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步進電機選型計算器

生活 更新时间:2024-12-06 02:53:45

伺服電機的選型計算

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1、 完整地伺服電機選型計算包含哪些參數

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2、 如何确定伺服電機的額定轉速

A 超過額定轉速是否可行?

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3、 編碼器的類别及選用方法

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A 增量式編碼器(需要使用額外的電子設備(通常是PLC、計數器或變頻器)以進行脈沖計數,并将脈沖數據轉換為速度或運動數據),選型時需考慮PLC等最高的計數範圍。速度閉環控制

安裝時應注意:機械尺寸、分辨率、電氣接口

B 絕對值式編碼器(可産生能夠識别絕對位置的數字信号) 機械手,位置閉環控制,盡量選擇内部不帶計數器的,怕幹擾

碼盤材料分為金屬、玻璃、塑料

安裝時應注意與用戶軸的連接,采用彈性連接,切忌采用剛性連接

應用場合:

a、 當設備可能會有停電移動、慣性滑動會引起安全性問題時,比如:高度、長度的安全性測量設備、大型設備、起重類設備、水閘、工程機械、電梯、門機等,這類設備必須保證數據的穩定可靠,采用全行程編碼器

b、 無法判斷現場幹擾情況時(對于現場的變頻器、開關電源、接地狀況不明時)

c、 需要多個編碼器比較的同步糾偏、多個編碼器聯動的生産線、加工機械(CNC),此種情況下選用增量式編碼器會占用過多的CPU資源

d、 設備容易受到水氣、灰塵、振動影響時,(增量式編碼器為光學式,絕對值式編碼器為電磁式)

e、 設備運行時,不方便停機、檢修、修正時,絕對值編碼器可以保證其數據的穩定可靠,比如高速運轉的一些生成線,偏遠地區的自控設備

f、 高精度定位時,如機械手

4、 伺服電機的選型原則

a、連續工作扭 矩 < 伺服電機額定扭矩

b、瞬時最大扭矩 < 伺服電機最大扭矩 (加速時)

c慣量比 <電機規定的慣量比

d、連續工作速度 < 電機額定轉速

5、伺服電機選型計算步驟

a、确定機械系統的類型

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b、确定機構的運行模式

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C、計算負載慣量和慣量比

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J=J1/(i²*η) J0

d、負載轉矩的計算

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第二節 步進電機的選型計算

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步進電機分3種:永磁式步進電機(PM)、反應式步進電機(VR)和相混合式步進電機(HB)。永磁式步進一般為兩相,轉矩和體積較小,步進角一般為7.5°或15°,多半用于價格低廉

的消費性産品;反應式步進一般為三相,可實現大轉矩輸出,步進角一般為1.5°,但噪聲和振動都很大,在歐美等發達國家20世紀80年代已被淘汰;混合式步進是指混合了永磁式和反應式的優點,它又分為兩相、三相和五相:兩相步進角一般為1.8°,三相步距角為0.9°,而五相步進角一般為0.72°。混進合式步進是工業運動控制應用最常見的電機。此外,按照電機驅動架構又可分為單極性(unipolar)和雙極性(bipolar)步進電機。

1、步進電機常用參數

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A、相數:指電機内部的線圈組數

B、靜轉矩:電機在通電卻不轉動時,定子鎖住轉子的力矩

C、步距角:輸入一個電脈沖信号,步進電動機轉子相應的角位移

D、定位轉矩:電機在不通電情況下,定子鎖住轉子的力矩

E、拍數:完成一個磁場周期性變化所需脈沖數或導電狀态用n表示

F、步進電動機的機座号:主要有35、39、42、57、86、110等

G矩頻特性曲線:輸出力矩與頻率的關系

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2、步進電機選型時應注意的問題

A、步進電機的精度一般為步距角的3-5%,且不累積

B、力矩随轉速的升高而下降(變化明顯),見矩頻特性曲線

C、注意電機的空載啟動頻率,(高于改值,不能正常啟動、丢步、堵轉),

啟動轉速一般為10-100轉,大負載的電機選用較低值

D、低頻時振動、噪聲明顯

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a、通過增加減速機來避開共振區

b、更換驅動器,選用帶有細分功能的驅動器(此方法最為簡便)

c、更換步進電機,選用更小步距角的電機(此方法會較大提高成本)

d、采用小電流、低電壓進行驅動

e、增加磁性阻尼器(結構允許的情況下,加在電機軸上)

