步进电机计算与选型Word文档下载推荐.docx

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选择电机一般应遵循以下步骤：

1.电机最大速度选择

步进电机最大速度一般在600～1200rpm。

交流伺服电机额定速度一般在3000rpm，最大转速为5000rpm。

机械传动系统要根据此参数设计。

2.电机定位精度的选择

机械传动比确定后，可根据控制系统的定位精度选择步进电机的步距角及驱动器的细分等级。

一般选电机的一个步距角对应于系统定位精度的1/2或更小。

注意：

当细分等级大于1/4后，步距角的精度不能保证。

3.电机力矩选择

步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。

静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。

直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。

一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）

A.转动惯量计算

物体的转动惯量为：

式中：

dV为体积元，ρ为物体密度，r为体积元与转轴的距离。

单位：

kgm2

将负载质量换算到电机输出轴上转动惯量，常见传动机构与公式如下：

B.加速度计算

控制系统要定位准确，物体运动必须有加减速过程，如图所示。

已知加速时间、最大速度Vmax，可得电机的角加速度：

（rad/s2）

C.电机力矩计算

力矩计算公式为：

TL为系统外力折算到电机上的力矩；

η为传动系统的效率。

1.2计算例题

已知：

直线平台水平往复运动，最大行程L＝400mm，同步带传动；

往复运动周期为T＝4s；

重复定位误差≤0.05mm；

平台运动质量M＝10kg，无外力。

求：

电机型号、同步带轮直径、最大细分数。

1.运动学计算

平均速度为：

设加速时间为0.1S；

（步进电机一般取加速时间为：

0.1~1秒）

（伺服电机一般取加速时间为：

0.05~0.5秒）

则加减速时间共为0.2S，且加减速过程的平均速度为最大速度的一半。

故有：

L＝0.1⨯Vmax/2＋1.8⨯Vmax+0.1⨯Vmax/2＝0.4m

得：

Vmax＝0.4/（0.2/2＋1.8）＝0.211m/s

所以，加速度为：

加速距离：

匀速距离：

减速距离和加速距离相同，

2.动力学计算

同步带上需要拉力：

F＝Ma+f

摩擦力：

f＝μMg

设导轨摩擦系数μ＝0.1

则摩擦力：

f＝0.1⨯10⨯9.8＝9.8N

惯性力:

F1＝Ma＝10⨯2.11＝21.1N

故：

同步带上要有拉力F＝F1+f＝21.1＋9.8＝30.9N

3.选择同步带直径Φ和步进电机细分数m

设同步带直径Φ＝30mm

周长为C＝3.14⨯Φ＝3.14⨯30＝94.2mm

核算定位精度：

C/（360°

/1.8⨯m）<

0.05；

细分数：

m>

C/（200⨯0.05）=94.2/（200⨯0.05）=9.42

核算最大转速：

nmax＝Vmax/C＝0.211/（94.2/1000）＝2.24r/s

显然，细分数太大，最大转速太低。

但是，同步带直径也不可能小2倍，所以只能增加一级减速。

第2级主动轮直径仍取：

Φ3＝30mm；

第1级主动轮直径取：

Φ1＝25mm；

减速比取：

i＝1：

3；

则第1级从动轮直径为取：

Φ2＝75mm；

电机最大转速为：

驱动器细分数：

故，取4细分就很合适了。

实际脉冲当量：

即满足重复定位误差≤0.05mm。

4.计算电机力矩，选择电机型号

第2级主动轮上的力矩：

T2＝F⨯Φ3/2

第1级主动轮上，即电机轴上的力矩：

T1＝T2⨯i＝F⨯Φ3/2⨯i=0.155Nm

由于没有考虑同步带的效率、导轨和滑块装配误差造成的摩擦、同步带轮的摩擦和转动惯量等因素，同时，步进电机在高速时扭矩要大幅度下降；

所以，取安全系数为2比较保险。

故，电机力矩To＝0.155⨯2＝0.310Nm

选57HS09即可，其静力矩为0.9Nm。

和57HS09类似的电机矩频特性图如下：

4细分：

nmax＝6.72r/s=806r/min＝5374pps时，从上图对应的T＝35Ncm＝0.35Nm>

0.310Nm