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步進電機的選用計算方法

步進電機的選用計算方法
步進電機是機電一體化產品中關鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。廣泛應用于機電一體化產品中，如：數控機床、包裝機械、計算機外圍設備、復印機、傳真機等。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。一般地說*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*高速連續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 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---*大切削力（N）（4）負載起動頻率估算。數控系統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) 若負載參數無法**確定,則可按fq=1/2fq0進行估算. （5）運行的*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*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*大靜力矩Mmax。負載力矩可按式（1-5）和式（1-6）計算，電機在*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.

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