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步进电机选型计算方法

2020-02-17 15:43:49   编辑:小编   

在选用步进电机时我们需要对相关数据进行计算,尽管在网页上和书上有大量的相关方法,但简明的、容易懂的步进电机选型计算方法还是有限,全研工程师专门在培训时整理了一下,以供使用.

 步进电机选型计算主要涉及到两个要素:1是力矩,2是惯量,下面就此给出计算方法:

1、负载力矩

运行力矩(摩擦力矩)
  计算力矩M=Ma+Mf

M=Ma+Mf

M:负载力矩(N.m)

Ma:负载加速力矩(N.m)

Mf:负载运行力矩(N.m)

考虑到计算误差和装配精度,应保证2倍安全率

必要转矩MB=2M

马达选型时,必要转矩必须在马达运行曲线以下 

步进电机选型(图1).png

滚珠螺杆驱动

Mf=(1/η+μ0/3)FPB/(2π) 

F=FA+mg(sinα+μcosα) 

Mf:负载运行力矩(N.m)

FA:负载外力(N)

PB:螺杆螺距(m/rev)

α:螺杆水平时为0,垂直时为90度

η:效率(0.9); μ:滑动面摩擦系数(0.05)

μ0:预压螺帽内部摩擦系数(0.2—0.3)

m:负载总质量(kg)

步进电机选型计算.png

直线运动

Mf=FD/(2ηi) 

F=FA+mg(sinα+μcosα) 

Mf:负载运行力矩(N.m)

FA:负载外力(N)

D:终端滚轮直径(m)

i:减速比(机构的减速比,不是马达减速比)

α:水平运行时为0,垂直时为90度

η:效率(0.9); μ:滑动面摩擦系数

m:负载总质量(kg)

步进电机选型计算方法.png

旋转机构驱动时,运行力矩极小,可忽略

加速力矩

Ma=2(Jm+Jt)×π × V/t  

Ma:负载加速力矩(N.m)

Jm:马达转子转动惯量(kg.m2)

Jt:负载转动惯量(kg.m2)

V:运行目标速度(rps)

t:加速时间(s)

从公式可看出,加速力矩跟负载转动惯量以及加速度成正比,加速度可根据需要设置,重点在于负载转动惯量的计算

滚珠螺杆驱动


Jt=1/2*maR2+m(PB/(2π))2  

Jt:负载转动惯量( kg.m2 )

ma:螺杆质量(kg)

R:螺杆半径(m)

m:负载总质量(kg)

PB:螺杆螺距(m/rev)

电机选型计算.png

直线运动

Jt=m(A/(2π))2   

Jt:负载转动惯量( kg.m2 )

m:负载总质量(kg)

A:电机转动一周负载移动量(m)

步进电机选型计算公式.png

旋转机构

Jt=1/2*mR2   

Jt:负载转动惯量( kg.m2 )

m:负载总质量(kg)

R:旋转机构半径(m)

上式为旋转轴通过重心的计算方法,当旋转轴不通过重心时,如机械手等

J=1/12m(A2+B2)+ml2

X0轴为物体重心,X为旋转轴

l=X轴和X0轴的距离(m)

步进电机选型(图2).png


2、惯量匹配

  

a.负载转动惯量不应超过马达转动惯量10倍

步进电机运行示意图.png

  惯性比大时,起动、停止抖动

b.惯量比过大时,则起动、停止时的过冲和回冲亦变大,因而会影响起动、稳定时间

c.当负载惯量过大时,需减小加载到马达转轴的惯量

减小负载&转子惯量比的方法:

a.改变负载驱动方式

驱动相同负载,滚珠螺杆驱动与同步轮拖动相比,转动惯量会小很多

b.在马达转轴和负载连接时增加减速机构

增加一个1:3的减速机构,加载到马达上的转动惯量将会成平方的降低,变为原负载转动惯量的1/9

c.选用减速机型步进电机

使用1:10减速步进电机时,能驱动的负载转动惯量将成平方增加,变为原负载惯量的100倍,此方法最常用

步进电机在选型时理论上来讲可以根据书本公式来计算的,但根据我们对不同结构、负载及相关因素的考虑,在实际应用中,我们将步进电机选型计算方法给予了改进,如有疑问的朋友们,可以相互探讨交流!

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