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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:59       日期:2020-10-09
        選擇步進電機時,首先要保證步進電機的輸出功率大於負載所需的功率。而在選用功率步進電機時,首先要計算機械係統的負載轉矩,電機的矩頻特性能滿足機械負載並有一定的餘量保證其運行可靠。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範圍內。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,應使步距角和機械係統匹配,這樣可以得到機床所需的脈衝當量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈衝當量,一是可以改變絲杆的導程,二是可以通過步進電機的細分驅動來完成。但細分隻能改變其分辨率,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餘量,使之最高速連續工作頻率能滿足機床快速移動的需要。 
 
步進電機
 
 選擇步進電機需要進行以下計算: 
 
(1)計算齒輪的減速比 
根據所要求脈衝當量,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/脈衝) 
S ---絲杆螺距(mm) 
Δ---(mm/脈衝) 
 
(2)計算工作台,絲杆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 ----絲杆慣量(Kg.cm.s2) 
W---工作台重量(N) 
S ---絲杆螺距(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---摩擦係數 
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。數控係統控製電機的啟動頻率與負載轉矩和慣量有很大關係,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。由於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,並留有足夠的餘量。 
 
(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於Mf與Mt之和,並留有餘量。一般來說,Mf與Mt之和應小於(0.2 ~0.4)Mmax.。
 
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