步进电机的选型和计算方法

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1、１、步进电机的选用计算方法　　步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。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，广泛应用于机电一体化产品中，如：数控机床、包装机械、计算机外围设备

2、、复印机、传真机等。　　选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。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

3、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=(φ.S)/(360.Δ)　(1-1)　　　　　式中φ-步进电机的步距角（o/脉冲）S-丝杆螺距（mm)Δ-(mm/脉冲）　　　（2）计算工作台，丝杆以及齿轮折算至电

4、机轴上的惯量Jt。　　　　　　　Jt=J1+（1/i2)[(J2+Js）+W/g（S/2π)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（cm）　　　（3）计算电机输出的总力矩M　　　　　　　M=Ma+Mf+Mt（1-3）　　　　　　　Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2（1-4）　　　　　　　　　　　式中Ma-电机启动加速力矩（N.

5、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)/(2πηi)×10ˉ2（1-5）　　　Mf-导轨摩擦折算至电机的转矩（N.m)　u-摩擦系数　η-传递效率　　　　　　　Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2（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

6、，其估算公式为　　　　　　　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

7、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之和应小于（0.2～0.4）Mmax。　　２、步进电机分类　　步进电机分三种：永磁式（PM）、反应式（VR）和混合式（HB）。永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大，在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点，它又分为两相和五相

8、：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度，山洋步进电机均为这种步进电机。　　３、保持转矩（HOLDINGTORQUE）　　　　保持转矩（HOLDINGTORQUE）是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，