步进电机的选用计算 (3)

步进电机选型计算方法步进电机是一种能将输入脉冲信号转化为角位移的电机。

它具有结构简单、控制精度高、启动扭矩大等优点，广泛应用于机械系统中的定位控制、速度调节、角度控制等领域。

在选型过程中，需要考虑步进电机的型号、参数和性能等因素。

本文将介绍步进电机选型的计算方法。

步进电机的型号和参数步进电机通常由两个参数决定，即步距角和相数。

步距角指的是电机每接受一个脉冲信号所转动的角度。

常见的步距角有 1.8度（200步/转）和0.9度（400步/转）两种。

步距角越小，电机的定位精度越高。

相数指的是电机的相数，常见的有2相、4相、6相等。

相数越多，电机的转矩平稳性越好。

步进电机的性能步进电机的性能包括静态转矩、动态转矩、最大转速等指标。

静态转矩是指电机在静止状态下能够提供的最大转矩，动态转矩是指电机在运转过程中能够提供的最大转矩。

最大转速是指电机能够达到的最高转速。

选型时需根据具体的应用需求来确定这些指标。

步进电机的负载特性负载特性包括电机扭矩-速度曲线和转动惯量。

电机扭矩-速度曲线描述了电机在不同速度下的输出扭矩和输入电流的关系，可以用来评估电机的运行稳定性。

转动惯量描述了电机转动时的惯性大小，通常是根据系统的加速度和位置控制要求来确定的。

步进电机的选型计算方法主要包括定位精度、动态响应性能以及转矩要求三个方面。

1.定位精度计算步进电机的定位精度受到步距角、齿距、电机的误差等因素的影响。

根据具体的应用需求，可以采用以下公式来计算定位精度：定位精度=N*U/360其中，N为步数（一转的步数），U为脉冲数2.动态响应性能计算动态响应性能主要包括加速度曲线和最大速度两个方面。

