步進(jìn)電機(jī)的選型計(jì)算方法
步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。
步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無(wú)累積誤差、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。
選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過(guò)程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說(shuō)最大靜力矩Mjmax大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。
選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來(lái)完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。
選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動(dòng)的需要。
選擇步進(jìn)電機(jī)需要進(jìn)行以下計(jì)算：
（1）計(jì)算齒輪的減速比
根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量，齒輪減速比i計(jì)算如下:
i=(φ.S)/(360.Δ) (1-1)
式中φ ---步進(jìn)電機(jī)的步距角（o/脈沖）
S ---絲桿螺距（mm)
Δ---(mm/脈沖）
（2）計(jì)算工作臺(tái)，絲桿以及齒輪折算至電機(jī)軸上的慣量Jt。
Jt=J1+（1/i2)[(J2+Js）+W/g（S/2π)2] （1-2）
式中Jt ---折算至電機(jī)軸上的慣量(Kg.cm.s2)
J1、J2 ---齒輪慣量(Kg.cm.s2)
Js ----絲桿慣量(Kg.cm.s2) W---工作臺(tái)重量（N）
S ---絲桿螺距（cm）
（3）計(jì)算電機(jī)輸出的總力矩M
M=Ma+Mf+Mt （1-3）
Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2 （1-4）
式中Ma ---電機(jī)啟動(dòng)加速力矩（N.m)
Jm、Jt---電機(jī)自身慣量與負(fù)載慣量(Kg.cm.s2)
n---電機(jī)所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速（r/min）
T---電機(jī)升速時(shí)間（s）
Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2 （1-5）
Mf---導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩（N.m)
u---摩擦系數(shù)
η---傳遞效率
Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2 （1-6）
Mt---切削力折算至電機(jī)力矩（N.m)
Pt---最大切削力（N）
（4）負(fù)載起動(dòng)頻率估算。數(shù)控系統(tǒng)控制電機(jī)的啟動(dòng)頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩和慣量有很大關(guān)系，其估算公式為
fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml）÷(1+Jt/Jm)] 1/2 （1-7）
式中fq---帶載起動(dòng)頻率（Hz）
fq0---空載起動(dòng)頻率
Ml---起動(dòng)頻率下由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩（N.m)
若負(fù)載參數(shù)無(wú)法精確確定,則可按fq=1/2fq0進(jìn)行估算.
（5）運(yùn)行的最高頻率與升速時(shí)間的計(jì)算。由于電機(jī)的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻率 時(shí)，由矩頻特性的輸出力矩應(yīng)能驅(qū)動(dòng)負(fù)載，并留有足夠的余量。
（6）負(fù)載力矩和最大靜力矩Mmax。負(fù)載力矩可按式（1-5）和式（1-6）計(jì)算，電機(jī)在最大進(jìn)給速度時(shí)，由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩要大于Mf與Mt之和，并留有余量。一般來(lái)說(shuō)，Mf與Mt之和應(yīng)小于（0.2 ～0.4)Mmax.
