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步進電機選型計算方法

2020-02-17 15:43:49   編輯:小編    2778

在選用步進電機時我們需要對相關數據進行計算,盡管在網頁上和書上有大量的相關方法,但簡明的、容易懂的步進電機選型計算方法還是有限,凱福工程師專門在培訓時整理了一下,以供使用.

 步進電機選型計算主要涉及到兩個要素:1是力矩,2是慣量,下面就此給出計算方法:

1、負載力矩

運行力矩(摩擦力矩)
  計算力矩M=Ma+Mf

M=Ma+Mf

M:負載力矩(N.m)

Ma:負載加速力矩(N.m)

Mf:負載運行力矩(N.m)

考慮到計算誤差和裝配精度,應保證2倍安全率

必要轉矩MB=2M

馬達選型時,必要轉矩必須在馬達運行曲線以下 

步進電機選型(圖1).png

滾珠螺桿驅動

Mf=(1/η+μ0/3)FPB/(2π) 

F=FA+mg(sinα+μcosα) 

Mf:負載運行力矩(N.m)

FA:負載外力(N)

PB:螺桿螺距(m/rev)

α:螺桿水平時為0,垂直時為90度

η:效率(0.9); μ:滑動面摩擦系數(0.05)

μ0:預壓螺帽內部摩擦系數(0.2—0.3)

m:負載總質量(kg)

步進電機選型計算.png

直線運動

Mf=FD/(2ηi) 

F=FA+mg(sinα+μcosα) 

Mf:負載運行力矩(N.m)

FA:負載外力(N)

D:終端滾輪直徑(m)

i:減速比(機構的減速比,不是馬達減速比)

α:水平運行時為0,垂直時為90度

η:效率(0.9); μ:滑動面摩擦系數

m:負載總質量(kg)

步進電機選型計算方法.png

旋轉機構驅動時,運行力矩極小,可忽略

加速力矩

Ma=2(Jm+Jt)×π × V/t  

Ma:負載加速力矩(N.m)

Jm:馬達轉子轉動慣量(kg.m2)

Jt:負載轉動慣量(kg.m2)

V:運行目標速度(rps)

t:加速時間(s)

從公式可看出,加速力矩跟負載轉動慣量以及加速度成正比,加速度可根據需要設置,重點在于負載轉動慣量的計算

滾珠螺桿驅動


Jt=1/2*maR2+m(PB/(2π))2  

Jt:負載轉動慣量( kg.m2 )

ma:螺桿質量(kg)

R:螺桿半徑(m)

m:負載總質量(kg)

PB:螺桿螺距(m/rev)

電機選型計算.png

直線運動

Jt=m(A/(2π))2   

Jt:負載轉動慣量( kg.m2 )

m:負載總質量(kg)

A:電機轉動一周負載移動量(m)

步進電機選型計算公式.png

旋轉機構

Jt=1/2*mR2   

Jt:負載轉動慣量( kg.m2 )

m:負載總質量(kg)

R:旋轉機構半徑(m)

上式為旋轉軸通過重心的計算方法,當旋轉軸不通過重心時,如機械手等

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

X0軸為物體重心,X為旋轉軸

l=X軸和X0軸的距離(m)

步進電機選型(圖2).png


2、慣量匹配

  

a.負載轉動慣量不應超過馬達轉動慣量10倍

步進電機運行示意圖.png

  慣性比大時,起動、停止抖動

b.慣量比過大時,則起動、停止時的過沖和回沖亦變大,因而會影響起動、穩定時間

c.當負載慣量過大時,需減小加載到馬達轉軸的慣量

減小負載&轉子慣量比的方法:

a.改變負載驅動方式

驅動相同負載,滾珠螺桿驅動與同步輪拖動相比,轉動慣量會小很多

b.在馬達轉軸和負載連接時增加減速機構

增加一個1:3的減速機構,加載到馬達上的轉動慣量將會成平方的降低,變為原負載轉動慣量的1/9

c.選用減速機型步進電機

使用1:10減速步進電機時,能驅動的負載轉動慣量將成平方增加,變為原負載慣量的100倍,此方法最常用

步進電機在選型時理論上來講可以根據書本公式來計算的,但根據我們對不同結構、負載及相關因素的考慮,在實際應用中,我們將步進電機選型計算方法給予了改進,如有疑問的朋友們,可以相互探討交流!

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