步进电机选型的计算方法

1、步进电机选型的计算方法(2011-03-12 11:26:54)转载<1 分类：步进、伺服 标签：步进电机伺服电机工业自动化工控随着工业自动化水平的不断提高，步进及伺服技术在各个领域的应用程度 也在不断提升，步进电机和伺服电机越来越多的被用来替代传统的控制方式。 而对于步进及伺服电机的选型却有很多人不太了解，本文现针对步进电机在实 际应用中的选型做一些介绍。步进电机选型表中有部分参数需要计算来得到， 但是实际计算中许多情况我们都无法得到确切的机械参数，因此，这里只给出 比较简单的计算方法。 驱动模式的选择驱动模式是指如何将传送装置的运动转换为步进电机的旋转下图所示的驱动模式包括了电机的加

2、/减速时间，驱动和定位时间，电机的 选型基于模式图。协速时河定饶関甸If-il运讦方畫 必要脉冲数的计算“需要的脉冲数”是指传动装置将物体从起始位置传送到目标位置所需要 提供给步进电机的脉冲数。“需要的脉冲数”按下面公式计算：工件移动的距离(L)360°需要的脉冲数=X 电机旋转一周移动的距离步矩角 相应脉冲频率的计算相应脉冲频率是指在设定的定位时间中电机旋转过一定角度所需要的脉冲 数量。相应脉冲频率可以根据需要的脉冲数、定位时间和加 /减速时间计算得出自启动运行方式自启动运行方式是指在驱动电机旋转和停止时不经过加速、减速阶段，而 直接以相应脉冲频率启动和停止的运行方式。自启动运行方

3、式通常在转速较低的时候使用 (一般不高于3-4转/s)。同时, 因为在启动/停止时存在一个突然的速度变化，所以这种方式需要较大的加 /减 速力矩。自启动运行方式的相应脉冲频率计算方法如下：需要的脉冲数相应脉冲频率 =定位时间(s)动崖*(1) 加/减速运行方式加/减速运行方式是指电机首先以一个较低的速度启动，经过一个加速过程 后达到正常的脉冲频率，运行一段时间之后再经过一个减速过程后电机停止的 运行方式。其定位时间包括加速时间、减速时间和相应脉冲频率运行的时间。加/减速时间需要根据传送距离、速度和定位时间来计算。在加 /减速运行 方式中，因为速度变化较小，所以需要的力矩要比自启动方式下的力矩小

4、。力卩/减速运行方式下的相应脉冲频率计算方法如下：必要脉冲数启动脉冲数Hz X加/减速时间(s)相应脉冲频率定位时间(s)加/减速时间(s)必0XF PB电机力矩的简单计算示例必要的电机力矩=（负载力矩+加/减速力矩）x安全系数 负载力矩的计算（TL）负载力矩是指传送装置上与负载接触部分所受到的摩擦力矩。步进电机驱 动过程中始终需要此力矩。负载力矩根据传动装置和物体的重量的不同而不同。 许多情况下我们无法得到精确的系统参数，所以下面只给出了简单的计算方法。负载力矩可以根据下面的图表和公式来计算（1）滚轴丝杆驱动探负载力矩的计算公式:探负载力矩的估算公式:F=PA+m (sine? + pcos

5、tf)-kglTL _腿动脉満速蛮"3减逮时间联蜡般沖速黄加速时间:定昨福CMt谨运行方式OFOPB1kaf cm im PB1、TL - - X kgf cm |<vK 平方冋)2 n nim Pb丄TL = X X 2 kgf * cm(屯fl方向)(2)传送带/齿条齿轮传动探负载力矩的计算公式:卄£Tl 2 j- n” DFD kaf cm12 Hi F FAm ( siii u 一 u cos o ) Kg探负载力矩的估算公式:TlF2 i： n兀DFDX . = kgf ani2 HiFAin(siii u P cos a )Kg皮带轮传动u Fa-idTl