E、慣量較大的系統,應選用大機座号電機

F、最好不要使用整步狀态,整步狀态振動大

G、電機在600轉以下工作時,應采用小電流、低電壓、大電感來驅動

H、先選擇電機再選擇驅動器

I、電機的扭矩應至少大于3倍的計算扭矩

3、具體參數的選型計算

A、最大轉速

Vmax≤1000

過高轉速容易丢步,超多1000時,最好選用伺服電機

電機的效率較低

B、定位精度

定位精度有步距角和驅動器的細分功能共同決定,步距角與定位精度最少為2倍的關系

當有高精度要求,切忌單一的提高驅動器的細分,此方式不能保證輸出的精度,細分等級一般不大于1/4

C、轉動慣量的計算

此内容與伺服電機的選型一樣,請參照伺服電機的選型

D、扭矩的計算

a 步進電機扭矩計算常采用脈沖速度來計算

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工作脈沖數=移動的距離/定位精度----A

運行脈沖速度(HZ)=A-f1*t1/t0-t1---f2(t1=0.25t0)

運行速度(r/min)=f2*步距角*60/360

負載轉矩的公式與伺服電機的選型公式一樣

加速扭矩=總慣量*π*步距角*(f2-f1)*/(180*t1)

總扭矩=(負載轉矩 加速扭矩)*安全系數---(安全系數一般取2以上)

E、慣量比的選擇

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需要快速啟動的裝置,慣量比一般要小于4,如果不滿足以上慣量比,需考慮增加減速機,

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F、根據矩頻特性曲線,選擇型号

4、選型計算實例

(1)一台四相八拍運行的步進電動機,通過一對減速齒輪,滾珠絲杠副帶動工作台移動。齒輪1的齒數選定為Z1=27,步進電動機轉子轉子齒數Zr=45,并設定步進電動機每走一步,工作台移動8μm。當絲杠導程t=8mm,時,試求齒輪2的齒數Z2。

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(2)水平放置的滾珠絲杠選型計算

計算前需準備的基礎數據

工作台與工作物的總質量…m=40kg

滑動面的摩擦系數…………µ=0.05

滾珠螺杆的效率……………η =0.9(0.85-0.95)預壓螺帽的内部摩擦系數…µ0 =0.3(0.1-0.3)滾珠螺杆的軸徑……………DB=15mm滾珠螺杆的全長……………LB=600mm滾珠螺杆的材質密度……………ρ = 7.9× 103[kg/m3])滾珠螺杆的螺距……………PB== 15mm定位精度………………………Δl= 0.03mm移動量………………………l = 180mm定位時間……………………t0= 0.8 s

★①計算最小分辨率

最小分辨率 θs= 360°×定位精度(△l)/滾珠螺杆的螺距(PB)=0.72°

★②工作脈沖數A=180mm/0.03mm=6000

★③加減速時間t1=0.25*0.8=0.2s

★④運行脈沖速度f 2= A-f1*t1/t0-t1=6000/(0.8-0.2)=10000(HZ)

★⑤運行速度=f2*步距角*60/360=1200

★⑥負載轉矩

軸向負載F= mg(sina+μcosa)=19.6

預緊力負載F0=⅓F=6.53

負載轉矩T1

=0.056

★⑦螺杆的慣量=

=0.236x10-4

負載的慣量=

=2.28x10-4

總慣量=JB JT=2.52X10-4

★⑧加速扭矩T2=總慣量*π*步距角*(f2-f1)*/(180*t1)=0.158

★⑨總扭矩=(T1 T2)*2=0.429

結合轉速和扭矩和矩頻曲線選取合适的電機

(3)滾珠絲杠豎直放置時

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