步進(jìn)電機(jī)扭矩計(jì)算

1、步進(jìn)電機(jī)的選用計(jì)算方法2009-02-1616:11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(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)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。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(diǎn)。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(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī),選擇,工作原理,控制電路選擇步進(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

2、，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)行可靠。在實(shí)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。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(dòng)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。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)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動(dòng)的需要。選擇步進(jìn)電機(jī)

3、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=(小.S)/(360.A)(1-1)式中小-步進(jìn)電機(jī)的步距角(o/脈沖)S-絲桿螺距(mm)A(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/2tt)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(NI)S-絲桿螺距(cnrj)(3)計(jì)算電機(jī)輸出的總力矩MM=Ma+Mf+Mt(1-3)Ma=(Jm+Jt).n/TX1.02X10-2(

4、1-4)式中Ma-電機(jī)啟動(dòng)加速力矩(N.m)JmrJt-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)/(2冗刀i)x10-2(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)”-傳遞效率Mt=(Pt.s)/(2冗刀i)X10-2(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

5、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。一般來說，Mf與Mt之和應(yīng)小于(0.20.4)Mmax.步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中最常用的兩種執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。在電機(jī)選型過程中，必須首先計(jì)算出負(fù)載通過機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)對電機(jī)軸

6、的折算扭矩(T折)，下面就幾中常見的機(jī)械傳動(dòng)方式介紹折算扭矩(T折)的計(jì)算過程。1、重物提升丁折二(mXgXD)/(2Xi)N.m2、絲杠螺母傳動(dòng)丁折=1/I(FXt)/(2乂兀Xn)+Tb)N.mF=F0+mgN3、同步帶或齒輪齒條傳動(dòng)mmgNT折=(FXD)/(2XiXn)N.mF=F0+險(xiǎn)動(dòng)耳人|>14&JH應(yīng)用情況，步進(jìn)電機(jī)要拉動(dòng)橫梁沿垂直導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度為100mm/s,需要計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的扭矩。牽引力計(jì)算：假設(shè)橫粱重100kg,負(fù)載重100kg,電機(jī)及其他重50kg則提升這些重物需要的牽引力為：250kg*10=2500N由于橫梁及負(fù)載重力產(chǎn)生的橫向力矩?cái)D壓立柱，

7、從而產(chǎn)生的摩擦力。設(shè)擠壓力為P,則有力矩平衡100*10*2+100*10*1-50*10*0.5=P*0.5(0.5為橫粱上下寬度)，得出P=5500N假如摩擦系數(shù)為0.02,則摩擦力f=5500*0.02=110N則為了拉動(dòng)橫梁上下運(yùn)動(dòng)，需要的牽引力FF=2500+110=2610N根據(jù)公式P=F*V=2610*0.1=261W,即電機(jī)至少需要261w=0.261kw扭矩計(jì)算：提升速度為100mm/s,即電機(jī)齒輪線速度為0.1m/s,電機(jī)齒輪直徑30mm,則電機(jī)轉(zhuǎn)速約：1.06r/s,約65r/min若電機(jī)軸直接帶齒輪，則T=9950*P/n=9950*0.261/65=40N*m請問這樣的計(jì)算方法對嗎？對于普通電機(jī)如果對的話，對于步進(jìn)電機(jī)還對嗎?步進(jìn)電機(jī)1Q0kg100kg2000mm扭矩的計(jì)算，其實(shí)就是說你的電機(jī)所帶的齒輪產(chǎn)生的扭矩，能夠克服重力加上摩擦力產(chǎn)生的力矩。所以,根據(jù)你上面的計(jì)算，電機(jī)的扭矩應(yīng)為：重力(250KgX10X+110)X(30/2)=39.15NM約為40NM。如果怕不夠用的話，可以在這個(gè)基礎(chǔ)上增加50%的力矩，也就是40*1.5=60NM這樣簡單的計(jì)算就很