常的驱动脉冲速度,运行一段时间之后再经过一个减速过程后电机停止的运行方式。其定位时间包括加速时间、减速时间和以驱动脉冲速度运行的时间。 加/减速时间需要根据传送距离、速度和定位时间来计算。在加/减速运行方式中,因为速度变化较小, 所以需要的力矩要比自启动方式下的力矩小。加/减速运行方式下的驱动脉冲速度计算方法如下: 必要脉冲数-启动脉冲数[Hz]×加/减速时间[秒] 驱动脉冲速度[Hz]= 定位时间[秒]-加/减速时间[秒] ◎电机力矩的简单计算示例 必要的电机力矩=(负载力矩+加/减速力矩)×安全系数 ●负载力矩的计算(T L) 负载力矩是指传送装置上与负载接触部分所受到的摩擦力矩。步进电机驱动过程中始终需要此力矩。负载力矩根据传动装置和物体的重量的不同而不同。许多情况下我们无法得到精确的系统参数,所以下面只给出了简单的计算方法。 负载力矩可以根据下面的图表和公式来计算。 (1)滚轴丝杆驱动

步进电机选用计算方法

步进电机选用计算方法 步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。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。步进电机是机电一体化产品中关键部件之一,通常被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。 选择步进电机时,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。 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。 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。 选择步进电机需要进行以下计算: (1)计算齿轮的减速比 根据所要求脉冲当量,齿轮减速比i计算如下: i=(φ.S)/(360.Δ) (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] (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)

步进电机选择的详细计算过程总结

步进电机选择的详细计算过程 2011-07-25 00:13:59| 分类:默认分类|举报|字号订阅 1,如何正确选择伺服电机和步进电机? 主要视具体应用情况而定,简单地说要确定:负载的性质(如水平还是垂直负载等),转矩、惯量、转速、精度、加减速等要求,上位控制要求(如对端口界面和通讯方面的要求),主要控制方式是位置、转矩还是速度方式。供电电源是直流还是交流电源,或电池供电,电压范围。据此以确定电机和配用驱动器或控制器的型号。 2,选择步进电机还是伺服电机系统? 其实,选择什么样的电机应根据具体应用情况而定,各有其特点。请见下表,自然明白。

各种环境。 交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。 6,使用电机时要注意的问题? 上电运行前要作如下检查: 1)电源电压是否合适(过压很可能造成驱动模块的损坏);对于直流输入的+/-极性一定不能接错,驱动控制器上的电机型号或电流设定值是否合适(开始时不要太大); 2)控制信号线接牢靠,工业现场最好要考虑屏蔽问题(如采用双绞线); 3)不要开始时就把需要接的线全接上,只连成最基本的系统,运行良好后,再逐步连接。 4)一定要搞清楚接地方法,还是采用浮空不接。 5)开始运行的半小时内要密切观察电机的状态,如运动是否正常,声音和温升情况,发现问题立即停机调整。 7,步进电机启动运行时,有时动一下就不动了或原地来回动,运行时有时还会失步,是什么问题? 一般要考虑以下方面作检查: 1)电机力矩是否足够大,能否带动负载,因此我们一般推荐用户选型时要选用力矩比实际需要大50%~100%的电机,因为步进电机不能过负载运行,哪怕是瞬间,都会造成失步,严重时停转或不规则原地反复动。 2)上位控制器来的输入走步脉冲的电流是否够大(一般要>10mA),以使光耦稳定导通,输入的频率是否过高,导致接收不到,如果上位控制器的输出电路是CMOS电路,则也要选用CMOS输入型的驱动器。 3)启动频率是否太高,在启动程序上是否设置了加速过程,最好从电机规定的启动频率内开始加速到设定频率,哪怕加速时间很短,否则可能就不稳定,甚至处于惰态。 4)电机未固定好时,有时会出现此状况,则属于正常。因为,实际上此时造成了电机的强烈共振而导致进入失步状态。电机必须固定好。 5)对于5相电机来说,相位接错,电机也不能工作。 8,我想通过通讯方式直接控制伺服电机,可以吗? 可以的,也比较方便,只是速度问题,用于对响应速度要求不太高的应用。如果要求快速的响应控制参数,最好用伺服运动控制卡,一般它上面有DSP和高速

