【文章內(nèi)容簡介】 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=()/() (11) 式中φ 步進(jìn)電機(jī)的步距角（o/脈沖） S 絲桿螺距（mm) Δ(mm/脈沖） （2）計(jì)算工作臺，絲桿以及齒輪折算至電機(jī)軸上的慣量Jt。 Jt=J1+（1/i2)[(J2+Js）+W/g（S/2π)2] （12） 式中Jt 折算至電機(jī)軸上的慣量() JJ2 齒輪慣量() Js 絲桿慣量() W工作臺重量（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 （13） Ma=（Jm+Jt).n/T10ˉ2 （14） 式中Ma 電機(jī)啟動加速力矩（) Jm、Jt電機(jī)自身慣量與負(fù)載慣量() 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=()/(2πηi)10ˉ2 （15） Mf導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩（) u摩擦系數(shù) η傳遞效率 Mt=()/(2πηi)10ˉ2 （16） Mt切削力折算至電機(jī)力矩（) Pt最大切削力（N） （4）負(fù)載起動頻率估算。數(shù)控系統(tǒng)控制電機(jī)的啟動頻率與負(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）247。(1+Jt/Jm)] 1/2 （17） 式中fq帶載起動頻率（Hz） fq0空載起動頻率 Ml起動頻率下由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩（) 若負(fù)載參數(shù)無法精確確定,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（15）和式（16）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。一般來說，Mf與Mt之和應(yīng)小于（ ～)Mmax. 步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)是運(yùn)動控制系統(tǒng)中最常用的兩種執(zhí)行電動機(jī)。在電機(jī)選型過程中，必須首先計(jì)算出負(fù)載通過機(jī)械傳動系統(tǒng)對電機(jī)軸的折算扭矩（T折），下面就幾中常見的機(jī)械傳動方式介紹折算扭矩（T折）的計(jì)算過程。 重物提升 T折= (mgD) /(2i) [] 絲杠螺母傳動 T折= 1/I((Ft)/(2π η)+Tb) [] F=F0+μmg [N] 同步帶或齒輪齒條傳動 T折=(FD)/( 2i η) [] F=F0+μmg [N]（三）1. 負(fù)載分類：（1）Tf力矩負(fù)載：　　Tf = Gr 　　G 重物重量 r 半徑（2）TJ慣性負(fù)載：　　J = M（R12+R22）/ 32 （Kgcm）　　M：質(zhì)量　　R1：外徑　　R2：內(nèi)徑　　TJ = Jdw/dt dw/dt 為角加速度 力矩曲線圖是步進(jìn)電機(jī)輸出特性的重要表現(xiàn)，以下是我們對其中關(guān)鍵詞語的解釋。 說明：1. 工作頻率點(diǎn)： 表示步進(jìn)電機(jī)在該點(diǎn)的轉(zhuǎn)速值。單位：Hzn=Θ*Hz / （360*D）n 轉(zhuǎn)/秒Hz 該點(diǎn)的頻率值D 電路的細(xì)分值， Θ 步進(jìn)電機(jī)的步距角例：，在1/2細(xì)分驅(qū)動的情況下（）500Hz 時(shí)，其速度是 2. 起動區(qū)域： 步進(jìn)電機(jī)可以直接起動或停止的區(qū)域。3. 運(yùn)行區(qū)域： 在這個(gè)區(qū)域里，電機(jī)不能直接運(yùn)行，必須先要在起動區(qū)域 內(nèi)起動，然后通過加速的方式，才能到達(dá)該工作區(qū)域內(nèi)。同樣，在該區(qū)域內(nèi)，電機(jī)也不能直接制動，否則就會造成失步，必須通過減速的方式到起動區(qū)域內(nèi)，在進(jìn)行制動。4. 最大起動頻率點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)在空載情況下，最大的直接起動速度點(diǎn)。5. 最大運(yùn)行頻率點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)在空載情況下，可以達(dá)到的最大的運(yùn)行速度點(diǎn)。6. 起動力矩：步進(jìn)電機(jī)在特定的工作頻率點(diǎn)下，直接起動可帶動的最大力矩負(fù)載值。7. 運(yùn)行力矩：步進(jìn)電機(jī)在特定的工作頻率點(diǎn)下，運(yùn)行中可帶動的最大力矩負(fù)載值。由于運(yùn)動慣性的原因，所以，運(yùn)行力矩要比起動力矩大。 