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步进电机的选择计算

2017-02-26 16:26:23 | 人围观 | 评论:

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,这样可以得到系统所需的脉冲当量。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。

依据电机在一定驱动速度的条件下,其所带的负载转矩、负载惯量(转动惯量)和必需的加速转矩,来计算所选择步进电机的输出转矩。

负载惯量所需的加速转矩和摩檫转矩

负载转矩TL时,欲驱动其到f2的转速,则先在低速f1起动电机,然后加速到f2。此时,负载包含有转子的转动惯量J,因此要使其加速,就必须要施加加速转矩Ta,则(TL+Ta)为步进电机欲加速运行到f2转速所需的转矩。此加速转矩即为式下式的第一项:

转矩

上式的D为比例速度的系数,第二项比其他的项小可忽略不计。TM为电机产生的转矩,(TM-TL)为产生加速度的转矩。令加速到转子角速度ω2时驱动脉冲到达f2(pps),然后恒速运行,再进行减速运行,达到转子角速度ω1,驱动频率返回到f1(pps),最后停止。此时的梯形面积相当于总步数,即电机轴在横轴的时间内转动的步数,负载到达定位位置。设加速时间为ta。步距角为θs,则加速转矩用下式表示:

加速转矩计算公式

步进电机的失步转矩为该步进电机所能输出的最大转矩。选择步进电机,转矩的安全系数SF选择1.3~2,下式决定所需的转矩:

T=SF(Ta+TL

【例题】:求负载惯量为2kg•cm2,ω1=0,ω2=157rad/s(相当于25rps),TL=0,ta=0.1s时的加速所需的转矩。

【解】:J=2(kg•cm2)=2×10-4(kg•m2),根据式上面的(式1)Ta=J(ω21)/ta

T=2×10-4×(157-0)/0.1=0.314(N•m)

转矩的单位为kgf•cm,1kgf=9.8N,用下式来计算:

T=0.314×100-9.8=0.314×10.2=3.20kg•cm





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