步进电机转速与频率计算公式

步进电机转速与频率计 算公式 集团文件发布号:(9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-

步进电机的转速可以用频率来控制,步进电机的运行频率跟转速成正比,可以通过计算公式,计算出步进电机的转速。步进电机转速=频率*60/((360/T)*x) 步进电机的转速单位是:转/分 频率单位是:赫兹 x实指细分倍数 T:固有步进角 举例说明: 步进电机采用整步,即1细分;频率1K,即1000赫兹;套用公式:1000*60/200= 300转/分 注意事项:此公式适应于两相步进电机。 步进电机空载最高转速的真正意义是什么 发布者:admin 发布时间:2010-4-12 阅读:474次 两相步进电机的空载转速最高可以达到2000转/分钟以上,不过它只是一个参考值,没有什么实际意义,因为步进电机的转矩随着转速的升高下降很快,转速高到一定程度时力矩几乎为零。步进电机在整步无细分情况下(每200个脉冲转一圈)提高时钟频率,人们往往发现电机在远未达到空载最高速度时即发生堵转,以至于搞不清最高转速到底是多少,甚至怀疑自己的系统是否正常,这就是其中的真正原因所在。 步进电机在低速下的运行性能才有实际意义,一般是每分钟300转到600转,考虑到用户使用机械减速装置带负载,要使电机提供足够的力矩,电机的常态速度常常被选择在每分钟几十转,此时电机供力大、效率高、噪音低,至于振动问题,则要靠增加驱动器细分的方法加以解决了。 最高空载转速的计算公式为: 空载转速(转/分)=60 乘以时钟频率 / 200乘以细分数 (M是细分数) 假如M=16,时钟频率=150KHZ 则最高空载转速约等于2800转/分钟 即60乘以150000,再除以200与16的积,得出的结果。

步进电机驱动芯片选型指南

以下是中国步进电机网对步进电机驱动系统所做的较为完整的表述: 1、系统常识: 步进电机和步进电机驱动器构成步进电机驱动系统。步进电机驱动系统的性能,不但取决于步进电机自身的性能,也取决于步进电机驱动器的优劣。对步进电机驱动器的研究几乎是与步进电机的研究同步进行的。 2、系统概述: 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行元件。当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号(来自控制器),它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”),它 的旋转是以固定的角度一步一步运行的。 3、系统控制: 步进电机不能直接接到直流或交流电源上工作,必须使用专用的驱动电源(步进电机驱动器)。控制器(脉冲信号发生器)可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。 4、用途: 步进电机是一种控制用的特种电机,作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一,随着微电子和计算机技术的发展(步进电机驱动器性能提高),步进电机的需求量与日俱增。步进电机在运行中精度没有积累误差的特点,使其广泛应用于各种自动化控制系统,特别是开环控制系统。 5、步进电机按结构分类: 步进电机也叫脉冲电机,包括反应式步进电机(VR)、永磁式步进电机(PM)、混合式步进电机(HB)等。 (1)反应式步进电机: 也叫感应式、磁滞式或磁阻式步进电机。其定子和转子均由软磁材料制成,定子上均匀分布的大磁极上装有多相励磁绕组,定、转子周边均匀分布小齿和槽,通电后利用磁导的变化产生转矩。一般为三、四、五、六相;可实现大转矩输出(消耗功率较大,电流最高可达20A,驱动电压较高);步距角小(最小可做到六分之一度);断电时无定位转矩;电机内阻尼较小,单步运行(指脉冲频率很低时)震荡时间较长;启动和运行频率较高。 (2)永磁式步进电机: 通常电机转子由永磁材料制成,软磁材料制成的定子上有多相励磁绕组,定、转子周边没有小齿和槽,通电后利用永磁体与定子电流磁场相互作用产生转矩。一般为两相或四相;输出转矩小(消耗功率较小,电流一般小于2A,驱动电压12V);步距角大(例如7.5度、15度、22.5度等);断电时具有一定的保持转矩;启动和运行频率较低。 (3)混合式步进电机: 也叫永磁反应式、永磁感应式步进电机,混合了永磁式和反应式的优点。其定子和四相反应式步进电机没有区别(但同一相的两个磁极相对,且两个磁极上绕组产生的N、S极性必须相同),转子结构较为复杂(转子内部为圆柱形永磁铁,两端外套软磁材料,周边有小齿和槽)。一般为两相或四相;须供给正负脉冲信号;输出转矩较永磁式大(消耗功率相对较小);步距角较永磁式小(一般为1.8度);断电时无定位转矩;启动和运行频率较高;是目前发展较快的一种步进电机。 6、步进电机按工作方式分类:可分为功率式和伺服式两种。 (1)功率式:输出转矩较大,能直接带动较大负载(一般使用反应式、混合式步进电机)。(2)伺服式:输出转矩较小,只能带动较小负载(一般使用永磁式、混合式步进电机)。 7、步进电机的选择: (1)首先选择类型,其次是具体的品种与型号。