6、 =口 FAF】）Dkgf cm21探负载力矩的估算公式：DTl X ms X1kgf cm i（4）实测方法：我们也可以通过这种方法得到负载力矩：用弹簧秤拉动滑轮慢慢转动，此时弹簧秤会有一个读数，这个数值就是所用力的大小（FB）,然后乘以滑轮的半径就可以得到负载力矩（如下式）。通常这种方法得到数值要比计算得到得结果要精确。FEDTLkgf cm参数说明F:轴方向负载KgF0:预负载Kg(也 1/3F)n :效率(0.85 0.95)FA:预负载i :减速比卩：滑动面摩擦系数卩0:预压螺帽内的摩擦系数（0.1 0.3）PB滚轴丝杆螺距（cm/rev）FB:主轴开始运转时的力KgD:滑轮直径m工

7、作物和工作台的总重量Kga :倾斜角度 加/减速力矩的计算 （Ta）加/减速力矩是用来加速或减速与电机相连的传动装置。根据加/减速时间和传动装置负载惯性惯量的不同，这个力矩会有很大的变化。因此，自启动运 行方式和加/减速运行方式的力矩会有一个较大的不同。加 /减速力矩可以按下 式计算：探自启动运行方式（需要较大的加/减速力矩）加械遠力炉血f弋md址沙进旳Fix驱创脉冲迎度180X3.6进佝门转了册恥负戟惯性惯询也小'E Jjsec2探加/减速运行方式:fil 1/减速力月1 kgf cm开X步进角180°= 转惯性惯呦kglf 1±负载惯性惯里:gn遇力加速度cm

8、sec2运行脉冲速度Hz-启动脉冲速度HzX 加/减速时间sec必要脉冲数和驱动脉冲数速度计算的示例下面给出的是一个3相步进电机必要脉冲数和驱动脉冲速度的计算示例。 这是一个实际应用例子，可以更好的理解电机选型的计算方法。 驱动滚轴丝杆如下图，3相步进电机（1.2 ° /步）驱动物体运动1秒钟，则必要脉冲数和 驱动脉冲速度的计算方法如下：3000100360°必要脉冲数=X10L2°移动方向如果采用自启动方式驱动i秒钟，则驱动脉冲速度应该这样计算:3000Pulse/1sec=3kHz但是，自启动速度不可能是5kHz,应该采用加/减速运行方式来驱动。如果 加/减速

9、时间设置为定位时间的25%启动脉冲速度为500Hz，则计算方法如 下：驱动膝冲速虞皿严SOOOH水冲 1 - PQfHz X 0二 5柠13$ kHz如图所示:馆动關冲速摊移动距孫1.100（mrr 驱动传动带如下图，3相步进电机（1.2 ° /步）驱动物体运动1秒钟。驱动轮的周长即 旋转一圈移动的距离大约为50mm。因此，所需要的必要脉冲数为：1100360”必要脉冲数=X= 660i501.2°移諦方向所需参数同上例驱动滚轴丝杆，采用加/减速运行模式，则驱动脉冲速度为:驱动脉冲連戌Hz6600脉沖500HzX0 工刃杪1 秒_Ori 静?8.- kHz如图所示:启动脑;

10、中速度 负载力矩的计算示例（TL）下面给出的是一个 3相步进电机负载力矩的计算示例。这是一个实际应用例子， 其中的数字公式有助于更好的理解电机选型的应用。 滚轴丝杆驱动水平负载如下图，滚轴丝杆驱动水平负载，效率为90%负载重量为40千克，则负载力矩的计算方法如下：ni PbTL 二 2 n qkgf * cmxcm17.07 kgf* cmX2 r X0.91協距10(mmJblog. s；in si. 移动方向 滚轴丝杆 传送带驱动水平负载传送带驱动水平负载，效率为90%驱动轮直径16毫米，负载重量是 9千克，则负载力矩的计算方法如下：9 kgXXs0.9*一PBmX110速 滚轴丝杆和减速器驱动水平负载这是水平方向负载的计算结果，如果是垂直方向的负载，则力矩应该是此结果的2倍，而且此结果仅包括负载力矩，电机的总负载还应该包括加/减速力矩，但是，计算中很难得到准确的负载惯性惯量，因此，为了解决这