步進(jìn)電機(jī)研究的論文

　　步進(jìn)電機(jī)研究的論文

　　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。

　　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)行可靠。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。

　　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。

　　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。

　　選擇步進(jìn)電機(jī)需要進(jìn)行以下計(jì)算：

　�。�1）計(jì)算齒輪的減速比

　　根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量，齒輪減速比i計(jì)算如下:

　　i=(φ.S)/(360.Δ)(1-1)式中φ---步進(jìn)電機(jī)的步距角（/脈沖）

　　S---絲桿螺距（mm)

　　Δ---(mm/脈沖）

　�。�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。

　　Jt=J1+（1/i)[(J2+Js）+W/g（S/2π)]（1-2）

　　式中Jt---折算至電機(jī)軸上的慣量(Kg.cm.s)

　　J1、J2---齒輪慣量(Kg.cm.s)

　　Js----絲桿慣量(Kg.cm.s)W---工作臺(tái)重量（N）

　　S---絲桿螺距（cm）（3）計(jì)算電機(jī)輸出的總力矩M

　　M=Ma+Mf+Mt（1-3）

　　Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×10（1-4）

　　式中Ma---電機(jī)啟動(dòng)加速力矩（N.m)

　　Jm、Jt---電機(jī)自身慣量與負(fù)載慣量(Kg.cm.s)

　　n---電機(jī)所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速（r/min）

　　T---電機(jī)升速時(shí)間（s）

　　Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10（1-5）

　　Mf---導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩（N.m)

　　u---摩擦系數(shù)

　　η---傳遞效率

　　Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10（1-6）

　　Mt---切削力折算至電機(jī)力矩（N.m)

　　Pt---最大切削力（N）

　�。�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

　　fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml）÷(1+Jt/Jm)]1/2（1-7）

　　式中fq---帶載起動(dòng)頻率（Hz）

　　fq0---空載起動(dòng)頻率

　　Ml---起動(dòng)頻率下由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩（N.m)

　　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.

　�。�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。

　　（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.

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