步进电动机的步距角计算方法

步进电动机的步距角计算方法 步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一,广泛应 用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为"步距角"),它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机,利用其没有积累误差(精度为100%)的特点,广泛应用于各种 开环控制。 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机(VR)、永磁式步进电机(PM)、混合式步进电机(HB)和单相式步进电机等。 永磁式步进电机一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为度或15度; 反应式步进电机一般为三相,可实现大转矩输出,步进角一般为度,但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁导的变化产生转矩。 混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相:两相步进角一般为度而五相步进角一般为度。这种步进电机的应用最为广泛,也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。 步进电机的一些基本参数: 电机固有步距角:

它表示控制系统每发一个步进脉冲信号,电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值,如SL86S2114A型电机给出的值为°/°(表示半步工作时为°、整步工作时为°),这个步距角可以称之为'电机固有步距角',它不一定是电机实际工作时的真正步距角,真正的步距角和驱动器有关。 步进电机的相数: 是指电机内部的线圈组数,目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同,其步距角也不同,一般二相电机的步距角为°/°、三相的为°/°、五相的为°/°。在没有细分驱动器时,用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器,则'相数'将变得没有意义,用户只需在驱动器上改变细分数,就可以改变步距角。 保持转矩(HOLDINGTORQUE): 是指步进电机通电但没有转动时,定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一,通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减,输出功率也随速度的增大而变化,所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如,当人们说的步进电机,在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为的步进电机。 DETENTTORQU E: 是指步进电机没有通电的情况下,定子锁住转子的力矩。DETENTTORQUE 在国内没有统一的翻译方式,容易使大家产生误解;由于反应式步进电机的转子不是永磁材料,所以它没有DETENTTORQUE。 步进电机的一些特点: 1.一般步进电机的精度为步进角的3-5%,且不累积。 2.步进电机外表允许的最高温度。

步进电机选择的详细计算过程上课讲义

步进电机选择的详细 计算过程

1,如何正确选择伺服电机和步进电机? 主要视具体应用情况而定,简单地说要确定:负载的性质(如水平还是垂直负载等),转矩、惯量、转速、精度、加减速等要求,上位控制要求(如对端口界面和通讯方面的要求),主要控制方式是位置、转矩还是速度方式。供电电源是直流还是交流电源,或电池供电,电压范围。据此以确定电机和配用驱动器或控制器的型号。 2,选择步进电机还是伺服电机系统? 其实,选择什么样的电机应根据具体应用情况而定,各有其特点。请见下表,自然明白。 步进电机系统伺服电机系统 力矩范围中小力矩(一般在20Nm以下)小中大,全范围 速度范围低(一般在2000RPM以下,大力矩电机小于1000RPM)高(可达5000RPM),直流伺服电机更可达1~2万转/分 控制方式主要是位置控制多样化智能化的控制方式,位置/转速/转矩方式平滑性低速时有振动(但用细分型驱动器则可明显改善)好,运行平滑 精度一般较低,细分型驱动时较高高(具体要看反馈装置的分辨率) 矩频特性高速时,力矩下降快力矩特性好,特性较硬 过载特性过载时会失步可3~10倍过载(短时) 反馈方式大多数为开环控制,也可接编码器,防止失步闭环方式,编码器反馈 编码器类型 - 光电型旋转编码器(增量型/绝对值型),旋转变压器型 响应速度一般快 耐振动好一般(旋转变压器型可耐振动)

