步進電機研究的論文
步進電機研究的論文
步進電機是機電一體化產品中關鍵部件之一,通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。廣泛應用於機電一體化產品中,如:數控機牀、包裝機械、計算機外圍設備、複印機、傳真機等。
選擇步進電機時,首先要保證步進電機的輸出功率大於負載所需的功率。而在選用功率步進電機時,首先要計算機械系統的負載轉矩,電機的矩頻特性能滿足機械負載並有一定的餘量保證其執行可靠。在實際工作過程中,各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的範圍內。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機,負載力矩大。
選擇步進電機時,應使步距角和機械系統匹配,這樣可以得到機牀所需的脈衝當量。在機械傳動過程中爲了使得有更小的脈衝當量,一是可以改變絲桿的導程,二是可以透過步進電機的細分驅動來完成。但細分只能改變其分辨率,不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。
選擇功率步進電機時,應當估算機械負載的負載慣量和機牀要求的啓動頻率,使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的餘量,使之最高速連續工作頻率能滿足機牀快速移動的.需要。
選擇步進電機需要進行以下計算:
(1)計算齒輪的減速比
根據所要求脈衝當量,齒輪減速比i計算如下:
i=(φ.S)/(360.Δ)(1-1)式中φ---步進電機的步距角(/脈衝)
S---絲桿螺距(mm)
Δ---(mm/脈衝)
(2)計算工作臺,絲桿以及齒輪折算至電機軸上的慣量Jt。
Jt=J1+(1/i)[(J2+Js)+W/g(S/2π)](1-2)
式中Jt---折算至電機軸上的慣量(.s)
J1、J2---齒輪慣量(.s)
Js----絲桿慣量(.s)W---工作臺重量(N)
S---絲桿螺距(cm)(3)計算電機輸出的總力矩M
M=Ma+Mf+Mt(1-3)
Ma=(Jm+Jt).n/T×1.02×10(1-4)
式中Ma---電機啓動加速力矩(N.m)
Jm、Jt---電機自身慣量與負載慣量(.s)
n---電機所需達到的轉速(r/min)
T---電機升速時間(s)
Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10(1-5)
Mf---導軌摩擦折算至電機的轉矩(N.m)
u---摩擦係數
η---傳遞效率
Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10(1-6)
Mt---切削力折算至電機力矩(N.m)
Pt---最大切削力(N)
(4)負載起動頻率估算。數控系統控制電機的啓動頻率與負載轉矩和慣量有很大關係,其估算公式爲
fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml)÷(1+Jt/Jm)]1/2(1-7)
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輸出力矩(N.m)
若負載參數無法精確確定,則可按fq=1/2fq0進行估算.
(5)執行的最高頻率與升速時間的計算。由於電機的輸出力矩隨着頻率的升高而下降,因此在最高頻率時,由矩頻特性的輸出力矩應能驅動負載,並留有足夠的餘量。
(6)負載力矩和最大靜力矩Mmax。負載力矩可按式(1-5)和式(1-6)計算,電機在最大進給速度時,由矩頻特性決定的電機輸出力矩要大於Mf與Mt之和,並留有餘量。一般來說,Mf與Mt之和應小於(0.2~0.4)Mmax.
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