步進電機的選型計算方法
步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)是(shi)一(yi)種(zhong)能(neng)將(jiang)數(shu)字(zi)輸(shu)入(ru)脈(mai)衝(chong)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)旋(xuan)轉(zhuan)或(huo)直(zhi)線(xian)增(zeng)量(liang)運(yun)動(dong)的(de)電(dian)磁(ci)執(zhi)行(xing)元(yuan)件(jian)。每(mei)輸(shu)入(ru)一(yi)個(ge)脈(mai)衝(chong)電(dian)機(ji)轉(zhuan)軸(zhou)步(bu)進(jin)一(yi)個(ge)步(bu)距(ju)角(jiao)增(zeng)量(liang)。電(dian)機(ji)總(zong)的(de)回(hui)轉(zhuan)角(jiao)與(yu)輸(shu)入(ru)脈(mai)衝(chong)數(shu)成(cheng)正(zheng)比(bi)例(li)，相(xiang)應(ying)的(de)轉(zhuan)速(su)取(qu)決(jue)於(yu)輸(shu)入(ru)脈(mai)衝(chong)頻(pin)率(lv)。
步進電機是機電一體化產品中關鍵部件之一，通常被用作定位控製和定速控製。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控製簡單等特點。廣泛應用於機電一體化產品中，如：數控機床、包裝機械、計算機外圍設備、複印機、傳真機等。
選(xuan)擇(ze)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)時(shi)，首(shou)先(xian)要(yao)保(bao)證(zheng)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)的(de)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)大(da)於(yu)負(fu)載(zai)所(suo)需(xu)的(de)功(gong)率(lv)。而(er)在(zai)選(xuan)用(yong)功(gong)率(lv)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)時(shi)，首(shou)先(xian)要(yao)計(ji)算(suan)機(ji)械(xie)係(xi)統(tong)的(de)負(fu)載(zai)轉(zhuan)矩(ju)，電(dian)機(ji)的(de)矩(ju)頻(pin)特(te)性(xing)能(neng)滿(man)足(zu)機(ji)械(xie)負(fu)載(zai)並(bing)有(you)一(yi)定(ding)的(de)餘(yu)量(liang)保(bao)證(zheng)其(qi)運(yun)行(xing)可(ke)靠(kao)。在(zai)實(shi)際(ji)工(gong)作(zuo)過(guo)程(cheng)中(zhong)，各(ge)種(zhong)頻(pin)率(lv)下(xia)的(de)負(fu)載(zai)力(li)矩(ju)必(bi)須(xu)在(zai)矩(ju)頻(pin)特(te)性(xing)曲(qu)線(xian)的(de)範(fan)圍(wei)內(nei)。一(yi)般(ban)地(di)說(shuo)最(zui)大(da)靜(jing)力(li)矩(ju)Mjmax大的電機，負載力矩大。
選(xuan)擇(ze)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)時(shi)，應(ying)使(shi)步(bu)距(ju)角(jiao)和(he)機(ji)械(xie)係(xi)統(tong)匹(pi)配(pei)，這(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)得(de)到(dao)機(ji)床(chuang)所(suo)需(xu)的(de)脈(mai)衝(chong)當(dang)量(liang)。在(zai)機(ji)械(xie)傳(chuan)動(dong)過(guo)程(cheng)中(zhong)為(wei)了(le)使(shi)得(de)有(you)更(geng)小(xiao)的(de)脈(mai)衝(chong)當(dang)量(liang)，一(yi)是(shi)可(ke)以(yi)改(gai)變(bian)絲(si)杆(gan)的(de)導(dao)程(cheng)，二(er)是(shi)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)的(de)細(xi)分(fen)驅(qu)動(dong)來(lai)完(wan)成(cheng)。但(dan)細(xi)分(fen)隻(zhi)能(neng)改(gai)變(bian)其(qi)分(fen)辨(bian)率(lv)，不(bu)改(gai)變(bian)其(qi)精(jing)度(du)。精(jing)度(du)是(shi)由(you)電(dian)機(ji)的(de)固(gu)有(you)特(te)性(xing)所(suo)決(jue)定(ding)。
選(xuan)擇(ze)功(gong)率(lv)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)時(shi)，應(ying)當(dang)估(gu)算(suan)機(ji)械(xie)負(fu)載(zai)的(de)負(fu)載(zai)慣(guan)量(liang)和(he)機(ji)床(chuang)要(yao)求(qiu)的(de)啟(qi)動(dong)頻(pin)率(lv)，使(shi)之(zhi)與(yu)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)的(de)慣(guan)性(xing)頻(pin)率(lv)特(te)性(xing)相(xiang)匹(pi)配(pei)還(hai)有(you)一(yi)定(ding)的(de)餘(yu)量(liang)，使(shi)之(zhi)最(zui)高(gao)速(su)連(lian)續(xu)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)能(neng)滿(man)足(zu)機(ji)床(chuang)快(kuai)速(su)移(yi)動(dong)的(de)需(xu)要(yao)。
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（o/脈衝）
S ---絲杆螺距（mm)
Δ---(mm/脈衝）
（2）計算工作台，絲杆以及齒輪折算至電機軸上的慣量Jt。
Jt=J1+（1/i2)[(J2+Js）+W/g（S/2π)2] （1-2）
式中Jt ---折算至電機軸上的慣量(Kg.cm.s2)
J1、J2 ---齒輪慣量(Kg.cm.s2)
Js ----絲杆慣量(Kg.cm.s2) W---工作台重量（N）
S ---絲杆螺距（cm）
（3）計算電機輸出的總力矩M
M=Ma+Mf+Mt （1-3）
Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2 （1-4）
式中Ma ---電機啟動加速力矩（N.m)
Jm、Jt---電機自身慣量與負載慣量(Kg.cm.s2)
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)×10ˉ2 （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)×10ˉ2 （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。數控係統控製電機的啟動頻率與負載轉矩和慣量有很大關係，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）運行的最高頻率與升速時間的計算。由於電機的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，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.