温升运行温度高一般 维护性基本可以免维护较好 价格低高 3,如何配用步进电机驱动器? 根据电机的电流,配用大于或等于此电流的驱动器。如果需要低振动或高精度时,可配用细分型驱动器。对于大转矩电机,尽可能用高电压型驱动器,以获得良好的高速性能。 4,2相和5相步进电机有何区别,如何选择? 2相电机成本低,但在低速时的震动较大,高速时的力矩下降快。5相电机则振动较小,高速性能好,比2相电机的速度高30~50%,可在部分场合取代伺服电机。 5,何时选用直流伺服系统,它和交流伺服有何区别? 直流伺服电机分为有刷和无刷电机。 有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。 无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。 交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。 6,使用电机时要注意的问题?

伺服电机的选型计算方法

伺服电机的选型计算方法
2012-4-17 10:51:00 来源:kingservo
1、
伺服电机和步进电机的性能比较
步进电机作为一种开环控制的系统, 和现代数字控制技术有着本质的联系。 在目前国 内的数字控制系统中,步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现,交 流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。 为了适应数字控制的发展趋势, 运动控 制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。 虽然两者在控制方 式上相似(脉冲串和方向信号),但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二 者的使用性能作一比较。 一、控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为 1.8°、0.9°,五相混合式步进电机步距角一般 为 0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机通过细分后步距角更小。如山洋公司 (SANYO DENKI)生产的二相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为 1.8°、 0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了两相和五相混合 式步进电机的步距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以京伺服(KINGSERVO) 全数字式交流伺服电机为例,对于带标准 2500 线编码器的电机而言,由于驱动器内部采 用了四倍频技术,其脉冲当量为 360°/10000=0.036°。对于带 17 位编码器的电机而言, 驱动器每接收 131072 个脉冲电机转一圈,即其脉冲当量为 360°/131072=0.0027466°, 是步距角为 1.8°的步进电机的脉冲当量的 1/655。 二、低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。 振动频率与负载情况和驱动器性能有关, 一 般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。 这种由步进电机的工作原理所决定的低频振 动现象对于机器的正常运转非常不利。 当步进电机工作在低速时, 一般应采用阻尼技术来 克服低频振动现象,比如在电机上加阻尼器,或驱动器上采用细分技术等。 交流伺服电机运转非常平稳, 即使在低速时也不会出现振动现象。 交流伺服系统具有 共振抑制功能,可涵盖机械的刚性不足,并且系统内部具有频率解析机能(FFT),可检 测出机械的共振点,便于系统调整。 三、矩频特性不同 步进电机的输出力矩随转速升高而下降, 且在较高转速时会急剧下降, 所以其最高工 作转速一般在 300~600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出,即在其额定转速(一般为 2000RPM 或 3000RPM)以内,都能输出额定转矩,在额定转速以上为恒功率输出。 四、过载能力不同 步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以京伺服 (KINGSERVO)交流伺服系统为例, 它具有速度过载和转矩过载能力。 其最大转矩为额定转 矩的三倍, 可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。 步进电机因为没有这种过载能力, 在选型时为了克服这种惯性力矩, 往往需要选取较大转矩的电机, 而机器在正常工作期间 又不需要那么大的转矩,便出现了力矩浪费的现象。 五、运行性能不同

步进电机选型计算

1.电机最大速度选择步进电机最大速度一般在600~1200 rpm。交流伺服电机额定速度一般在3000 rpm,最大转速为5000rpm。机械传动系统要根据此参数设计。 2. 电机定位精度的选择机械传动比确定后,可根据控制系统的定位精度选择步进电机的步距角及驱动器的细分等级。一般选电机的一个步距角对应于系统定位精度的1/2 或更小。注意:当细分等级大于1/4后,步距角的精度不能保证。伺服电机编码器的分辨率选择:分辨率要比定位精度高一个数量级。 2 3. 电机力矩选择步进电机的动态力矩一下子很难确定,我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载,而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。直接起动时(一般由低速)时二种负载均要考虑,加速起动时主要考虑惯性负载,恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下,静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好,静力矩一旦选定,电机的机座及长度便能确定下来(几何尺寸)?转动惯量计算物体的转动惯量为:式中:dV为体积元,r 为物体密度,r为体积元与转轴的距离。单位:kgm2 扩展资料 步进电机又称为脉冲电机,基于最基本的电磁铁原理,它是一种可以自由回转的电磁铁,其动作原理是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。其原始模型是起源于1830年至1860年间。1870年前后开始以控制为目的的尝试,应用于氢弧灯的电极输送机构中。这被认为是最初的步进电机。二十世纪初,在电话自动交换机中广泛使用了

