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樓主 |
發(fā)表于 2013-7-25 10:29:14
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步進(jìn)電機(jī)選型之：步進(jìn)電機(jī)力矩計算方法（功率換算方法）
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步進(jìn)電機(jī)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(yùn)動的電磁執(zhí)行元件,。每輸入一個脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個步距角增量。電機(jī)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,。
j p# T7 t/ W 步進(jìn)電機(jī)是機(jī)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(jìn)電機(jī)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(jī)電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機(jī)床,、包裝機(jī)械,、計算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī),、傳真機(jī)等,。
4 o1 e: D+ s! M7 ^2 T; F 很多用戶在選型時不知道該選擇多大的步進(jìn)電機(jī)，不清楚步進(jìn)電機(jī)速度和力矩的關(guān)系,，有的用戶需要用步進(jìn)電機(jī)替代交流電機(jī)或者直流電機(jī)時問到該選用多少瓦的步進(jìn)電機(jī)（其實步進(jìn)電機(jī)是不講功率的）,，甚至有用戶直接問到“我要帶50公斤的物體，該用多大的步進(jìn)電機(jī),？”針對不同的設(shè)備,，不同的傳動方式，不同的負(fù)載和速度,，甚至不同的加速度,，啟動速度等因素，所需要適配的步進(jìn)電機(jī)都會有所不同,，運(yùn)控公司無法針對每個公司不同的機(jī)械設(shè)計都做出精確的計算,，現(xiàn)在把步進(jìn)電機(jī)選型的科學(xué)計算方法給用戶分享。/ ]% ] b( g' Y% x2 m; z( r2 {
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0 e, G; P9 X0 I9 @% s' ?9 i5 w步進(jìn)電機(jī)力矩計算公式（功率換算公式）下載
2 u- X, B1 W/ v) Q9 j4 \/ ]7 x; q W/ Y! y
選擇步進(jìn)電機(jī)時,，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率,。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時，首先要計算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩,，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可*,。在實際工作過程中，各種頻率下的負(fù)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(jī),，負(fù)載力矩大。 . V; k8 d8 D: S4 K
選擇步進(jìn)電機(jī)時,，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配,，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)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(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動來完成,。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度,。精度是由電機(jī)的固有特性所決定,。 7 [. i( m% P' Q' W0 H+ L
選擇功率步進(jìn)電機(jī)時，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動頻率,，使之與步進(jìn)電機(jī)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(jī)床快速移動的需要。
5 c) [$ j6 V$ p, S! k 選擇步進(jìn)電機(jī)需要進(jìn)行以下計算： - L3 L' P. x% z. K+ k" S0 l
（1）計算齒輪的減速比 $ x Z. v% f- a
根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量,，齒輪減速比i計算如下:
# P8 {: Q8 v( t9 ^8 S ki=(φ.S)/(360.Δ) (1-1) 式中φ －－-步進(jìn)電機(jī)的步距角（o/脈沖）
8 k+ F- s! \' d& T% ]0 zS －－-絲桿螺距（mm） + q5 T0 z5 D' h" @0 U- \
Δ－－-(mm/脈沖)
8 ~9 _/ y5 I% f1 Z2 U（2）計算工作臺,，絲桿以及齒輪折算至電機(jī)軸上的慣量Jt。 ) Q1 Z3 f0 f, f5 U& @4 e
Jt=J1+（1/i2）[(J2+Js)+W/g（S/2π）2） （1-2） , Y) M# P0 C# q$ S0 m
式中Jt －－-折算至電機(jī)軸上的慣量(Kg.cm.s2) ; a" m3 a- q& C
J1,、J2 －－-齒輪慣量(Kg.cm.s2)
0 V+ G9 k: m/ BJs －－－－絲桿慣量(Kg.cm.s2) W－－-工作臺重量（N） 9 V2 y5 l6 e% p
S －－-絲桿螺距（cm）
+ j. ?$ ^6 V X（3）計算電機(jī)輸出的總力矩M
" d% `: D1 X1 u" @* L5 x9 jM=Ma+Mf+Mt （1-3） 5 p& w7 ]9 m0 _( k. G
Ma=（Jm+Jt）.n/T×1.02×10ˉ2 （1-4）
) F2 h& u: K. [ s式中Ma －－-電機(jī)啟動加速力矩（N.m）
3 {2 h; l- D9 C# h) tJm,、Jt－－-電機(jī)自身慣量與負(fù)載慣量(Kg.cm.s2)
: K3 J; u- M$ j. P7 S" N7 s$ l: nn－－-電機(jī)所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速（r/min）
" c: B1 p, ]4 E4 b# UT－－-電機(jī)升速時間（s）
Z7 ^; p$ m4 X* @3 g0 s% UMf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2 （1-5） 5 z; X% f+ z5 W) w$ H+ D
Mf－－-導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩（N.m）
. I# c! h+ H+ d; R# ~8 bu－－-摩擦系數(shù) 3 J( Z! H& B- |$ ~ m% \
η－－-傳遞效率 7 m" W% k1 d! }% L
Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2 （1-6）
8 K3 V) \# s' w% _( p' AMt－－-切削力折算至電機(jī)力矩（N.m）
1 q5 p7 o8 v. q, u0 n5 u4 NPt－－-最大切削力（N） 2 h! l( H, m8 |: l+ c) i
（4）負(fù)載起動頻率估算。數(shù)控系統(tǒng)控制電機(jī)的啟動頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩和慣量有很大關(guān)系,，其估算公式為 0 [ i% y* {& | b% h/ L& S5 l# V
fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml]÷(1+Jt/Jm)] 1/2 （1-7） 7 _, R5 g& J& ~! @. N
式中fq－－-帶載起動頻率（Hz）
7 s6 k1 m7 w7 G$ wfq0－－-空載起動頻率 6 h+ m5 e) M" B& h
Ml－－-起動頻率下由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩（N.m） + Y( C( V/ b9 C; D( B: ?
若負(fù)載參數(shù)無法精確確定,則可按fq=1/2fq0進(jìn)行估算. / [7 o7 T+ o; Z9 v" L7 Z- B6 f
（5）運(yùn)行的最高頻率與升速時間的計算,。由于電機(jī)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(fù)載,，并留有足夠的余量。 % y- c5 O) j) z& W5 {2 m
（6）負(fù)載力矩和最大靜力矩Mmax,。負(fù)載力矩可按式（1-5）和式（1-6）計算,，電機(jī)在最大進(jìn)給速度時，由矩頻特性決定的電機(jī)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.
" B I2 @0 ]9 B9 @, E0 d9 a; _/ L/ x5 V; U, ]
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樓主: hitzek77
發(fā)表于 2013-7-8 20:42:51
