步进电机都用在什么上 [步进电机研究论文]

步进电机研究论文

步进电机研究论文 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靠。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(/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/i)[(J2+Js)+W/g(S/2π)](1-2)式中Jt---折算至电机轴上的惯量(Kg.cm.s) J1、J2---齿轮惯量(Kg.cm.s) Js----丝杆惯量(Kg.cm.s)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×1.02×10(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.s) 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)×10(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)×10(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 fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml)÷(1+Jt/Jm)]1/2(1-7) 式中fq---带载起动频率(Hz)fq0---空载起动频率 Ml---起动频率下由矩频特性决定的电机输出力矩(N.m) 若负载参数无法精确确定,则可按fq=1/2fq0进行估算. (5)运行的最高频率与升速时间的计算。由于电机的输出力矩随着频率 的升高而下降,因此在最高频率时,由矩频特性的输出力矩应能驱动负载,并留 有足够的余量。

(6)负载力矩和最大静力矩Mmax。负载力矩可按式(1-5)和式(1-6) 计算,电机在最大进给速度时,由矩频特性决定的电机输出力矩要大于Mf与Mt 之和,并留有余量。一般来说,Mf与Mt之和应小于(0.2~0.4)Mmax.