步进电机。由于西方资本主义列强争夺殖民地,步进电机在缺乏交流电源的船舶和飞机等独立系统中得到了广泛的使用。二十世纪五十年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上,对于数字化的控制变得更为容易。到了八十年代后,由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现,步进电机的控制方式更加灵活多样。 步进电机相对于其它控制用途电机的最大区别是,它接收数字控制信号(电脉冲信号)并转化成与之相对应的角位移或直线位移,它本身就是一个完成数字模式转化的执行元件。而且它可开环位置控制,输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量,这样的所谓增量位置控制系统与传统的直流控制系统相比,其成本明显减低,几乎不必进行系统调整。步进电机的角位移量与输入的脉冲个数严格成正比,而且在时间上与脉冲同步。因而只要控制脉冲的数量、频率和电机绕组的相序,即可获得所需的转角、速度和方向。

步进电机的计算与选型实用计算

步进电机的计算与选型实 用计算 Prepared on 22 November 2020

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)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eq J; T; 2)计算不同工况下加在步进电动机转轴上的等效负载转矩eq 3)取其中最大的等效负载转矩,作为确定步进电动机最大静转矩的依据; 4)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eq J的计算 加在步进电动机转轴上的总转动惯量eq J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。eq J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。 T的计算 2.步进电动机转轴上的等效负载转矩eq 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),另一种情况是承受最大 工作负载。 T (1)快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩eq1 T=T+T+T (4-8) eq1amax f0 T——快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩,单位式中amax 为N·m; T——移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩,单位 f N·m; T——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最大加速转矩: amax eq 2T =J =60eq m a J n t πε (4-9) 式中 eq J ——步进电动机转轴上的总转动惯量,单位为2kg m ?; ε——电动机转轴的角加速度,单位为2/rad s ; m n ——电动机的转速,单位r/min ; a t ——电动机加速所用时间,单位为s ,一般在~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: f T =2F i πη摩h P (4-10) 式中 F 摩——导轨的摩擦力,单位为N ; h P ——滚珠丝杠导程,单位为m ; η——传动链总效率,一般取0.70.85η=; i ——总的传动比,/s m i n n =,其中m n 为电动机转速,s n 为丝杠的 转速。 其中式(4-10)中的导轨的摩擦力为: F μ摩c =(F +G) (4-11) 式中 μ——导轨的摩擦因素(滑动导轨取~,滚动导轨取~); c F ——垂直方向的工作负载,车削时为c F ,立铣时为z F ,单位为N ,空载时c F =0; G ——运动部件的总重力,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:

步进电机选型的计算示例

步进电机选型的计算示例 一、必要脉冲数和驱动脉冲数速度计算的示例 下面给出的是一个3相步进电机必要脉冲数和驱动脉冲速度的计算示例。这是一个实际应用例子,可以更好的理解电机选型的计算方法。 1.1 驱动滚轴丝杆 如下图,3相步进电机(1.2°/步)驱动物体运动1秒钟,则必要脉冲数和驱动脉冲速度的计算方法如下: 必要脉冲数=100 10 × 360° 1.2° =3000[脉冲] 如果采用自启动方式驱动1秒钟,则驱动脉冲速度应该这样计算: 3000[Pulse]/1[sec]=3[kHz] 但是,自启动速度不可能是5kHz,应该采用加/减速运行方式来驱动。如果加/减速时间设置为定位时间的25%,启动脉冲速度为500[Hz],则计算方法如下: 驱动脉冲速度[Hz]=3000[脉冲]-500[Hz]×0.25[秒] 1[秒]-0.25[秒] =3.8 [kHz] 如图所示: 1.2驱动传动带 如下图,3相步进电机(1.2°/步)驱动物体运动1秒钟。驱动轮的周长即旋转一圈移动的距离大约为50[mm]。 因此,所需要的必要脉冲数为: 必要脉冲数=1100 50 × 360° 1.2° =6600 [脉冲]

