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选择步进电机需要进行的一些力矩相关计算方法

浏览次数:59       日期:2020-10-09
        选择步进电机时,首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时,首先要计算机械系统的负载转矩,电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中,各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩Mjmax大的电机,负载力矩大。 
 
选择步进电机时,应使步距角和机械系统匹配,这样可以得到机床所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量,一是可以改变丝杆的导程,二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率,不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。 
 
选择功率步进电机时,应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率,使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量,使之最高速连续工作频率能满足机床快速移动的需要。 
 
步进电机
 
 选择步进电机需要进行以下计算: 
 
(1)计算齿轮的减速比 
根据所要求脉冲当量,齿轮减速比i计算如下: 
i=(φ.S)/(360.Δ) (1-1) 
式中φ ---步进电机的步距角(o/脉冲) 
S ---丝杆螺距(mm) 
Δ---(mm/脉冲) 
 
(2)计算工作台,丝杆以及齿轮折算至电机轴上的惯量Jt。 
Jt=J1+(1/i2)[(J2+Js)+W/g(S/2π)2](1-2)
 式中Jt ---折算至电机轴上的惯量(Kg.cm.s2) 
J1、J2 ---齿轮惯量(Kg.cm.s2) 
Js ----丝杆惯量(Kg.cm.s2) 
W---工作台重量(N) 
S ---丝杆螺距(cm) 
 
(3)计算电机输出的总力矩M 
M=Ma+Mf+Mt (1-3) 
Ma=(Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2 (1-4) 
式中Ma ---电机启动加速力矩(N.m) 
Jm、Jt---电机自身惯量与负载惯量(Kg.cm.s2) 
n---电机所需达到的转速(r/min) 
T---电机升速时间(s) 
 
Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2 (1-5) 
Mf---导轨摩擦折算至电机的转矩(N.m) 
u---摩擦系数 
η---传递效率 
 
Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2 (1-6) 
Mt---切削力折算至电机力矩(N.m) 
Pt---最大切削力(N) 
 
(4)负载起动频率估算。数控系统控制电机的启动频率与负载转矩和惯量有很大关系,其估算公式为 
fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml]÷(1+Jt/Jm)] 1/2 (1-7) 
式中fq---带载起动频率(Hz) 
fq0---空载起动频率 
Ml---起动频率下由矩频特性决定的电机输出力矩(N.m) 
若负载参数无法精确确定,则可按fq=1/2fq0进行估算. 
 
(5)运行的最高频率与升速时间的计算。由于电机的输出力矩随着频率的升高而下降,因此在最高频率 时,由矩频特性的输出力矩应能驱动负载,并留有足够的余量。 
 
(6)负载力矩和最大静力矩Mmax。负载力矩可按式(1-5)和式(1-6)计算,电机在最大进给速度时,由矩频特性决定的电机输出力矩要大于Mf与Mt之和,并留有余量。一般来说,Mf与Mt之和应小于(0.2 ~0.4)Mmax.。
 
TAG标签:步进电机力矩

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