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發(fā)表于 2013-7-25 10:29:14
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步進(jìn)電機(jī)選型之:步進(jìn)電機(jī)力矩計(jì)算方法(功率換算方法)
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, `& l* o: C0 i 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。 8 m" a/ h% z# E& I6 B* R
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(wú)累積誤差、控制簡(jiǎn)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。 + {* _( @9 K0 V8 u% d( S
很多用戶(hù)在選型時(shí)不知道該選擇多大的步進(jìn)電機(jī),不清楚步進(jìn)電機(jī)速度和力矩的關(guān)系,有的用戶(hù)需要用步進(jìn)電機(jī)替代交流電機(jī)或者直流電機(jī)時(shí)問(wèn)到該選用多少瓦的步進(jìn)電機(jī)(其實(shí)步進(jìn)電機(jī)是不講功率的),甚至有用戶(hù)直接問(wèn)到“我要帶50公斤的物體,該用多大的步進(jìn)電機(jī)?”針對(duì)不同的設(shè)備,不同的傳動(dòng)方式,不同的負(fù)載和速度,甚至不同的加速度,啟動(dòng)速度等因素,所需要適配的步進(jìn)電機(jī)都會(huì)有所不同,運(yùn)控公司無(wú)法針對(duì)每個(gè)公司不同的機(jī)械設(shè)計(jì)都做出精確的計(jì)算,現(xiàn)在把步進(jìn)電機(jī)選型的科學(xué)計(jì)算方法給用戶(hù)分享。
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; Q. ^1 p: x( ~% T步進(jìn)電機(jī)力矩計(jì)算公式(功率換算公式)下載+ r! J- L+ K$ z3 h4 r s) f
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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,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*。在實(shí)際工作過(guò)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(shuō)最大靜力矩Mjmax大的電機(jī),負(fù)載力矩大。 # @7 e! k r# V) x: V
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(guò)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(guò)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來(lái)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。 8 ~3 Z" {) [- G
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。 8 p$ b% a' C1 H: s& T9 U4 D
選擇步進(jìn)電機(jī)需要進(jìn)行以下計(jì)算:
) D! @ G! [0 X4 u(1)計(jì)算齒輪的減速比
! M# d8 ?6 y0 m根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量,齒輪減速比i計(jì)算如下:
9 D( r: E% q' I; K Ci=(φ.S)/(360.Δ) (1-1) 式中φ ---步進(jìn)電機(jī)的步距角(o/脈沖) 0 Y6 u! Z, U# ^- x- E& F
S ---絲桿螺距(mm) 4 r5 x& s. \5 L
Δ---(mm/脈沖) ; s( r. D1 C1 S5 U }+ n
(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。
3 X' i% q! E% j, E* v8 V4 mJt=J1+(1/i2)[(J2+Js)+W/g(S/2π)2) (1-2) + {! Q/ Z' L4 v8 v; ^
式中Jt ---折算至電機(jī)軸上的慣量(Kg.cm.s2) # k/ |0 p) K4 A6 I* G' `1 U
J1、J2 ---齒輪慣量(Kg.cm.s2) 3 B7 F5 @- t9 p; K, m" r. u' K
Js ----絲桿慣量(Kg.cm.s2) W---工作臺(tái)重量(N)
/ Q$ Y" W7 X/ DS ---絲桿螺距(cm) 3 D1 x1 N! S; t8 b
(3)計(jì)算電機(jī)輸出的總力矩M
' Q& L( q! Z/ X# G: w# `! DM=Ma+Mf+Mt (1-3)
7 S B0 u! M4 N% VMa=(Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2 (1-4)
9 E1 R: t* a% z% W# z式中Ma ---電機(jī)啟動(dòng)加速力矩(N.m) ' e( S# [9 P* t5 V
Jm、Jt---電機(jī)自身慣量與負(fù)載慣量(Kg.cm.s2) % }+ ?' x7 ]0 g
n---電機(jī)所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速(r/min) ( c, c# K- o( t. h
T---電機(jī)升速時(shí)間(s) w/ f: ~2 U9 e
Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2 (1-5)
; A3 T5 Z% D ~8 o! M. m! \Mf---導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩(N.m)
5 S: e. o9 ]: E7 C% ~5 Mu---摩擦系數(shù)
' }2 ~" E$ v' tη---傳遞效率
' n' p+ Y% q$ h' e# ]2 RMt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2 (1-6) 8 Q" r; n$ f! ]2 i( R5 F+ K
Mt---切削力折算至電機(jī)力矩(N.m)
: Z b6 C% K, J0 F8 D8 r* rPt---最大切削力(N) 7 y+ |& n# }5 q# n. v
(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
0 x5 O9 Y6 o! _- z0 O2 Ifq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml]÷(1+Jt/Jm)] 1/2 (1-7)
# _% b: F. G3 D! Z9 S式中fq---帶載起動(dòng)頻率(Hz)
) z! a) K7 b2 X) Jfq0---空載起動(dòng)頻率 # s3 {$ |, ?! N( l) h i7 L
Ml---起動(dòng)頻率下由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩(N.m) , C$ V1 j3 E5 @% P. V7 n2 d
若負(fù)載參數(shù)無(wú)法精確確定,則可按fq=1/2fq0進(jìn)行估算.
. C: J/ v8 ?4 Q6 e(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。
; n9 Q# y7 l2 ]) _/ ^(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(lái)說(shuō),Mf與Mt之和應(yīng)小于(0.2 ~0.4)Mmax.1 ^, |9 O6 w4 r8 w. L; ^
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