所需参数同上例驱动滚轴丝杆,采用加/减速运行模式,则驱动脉冲速度为: 驱动脉冲速度[Hz]=6600[脉冲]-500[Hz]×0.25[秒] 1[秒]-0.25[秒] =8.7 [kHz] 如图所示: 二、负载力矩的计算示例(T L) 下面给出的是一个3相步进电机负载力矩的计算示例。这是一个实际应用例子,其中的数字公式有助于更好的理解电机选型的应用。 2.1 滚轴丝杆驱动水平负载 如下图,滚轴丝杆驱动水平负载,效率为90%,负载重量为40千克,则负载力矩的计算方法如下: T L=m·P B 2πη × 1 i [kgf·cm] T L=40[kg]×1[cm] 2π×0.9 × 1 1 =7.07 [kgf·cm] 2.2 传送带驱动水平负载 传送带驱动水平负载,效率为90%,驱动轮直径16毫米,负载重量是9千克,则负载力矩的计算方法如下:

步进电机的选型及计算方法

步进电机选型的计算方法 步进电机选型表中有部分参数需要计算来得到。但是实际计算中许多情况我们都无法得到确切的机械参数,因此,这里只给出比较简单的计算方法。 一、驱动模式的选择 驱动模式是指如何将传送装置的运动转换为步进电机的旋转。 下图所示的驱动模式包括了电机的加/减速时间,驱动和定位时间,电机的选型基于模式图。 ●必要脉冲数的计算 必要脉冲数是指传动装置将物体从起始位置传送到目标位置所需要提供给步进电机的脉冲数。必要脉冲数按下面公式计算: 必要脉冲数= 物体移动的距离 距离电机旋转一周移动的距离 × 360 o 步进角 ●驱动脉冲速度的计算 驱动脉冲速度是指在设定的定位时间中电机旋转过一定角度所需要的脉冲数。 驱动脉冲数可以根据必要脉冲数、定位时间和加/减速时间计算得出。 (1)自启动运行方式 自启动运行方式是指在驱动电机旋转和停止时不经过加速、减速阶段,而直接以驱动脉冲速度启动和停止的运行方式。 自启动运行方式通常在转速较低的时候使用。同时,因为在启动/停止时存在一个突然的速度变化,所以这种方式需要较大的加/减速力矩。 自启动运行方式的驱动脉冲速度计算方法如下: 驱动脉冲速度[Hz]= 必要脉冲数[脉冲] 定位时间[秒] (2)加/减速运行方式

加//减速运行方式是指电机首先以一个较低的速度启动,经过一个加速过程后达到正常的驱动脉冲速度,运行一段时间之后再经过一个减速过程后电机停止的运行方式。其定位时间包括加速时间、减速时间和以驱动脉冲速度运行的时间。 加/减速时间需要根据传送距离、速度和定位时间来计算。在加/减速运行方式中,因为速度变化较小,所以需要的力矩要比自启动方式下的力矩小。加/减速运行方式下的驱动脉冲速度计算方法如下: 驱动脉冲速度[Hz]= 必要脉冲数-启动脉冲数[Hz]×加/减速时间[秒] 定位时间[秒]-加/减速时间[秒] 二、电机力矩的简单计算示例 必要的电机力矩=(负载力矩+加/减速力矩)×安全系数 ●负载力矩的计算(TL) 负载力矩是指传送装置上与负载接触部分所受到的摩擦力矩。步进电机驱动过程中始终需要此力矩。负载力矩根据传动装置和物体的重量的不同而不同。许多情况下我们无法得到精确的系统参数,所以下面只给出了简单的计算方法。 负载力矩可以根据下面的图表和公式来计算。 (1)滚轴丝杆驱动 ※负载力矩的计算公式: TL=[ F·PB 2πη + μ0F0PB 2π ]× 1 i [kgf·cm] ※负载力矩的估算公式: TL=m·PB 2πη × 1 i [kgf·cm] (水平方向) TL=m·PB × 1 ×2 [kgf·cm] (垂直方向)

