步进电机扭矩计算

1、步进电机的选用计算方法2009-02-16 16:11步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。 每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。 电机总的回转角与输入脉 冲数成正比例，相应的转速取决丁输入脉冲频率。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。广泛应用丁机电 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。关键词：步进电机,选择，工作原理，控制电路选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大丁负载所需的功率。而在选 用功率步进电机时，首先要计算机械

2、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

3、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=( 4 .S)/(360. ) (1-1) 式中 4 -步进电机的步距角(o/脉冲)S -丝杆螺距(mm) -(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/i2)(J2+Js ) +W/g (S/2 兀)2(1-2)式中 Jt -折算至电机轴上的惯量(Kg.cm.s2)J1、J2 -齿轮惯量(Kg.cm.s2)Js - 丝杆惯量(Kg.cm.s2) W-工作台重量(N)S -丝杆螺距(crnj)(3)计算电机输出的总力矩 MM

4、=Ma+Mf+Mt(1-3)Ma= (Jm+Jt).n /T x 1.02 x 10 2 ( 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.s2)n-电机所需达到的转速(r/min )T-电机升速时间(s)Mf=(u.W.s)/(2TT Ti) x 10 2 (1-5)Mf-导轨摩擦折算至电机的转矩(N.m)u-摩擦系数T-传递效率Mt=(Pt.s)/(2 Tt T i) x 10 2 (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

5、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

6、之和应小于(0.20.4)Mmax.步进电机和交流伺服电机是运动控制系统中最常用的两种执行电动机。 在电机选 型过程中，必须首先计算出负载通过机械传动系统对电机轴的折算扭矩 (T折)， 下面就几中常见的机械传动方式介绍折算扭矩(T折)的计算过程。1、 重物提升T折=(m x gx D) /(2 x i) N.m2、 丝杠螺母传动T折=1/I(F X t)/(2 乂兀 X n )+Tb) N.m F=F0+ mg N 3、同步带或齿轮齿条传动T折=(FX D)/( 2 X i X n ) N.m F=F0+应用情况，步进电机要拉动横梁沿垂直导轨上下运动，运动速度为100mm/s,需要计算步进电机

7、的扭矩。牵引力计算：假设横粱重100kg，负载重100kg，电机及其他重50kg则提升这些重物需要的牵引力为：250kg*10=2500N由于横梁及负载重力产生的横向力矩挤压立柱，从而产生的摩擦力。设挤压力为P,则有力矩平衡100*10*2+100*10*1-50*10*0.5=P*0.5（0.5为横粱上下宽度），得出P=5500N假如摩擦系数为0.02,则摩擦力f = 5500*0.02=110N则为了拉动横梁上下运动，需要的牵引力FF=2500+110=2610N根据公式P=F*V = 2610*0.1=261W，即电机至少需要261w=0.261kw扭矩计算： 提升速度为100mm/s，

8、即电机齿轮线速度为0.1m/s，电机齿轮直径30mm，则电机转速约：1.06r/s，约65r/min若电机轴直接带齿轮，则T=9950*P/n=9950*0.261/65 40N*m请问这样的计算方法对吗？对于普通电机如果对的话，对于步进电机还对吗?p mg N图卒回1*1 句现 HII4 ELL 繇扭矩的计算， 其实就是说你的电机所带的齿轮产生的扭矩， 能够克服重力加上摩擦力产生的力矩。 所以, 根据你上面的计算，电机的扭矩应为：重力(250K必10X+ 110) X( 30/2)= 39.15NM约为40NM。如果怕不够用的话，可以在这个基础上增加50%的力矩，也就是40*1.5=60NM这样简单的计算就很可靠。如