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選擇步進電機需要進行的一些力矩相關計算方法

瀏覽次數:        日期:2021-06-08

  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的負載轉矩,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。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。在機械傳動過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,二是可以通過步進電機的細分驅動來完成。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,應當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)

  (3)計算電機輸出的總力矩M

  M=Ma+Mf+Mt (1-3)

  Ma=(Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2 (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---電機所需達到的轉速(r/min)

  T---電機升速時間(s)

  Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2 (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)×10ˉ2 (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。數控系統控制電機的啟動頻率與負載轉矩和慣量有很大關系,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能驅動負載,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之和應小于(0.2 ~0.4)Mmax.。

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