步进电机的选用计算方法

　　1 前言

　　步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。广泛应用于机电一体化产品中，如：数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。

　　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*。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，这样可以得到机床所需的脉冲当量。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。

　　选择步进电机需要进行以下计算：

　　(1)计算齿轮的减速比

　　根据所要求脉冲当量，齿轮减速比i计算如下:

　　i=(φ.S)/(360.Δ) (1-1) 式中φ ——-步进电机的步距角(o/脉冲)

　　S ——-丝杆螺距(mm)

　　Δ——-(mm/脉冲)

　　(2)计算工作台，丝杆以及齿轮折算至电机轴上的惯量Jt。

　　Jt=J1+(1/i2)[(J2+Js)+W/g(S/2π)2] (1-2)

　　式中Jt ——-折算至电机轴上的惯量(Kg.cm.s2)

　　J1、J2 ——-齿轮惯量(Kg.cm.s2)

　　Js ————丝杆惯量(Kg.cm.s2) W——-工作台重量(N)

　　S ——-丝杆螺距(cm)

　　(3)计算电机输出的总力矩M

　　M=Ma+Mf+Mt (1-3)

　　Ma=(Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2 (1-4)

　　式中Ma ——-电机启动加速力矩(N.m)

　　Jm、Jt——-电机自身惯量与负载惯量(Kg.cm.s2)

　　n——-电机所需达到的转速(r/min)

　　T——-电机升速时间(s)

　　Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2 (1-5)

　　Mf——-导轨摩擦折算至电机的转矩(N.m)

　　u——-摩擦系数

　　η——-传递效率

　　Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2 (1-6)

　　Mt——-切削力折算至电机力矩(N.m)

　　Pt——-最大切削力(N)

　　(4)负载起动频率估算。数控系统控制电机的启动频率与负载转矩和惯量有很大关系，其估算公式为