五、步进电机参数设计 1、脉冲当量δ:步进电机每接受一个脉冲时,工作台走过的位移 单位为m/ pulse 0.001~0.0025精密机床 6=10.005~0.01 数控机床 0.1~0.15 一般机床 角脉冲当量6a:就是步距角a(°/ pu se) 当通过中间传动装置时,角脉冲当量δ。为 如下图,步进电机通过丝杠螺母副带动工作台运动时,其脉冲当量δ为: 驱动器
五、步进电机参数设计 1、脉冲当量δ：步进电机每接受一个脉冲时，工作台走过的位移 单位为 mm/pulse δ= 0.001～0.0025 精密机床 0.005～0.01 数控机床 0.1～0.15 一般机床 角脉冲当量δα：就是步距角α(°/pulse) 当通过中间传动装置时，角脉冲当量δα为： i = M 驱动器 指令脉冲 如下图，步进电机通过丝杠螺母副带动工作台运动时，其脉冲当量δ为： Z1 Z2
S ap 360 设计时,先根据运动精度选定δ,再根据负载确定步进电机的参数a,并 选定丝杠的导程p,计算出传动比后,最后设计传动齿轮的各参数等。 2、最大静转矩Tm与相数、拍数 一般根据≤(30~50%)T。选择Tmx 其中[为把负载折合到步进电机轴的负载力矩,若相数、拍数较多,可选 0.5,否则选0.3,考虑控制回路的复杂和经济程度,一般取相数较少的。 3、最高运行频率与速度关系 根据工作台的最高速度v选择步进电机最高运行频率fm 由 得 注意量纲:vmx(m/min)
i p 360 = 设计时，先根据运动精度选定δ，再根据负载确定步进电机的参数α，并 选定丝杠的导程p,计算出传动比i后，最后设计传动齿轮的各参数等。 2、最大静转矩Tmax与相数、拍数 一般根据 TL ≤（30～50%）Tmax选择Tmax 其中TL为把负载折合到步进电机轴的负载力矩，若相数、拍数较多，可选 0.5，否则选0.3，考虑控制回路的复杂和经济程度，一般取相数较少的。 3、最高运行频率与速度关系 .根据工作台的最高速度vmax选择步进电机最高运行频率fmax max max v f 3 50 max max v f 由 得 注意量纲： vmax (m/min)
4、转动惯量与加减速性能 步进电机的加减速性能与转动惯量所产生的惯性力矩有关 惯性力矩: 转动惯量和角加速度越大,步进电机的启动频率越低,加减速性能越差, 越容易失步。 通过减小步距角和减小转动惯量改善启动、加减速性能 5、电机负载转矩计算 作用在步进电机轴的总的负载转矩按下式计算
4、转动惯量与加减速性能 步进电机的加减速性能与转动惯量所产生的惯性力矩有关 惯性力矩： dt d M J = 转动惯量和角加速度越大，步进电机的启动频率越低，加减速性能越差， 越容易失步。 通过减小步距角和减小转动惯量改善启动、加减速性能 5、电机负载转矩计算 作用在步进电机轴的总的负载转矩按下式计算： i p F i p F i p F J J T T T T T m d m f F 2 1 ) 2 2 ( ) 2 ( 0 max 0 − = + + + + = + + +
其中:J是电机轴自身的转动惯量(Kgm2) J是系统折算到电机轴的总的转动惯量(Kg.m2) E是电机启动、制动时的角加速度(rad/s2) F作用在工作台的摩擦力(N) F作用在工作台的外力(N 7伺服系统传动链的总效率(取0.7-0.85) 7丝杠螺母预紧时的传动效率(取0.9) F0丝杠螺母预紧时的力(N P是丝杠螺距(mm) i是总传动比 6、等效转动惯量的计算 >基本公式 圆柱体 其中
6、等效转动惯量的计算 其中： Jm是电机轴自身的转动惯量（Kg.m2） Jd是系统折算到电机轴的总的转动惯量（Kg.m2） 是电机启动、制动时的角加速度（rad/s2） F 作用在工作台的摩擦力（N） FW作用在工作台的外力（N） 伺服系统传动链的总效率（取0.7—0.85） 丝杠螺母预紧时的传动效率（取0.9） F0丝杠螺母预紧时的力（N） P是丝杠螺距（mm） i是总传动比 0 ➢ 基本公式 2 8 1 J = md 圆柱体 m d l 2 4 其中： =
山的计算 对上图所示的的系统,折算到电机轴的转动惯量山由几部分组成 电机轴的转动惯量 齿轮Z的转动惯量J21 齿轮Z2的转动惯量山2和丝杠的转动惯量J折算到电机轴的转动惯量 工作台折算到电机轴的转动惯量 对于直线移动的工作台,折算到丝杠轴的转动惯量为: J-M( 丝杠轴折算到电机轴的转动惯量为: 因此,折算到电机轴的等效转动惯量山为:
➢ Jd的计算 对上图所示的的系统，折算到电机轴的转动惯量Jd由几部分组成： • 电机轴的转动惯量Jm • 齿轮Z1的转动惯量JZ1 • 齿轮Z2的转动惯量JZ2和丝杠的转动惯量JS折算到电机轴的转动惯量 • 工作台折算到电机轴的转动惯量 对于直线移动的工作台，折算到丝杠轴的转动惯量为： 2 ( ) 2 p J = M 丝杠轴折算到电机轴的转动惯量为： = + + 2 2 ) 2 ( 1 2 p J J i J z s M 因此，折算到电机轴的等效转动惯量Jd为：