電機技師論文之步進(jìn)電機的選用
步進(jìn)電機的選用
步進(jìn)電機是一種能將數字輸入脈沖轉換成旋轉或直線(xiàn)增量運動(dòng)的電磁執行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機轉軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。電機總的回轉角與輸入脈沖數成正比例，相應的轉速取決于輸入脈沖頻率。
步進(jìn)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(jìn)電機慣量低、定位精度高、無(wú)累積誤差、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。廣泛應用于機電一體化產(chǎn)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(jìn)電機時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機時(shí)，首先要計算機械系統的負載轉矩，電機的矩頻特性能滿(mǎn)足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。在實(shí)際工作過(guò)程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線(xiàn)的范圍內。一般地說(shuō)最大靜力矩Mjmax大的'電機，負載力矩大。
選擇步進(jìn)電機時(shí)，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(dòng)過(guò)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(guò)步進(jìn)電機的細分驅動(dòng)來(lái)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(jìn)電機時(shí)，應當估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續工作頻率能滿(mǎn)足機床快速移動(dòng)的需要。
選擇步進(jìn)電機需要進(jìn)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(jìn)電機的步距角（/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/i) （1-2）
式中Jt ---折算至電機軸上的慣量(Kg.cm.s)
J1、J2 ---齒輪慣量(Kg.cm.s)
Js ----絲桿慣量(Kg.cm.s) 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×1.02×10 （1-4）
式中Ma ---電機啟動(dòng)加速力矩（N.m)
Jm、Jt---電機自身慣量與負載慣量(Kg.cm.s)
n---電機所需達到的轉速（r/m
in）
T---電機升速時(shí)間（s）
Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10 （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)×10 （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(dòng)頻率估算。數控系統控制電機的啟動(dòng)頻率與負載轉矩和慣量有很大關(guān)系，其估算公式為
fq=fq0 1/2 （1-7）
式中fq---帶載起動(dòng)頻率（Hz）
fq0---空載起動(dòng)頻率
Ml---起動(dòng)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(wú)法精確確定,則可按fq=1/2fq0進(jìn)行估算.
�。�5）運行的最高頻率與升速時(shí)間的計算。由于電機的輸出力矩隨著(zhù)頻率的升高而下降，因此在最高頻率 時(shí)，由矩頻特性的輸出力矩應能驅動(dòng)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(jìn)給速度時(shí)，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(lái)說(shuō)，Mf與Mt之和應小于（0.2 ～0.4)Mmax.
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