步进电机选型的步骤及如何选择步进电机.docx

在选择步进电机时可以按以下步骤进行选择,这样可以避免选型不当带来的麻烦。具体如下,仅供参考。 1、步进电机转矩的选择 步进电机的保持转矩,近似于传统电机所称的“功率”。当然,有着本质的区别。步进电动机的物理结构,完全不同于交流、直流电机,电机的输出功率是可变的。通常根据需要的转矩大 小 ( 即所要带动物体的扭力大小) ,来选择哪种型号的电机。大致说来,扭力在以下,选择20、 28、35 、39、42( 电机的机身直径或方度,单位:mm);扭力在左右的,选择57 电机较为合适。扭 力在几个或更大的情况下,就要选择86、 110、 130 等规格的步进电机。 2、步过电机转速的选择 对于电机的转速也要特别考虑。因为,电机的输出转矩,与转速成反比。就是说,步进电机 在低速 ( 每分钟几百转或更低转速,其输出转矩较大) ,在高速旋转状态的转矩(1000 转 / 分 --9000 转) 就很小了。当然,有些工况环境需要高速电机,就要对步进电动机的线圈电阻、电感等指标进 行衡量。选择电感稍小一些的电机,作为高速电机,能够获得较大输出转矩。反之,要求低速 大力矩的情况下,就要选择电感在十几或几十mH,电阻也要大一些为好。 3、步进电机空载起动频率的选择 步进电机空载起动频率,通常称为“空起频率”。这是选购电机比较重要的一项指标。如果 要求在瞬间频繁启动、停止,并且,转速在1000 转 / 分钟左右 ( 或更高 ) ,通常需要“加速启动” 。

如果需要直接启动达到高速运转,最好选择反应式或永磁电机。这些电机的“空起频率”都比较高。 4、步进电机的相数选择 步进电机的相数选择,这项内容,很多客户几乎没有什么重视,大多是随便购买。其实,不 同相数的电机,工作效果是不同的。相数越多,步距角就能够做的比较小,工作时的振动就相对 小一些。大多数场合,使用两相电机比较多。在高速大力矩的工作环境,选择三相步进电机是比较实用的。 5、针对步进电机使用环境来选择 特种步进电机能够防水、防油,用于某些特殊场合。例如水下机器人,就需要放水电机。对 于特种用途的电机,就要针对性选择了。 6、根据您的实际情况可否需要特殊规格 特殊规格的步进电机,请和我们沟通,在技术允许的范围内,加工订货。例如,出轴的直径、长短、伸出方向等。 7、如有必要最好与厂家的技术工程师进一步沟通与确认型号

步进电机的选型和计算方法

1、步进电机的选用计算方法 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲:当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(及步进角)。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。步进电机是机电一体化产品中关键部件之一,通常被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。 选择步进电机时,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。 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。 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。 选择步进电机需要进行以下计算: (1)计算齿轮的减速比根据所要求脉冲当量,齿轮减速比i计算如下: i=(φ.S)/(360.Δ) (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] (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 (1-3) Ma=(Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2 (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 (1-5)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 (1-6)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 (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

步进电机的选用及电机型号参数尺寸标准

步进电机的选用 步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。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。 步进电机是机电一体化产品中关键部件之一,通常被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。 选择步进电机时,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。 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。论文天地欢迎您 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。 选择步进电机需要进行以下计算: (1)计算齿轮的减速比 根据所要求脉冲当量,齿轮减速比i计算如下: i=(φ.S)/(360.Δ) (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] (1-2) 式中Jt ---折算至电机轴上的惯量 J1、J2 ---齿轮惯量 Js ----丝杆惯量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 (1-3) Ma=(Jm+Jt).n/T××10ˉ2 (1-4)式中Ma ---电机启动加速力矩( Jm、Jt---电机自身惯量与负载惯量 n---电机所需达到的转速(r/min) T---电机升速时间(s) Mf= (1-5) Mf---导轨摩擦折算至电机的转矩( u---摩擦系数 η---传递效率 Mt=/(2πηi)×10ˉ 2 (1-6) Mt---切削力折算至电机力矩( 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 (1-7) 式中fq---带载起动频率(Hz)

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