步進(jìn)電機(jī)選用計(jì)算方法

選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，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(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿(mǎn)足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可*。在實(shí)際工作過(guò)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(shuō)最大靜力矩Mjmax大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。

　　選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，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(dòng)過(guò)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(guò)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來(lái)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。

　　選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，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(dòng)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(mǎn)足機(jī)床快速移動(dòng)的需要。

　　選擇步進(jìn)電機(jī)需要進(jìn)行以下計(jì)算：

　　(1)計(jì)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(jì)算如下:

　　i=(φ.S)/(360.Δ) (1-1) 式中φ ——-步進(jìn)電機(jī)的步距角(o/脈沖)

　　S ——-絲桿螺距(mm)

　　Δ——-(mm/脈沖)

　　(2)計(jì)算工作臺(tái)，絲桿以及齒輪折算至電機(jī)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(jī)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(tái)重量(N)

　　S ——-絲桿螺距(cm)

　　(3)計(jì)算電機(jī)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(jī)啟動(dòng)加速力矩(N.m)

　　Jm、Jt——-電機(jī)自身慣量與負(fù)載慣量(Kg.cm.s2)

　　n——-電機(jī)所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速(r/min)

　　T——-電機(jī)升速時(shí)間(s)

　　Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2 (1-5)

　　Mf——-導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩(N.m)

　　u——-摩擦系數(shù)

　　η——-傳遞效率

　　Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2 (1-6)

　　Mt——-切削力折算至電機(jī)力矩(N.m)

　　Pt——-最大切削力(N)

　　(4)負(fù)載起動(dòng)頻率估算。數(shù)控系統(tǒng)控制電機(jī)的啟動(dòng)頻率與負(fù)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(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(jī)輸出力矩(N.m)

　　若負(fù)載參數(shù)無(wú)法精確確定,則可按fq=1/2fq0進(jìn)行估算.

　　(5)運(yùn)行的最高頻率與升速時(shí)間的計(jì)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(shí)，由矩頻特性的輸出力矩應(yīng)能驅(qū)動(dòng)負(fù)載，并留有足夠的余量。

　　(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(jì)算，電機(jī)在最大進(jìn)給速度時(shí)，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(lái)說(shuō)，Mf與Mt之和應(yīng)小于(0.2 ～0.4)Mmax.