步進電機選用研究論文
時間：2022-10-23 10:56:00
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步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉(zhuǎn)軸步進一個步距角增量。電機總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。
步進電機是機電一體化產(chǎn)品中關(guān)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(yīng)用于機電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機床、包裝機械、計算機外圍設(shè)備、復(fù)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(tǒng)的負載轉(zhuǎn)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靠。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(yīng)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(dāng)量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進電機的細分驅(qū)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(yīng)當(dāng)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(dāng)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）轉(zhuǎn)（3）計算電機輸出的總力矩M
M=Ma+Mf+Mt（1-3）
Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×10¯²（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(zhuǎn)速（r/min）
T---電機升速時間（s）
Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10¯²（1-5）
Mf---導(dǎo)軌摩擦折算至電機的轉(zhuǎn)矩（N.m)
u---摩擦系數(shù)
η---傳遞效率
Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10¯²（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(zhuǎn)矩和慣量有很大關(guān)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(yīng)能驅(qū)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(yīng)小于（0.2～0.4)Mmax.