3 加速和減速運(yùn)動的控制 當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的工作頻率點(diǎn)在力矩曲線圖的運(yùn)行區(qū)域內(nèi)時(shí)，如何在最短的時(shí)間內(nèi)加速，減速就成了關(guān)鍵。如下圖示，步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)力矩特性一般在低速時(shí)為水平直線狀，在高速時(shí)，由于電感的影響，很快下滑。 （1）直線加速運(yùn)動 已知電機(jī)負(fù)載為TL，要從F0 在最短時(shí)間tr內(nèi)加速到F1，求tr 和 加速脈頻率F（t）A．確定TJ，一般TJ =70% Tm。B．tr = *105*J*Θ*（F1F0）/ （TJTL）（ｔ）＝（Ｆ１－Ｆ０）＊ｔ／ｔｒ＋Ｆ０ ， 0 t tr （２）指數(shù)加速運(yùn)動 已知電機(jī)負(fù)載為TL，要從F0 在最短時(shí)間tr內(nèi)加速到F1，求tr 和 加速脈頻率F（t），ＴＪ１一般TJ０ =70% Tm０,TJ１ =70% Tm１,TL=60%Tm1B．tr = F4*ln[(TJ0TL)/(TJ1TL)]（ｔ）＝F2*[1e^(t/F4)]＋Ｆ０ ， 0 t tr 其中，F(xiàn)2=(TLTJ0)*(F1F0)/(TJ1TJ0)F4=*105*J*Θ*F2 /( TJ0TL) J 為電機(jī)轉(zhuǎn)子和負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量，Θ為每一步的度數(shù)，整步運(yùn)行時(shí)為電機(jī)步距角。至于減速的控制，只要將上訴的加速脈頻率反過來進(jìn)行即可。 4 振動和噪音 一般來說，步進(jìn)電機(jī)在空載運(yùn)行時(shí)，在200pps左右會有一個(gè)很嚴(yán)重的振動，甚至?xí)a(chǎn)生失步的現(xiàn)象，這是由于電機(jī)轉(zhuǎn)子是一個(gè)有質(zhì)量的物體，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行的頻率接近到轉(zhuǎn)子的固有頻率，振動就產(chǎn)生了，一般有幾種解決的辦法：1. 避開振動區(qū)，使電機(jī)的工作頻率不在這個(gè)范圍內(nèi)。2. 采用細(xì)分的驅(qū)動方式，使原來1步完成的動作分幾步完成，減少振動，一般半步運(yùn)動時(shí)，電機(jī)的力矩比整步時(shí)少15%，采用正弦波電流控制時(shí)，力矩減小為30%（四）選型原則 驅(qū)動器的電流：電流是判斷驅(qū)動器能力大小的依據(jù)，是選擇驅(qū)動器的重要指標(biāo)之一，通常驅(qū)動器的最大電流要略大于電機(jī)的標(biāo)稱電流，,。 驅(qū)動器的供電電壓：供電電壓是判斷驅(qū)動器升速能力的標(biāo)志，常規(guī)電壓供給有24VDC,40VDC,60VDC,80VDC,110VDC,220VDC等。 驅(qū)動器的細(xì)分：細(xì)分是控制精度的標(biāo)志，通過增大細(xì)分能改善精度。步進(jìn)電機(jī)（尤其是反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)）都有低頻振蕩的特點(diǎn)，如果您的電機(jī)需要工作在低頻共振區(qū)工作（如走圓?。?，則細(xì)分驅(qū)動器是很好的選擇。此外，細(xì)分比不細(xì)分，輸出轉(zhuǎn)矩對各種電機(jī)都有不同程度的提升。選型指導(dǎo) 要使系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，選型是比較重要的一環(huán)。在此介紹一些有關(guān)選型的事項(xiàng)，供大家參考。 由于電機(jī)直接與外界負(fù)載相關(guān)聯(lián)，因此，可以先從電機(jī)著手。選擇步進(jìn)電機(jī)大致可分為以下幾個(gè)步驟：1. 計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩假設(shè)系統(tǒng)力學(xué)模型如下圖所示：已知條件如下：所用絲桿為滾珠螺桿，直徑D=20mm，長度L=1米負(fù)載P=50KG，Z1,Z2為傳動齒輪，Z1分度圓直徑為d1=200mm，Z2分度圓直徑為d1=100mm，寬度為2厘米；μ為摩擦系數(shù)，在此設(shè)其為μ=電機(jī)起動速度V0=300RPM,運(yùn)行速度V1=900RPM,加速時(shí)間t=200ms。由此可求得負(fù)載轉(zhuǎn)矩如下：T==5020/2/1000=(牛米)1. 計(jì)算傳動構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量滾珠螺桿傳動慣量： I0=(R＾4)ρl ρ為密度 =（＾4）78001 =（）同里可分別求得Z1和Z