步进电机选型计算方法

步进电机选型的计算方法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/减速时间，驱动和定位时间，电机的选型基于模式图。 必要脉冲数的计算 必要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。必要脉冲数按下面公式计算： 必要脉冲数物体移动的距离距离电机旋转一周移动的距离360 o步进角 驱动脉冲速度的计算驱动脉冲速度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。驱动脉冲数可以根据必要脉冲数、定位时间和加/减速时间计算得出。（1）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，而直接以驱动脉冲速度启动和停止的运行方式。自启动运行方式通常在转速较低的时候使用。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。自启动运行方式的驱动脉冲速度计算方法如下：驱动脉冲速度Hz=必要脉冲数脉冲定位时间秒（2）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驱动脉冲速度，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、减速时间和以驱动脉冲速度运行的时间。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。加/减速运行方式下的驱动脉冲速度计算方法如下：驱动脉冲速度Hz=必要脉冲数启动脉冲数Hz加/减速时间秒定位时间秒加/减速时间秒 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）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 负载力矩的计算公式：TLFPB2+0F0PB21ikgfcm 负载力矩的估算公式：TLmPB21ikgfcm （水平方向） TLmPB21i 2 kgfcm （垂直方向）（2）传送带/齿条齿轮传动 负载力矩的计算公式：TLF2DiFD2ikgfcmF FA + m ( sin + cos) Kg 负载力矩的估算公式：TLD2 m 11ikgfcm （水平方向） TLD2 m 11i 2 kgfcm （垂直方向）（3）皮带轮传动 负载力矩的计算公式：TLFA+m2Di(FA+m) D2ikgfcm 负载力矩的估算公式：TLD2 mg 1ikgfcm（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。TLFBD2kgfcm参数说明F：轴方向负载 KgF0：预负载 Kg (1/3F)：效率 (0.850.95)FA：预负载 i：减速比 ：滑动面摩擦系数 0：预压螺帽内的摩擦系数 (0.10.3)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：工作物和工作台的总重量 Kg：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： 自启动运行方式（需要较大的加/减速力矩）加/减速力矩kgfcm 转子惯性惯量kgm2+负载惯性惯量kgm2重力加速度cm/sec2步进角o驱动脉冲速度2Hz1803.6/步进角o 加/减速运行方式 加/减速力矩kgfcm转子惯性惯量kgm2+负载惯性惯量kgm2重力加速度cm/sec2步进角o180 o运行脉冲速度Hz启动脉冲速度Hz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：必要脉冲数100103601.23000脉冲如果采用自启动方式驱动1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：驱动脉冲速度Hz3000脉冲500Hz0.25秒1秒0.25秒3.8 kHz 如图所示： 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：必要脉冲数1100503601.26600 脉冲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：驱动脉冲速度Hz6600脉冲500Hz0.25秒1秒0.25秒8.7 kHz 如图所示： 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：TLmPB21ikgfcmTL40kg1cm20.9117.07 kgfcm 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：TLD2 m 11ikgfcmTL1.6 cm2 9 kg 10.9118 kgfcm 滚轴丝杆和减速器驱动水平负载 如下图，滚轴丝杆螺距为5毫米，效率为90%，负载重量为250千克，则负载力矩的计算方法如下：TLmPB21ikgfcmTL250kg0.5cm20.91102.21 kgfcm 这是水平方向负载的计算结果