加速度曲线是根据系统的加速度和行程要求来确定的。

最大速度则取决于电机的最大转速和负载特性。

3.转矩要求计算转矩要求主要是根据负载的特性来确定的。

计算转矩要求时需要考虑负载的惯性、摩擦力、载荷等因素。

综合考虑以上因素，可以选择合适的步进电机。

通常情况下，需要进行多个步进电机比较和试验，以找到最适合应用需求的电机。

步进电机选型计算公式
步进电机选型计算公式主要包括以下三个方面：
1. 计算步进电机的理论步数。

步进电机的理论步数是由电机的步距角以及驱动方式（单相、双相、四相等）决定的。

计算公式为：
理论步数= 360°/步距角×驱动方式
其中，步距角是指电机每一步转动的角度。

2. 计算步进电机的负载转矩。

负载转矩是指在实际工作过程中，电机需要承受的负载力矩。

该值会影响到电机的运行状态和驱动能力。

计算公式为：
负载转矩= 负载力×距离臂长
其中，负载力是指电机需要承受的负载力，距离臂长是指负载力所作用的杠杆臂长度。

3. 计算驱动电流大小。

驱动电流是指通过步进电机的电流大小，直接影响到步进电机的稳定工作和驱动效率。

计算公式为：
驱动电流= 负载转矩÷转矩系数
其中，转矩系数是一个常量，代表驱动电流和电机扭矩之间的关系。

这个值可以根据不同型号的驱动器进行调整。

步进电机的计算方法1.根据驱动方式选择步进电机型号：步进电机主要分为两种驱动方式，即双相驱动和四相驱动。

双相驱动的步进电机具有较高的输出转矩，适用于需要较大负载的应用，而四相驱动的步进电机输出转矩较低，适用于速度要求较高的应用。

2.计算步进电机运转速度：步进电机的运转速度主要受到步进角度和脉冲频率的影响。

步进角度一般是固定的，常见的有1.8度和0.9度。

计算步进电机运转速度的公式为：速度=步进角度×脉冲频率。

3.计算步进电机的步进角度：步进电机的步进角度是指每接收到一个脉冲信号，电机旋转的角度。

常见的步进角度有1.8度和0.9度。

计算步进电机的步进角度的公式为：步进角度=360度÷步进电机的相数。

4.计算步进电机的电压和电流：步进电机在运行时需要供应一定的电压和电流来驱动。

计算步进电机的电压和电流的方法是根据电机的工作电压和绕组电阻。

电机的绕组电阻一般可以从电机的技术参数中获取。

计算步进电机的电压的公式为：电压=电流×电阻。

5.计算步进电机的输出功率：步进电机的输出功率是指电机在工作时提供的机械功率。

计算步进电机的输出功率的方法是根据电机的输出转矩和转速。

输出功率的公式为：输出功率=转矩×转速。

6.计算步进电机的加速度和减速度：步进电机的加速度和减速度是指电机从静止状态到达最大速度和从最大速度减速到停止状态所需要的时间。

计算步进电机的加速度和减速度的公式为：加速度（或减速度）=（最大速度-初始速度）÷时间。

7.计算步进电机的负载惯性：步进电机在运行时会受到负载惯性的影响，计算步进电机的负载惯性的方法为负载惯性=负载质量×负载半径的平方。

以上是步进电机的计算方法的一些基本介绍，根据实际需求，其他还有一些特殊的计算方法，比如控制系统的设计和驱动方式的选择等，需要根据具体情况进行进一步的研究和计算。

步进电机选型的计算方法步进电机选型表中有部分参数需要计算来得到。

但是实际计算中许多情况我们都无法得到确切的机械参数，因此，这里只给出比较简单的计算方法。

一、驱动模式的选择驱动模式是指如何将传送装置的运动转换为步进电机的旋转。

下列图所示的驱动模式包括了电机的加/减速时间，驱动和定位时间，电机的选型基于模式图。

●必要脉冲数的计算必要脉冲数是指传动装置将物体从起始位置传送到目标位置所需要提供应步进电机的脉冲数。

必要脉冲数按下面公式计算：必要脉冲数＝物体移动的距离距离电机旋转一周移动的距离×360 o步进角●驱动脉冲速度的计算驱动脉冲速度是指在设定的定位时间中电机旋转过一定角度所需要的脉冲数。

驱动脉冲数可以根据必要脉冲数、定位时间和加/减速时间计算得出。

〔1〕自启动运行方式自启动运行方式是指在驱动电机旋转和停止时不经过加速、减速阶段，而直接以驱动脉冲速度启动和停止的运行方式。

自启动运行方式通常在转速较低的时候使用。

同时，因为在启动/停止时存在一个突然的速度变化，所以这种方式需要较大的加/减速力矩。

自启动运行方式的驱动脉冲速度计算方法如下：驱动脉冲速度[Hz]= 必要脉冲数[脉冲] 定位时间[秒]〔2〕加/减速运行方式加//减速运行方式是指电机首先以一个较低的速度启动，经过一个加速过程后到达正常的驱动脉冲速度，运行一段时间之后再经过一个减速过程后电机停止的运行方式。

其定位时间包括加速时间、减速时间和以驱动脉冲速度运行的时间。

加/减速时间需要根据传送距离、速度和定位时间来计算。

在加/减速运行方式中，因为速度变化较小，所以需要的力矩要比自启动方式下的力矩小。

加/减速运行方式下的驱动脉冲速度计算方法如下：驱动脉冲速度[Hz]= 必要脉冲数－启动脉冲数[Hz]×加/减速时间[秒] 定位时间[秒]－加/减速时间[秒]二、电机力矩的简单计算例如必要的电机力矩＝〔负载力矩+加/减速力矩〕×安全系数●负载力矩的计算〔TL〕负载力矩是指传送装置上与负载接触部分所受到的摩擦力矩。

步进电机选型的计算方法步进电机选型表中有部分参数需要计算来得到。

但是实际计算中许多情况我们都无法得到确切的机械参数，因此，这里只给出比较简单的计算方法。

一、驱动模式的选择驱动模式是指如何将传送装置的运动转换为步进电机的旋转。

下图所示的驱动模式包括了电机的加/减速时间，驱动和定位时间，电机的选型基于模式图。

●必要脉冲数的计算必要脉冲数是指传动装置将物体从起始位置传送到目标位置所需要提供给步进电机的脉冲数。

必要脉冲数按下面公式计算：必要脉冲数＝物体移动的距离距离电机旋转一周移动的距离×360 o步进角●驱动脉冲速度的计算驱动脉冲速度是指在设定的定位时间中电机旋转过一定角度所需要的脉冲数。

驱动脉冲数可以根据必要脉冲数、定位时间和加/减速时间计算得出。

（1）自启动运行方式自启动运行方式是指在驱动电机旋转和停止时不经过加速、减速阶段，而直接以驱动脉冲速度启动和停止的运行方式。

自启动运行方式通常在转速较低的时候使用。

同时，因为在启动/停止时存在一个突然的速度变化，所以这种方式需要较大的加/减速力矩。

自启动运行方式的驱动脉冲速度计算方法如下：驱动脉冲速度[Hz]=必要脉冲数[脉冲]定位时间[秒]（2）加/减速运行方式加//减速运行方式是指电机首先以一个较低的速度启动，经过一个加速过程后达到正常的驱动脉冲速度，运行一段时间之后再经过一个减速过程后电机停止的运行方式。

其定位时间包括加速时间、减速时间和以驱动脉冲速度运行的时间。

加/减速时间需要根据传送距离、速度和定位时间来计算。

在加/减速运行方式中，因为速度变化较小，所以需要的力矩要比自启动方式下的力矩小。

加/减速运行方式下的驱动脉冲速度计算方法如下：驱动脉冲速度[Hz]=必要脉冲数－启动脉冲数[Hz]×加/减速时间[秒]定位时间[秒]－加/减速时间[秒]二、电机力矩的简单计算示例必要的电机力矩＝（负载力矩+加/减速力矩）×安全系数●负载力矩的计算（TL）负载力矩是指传送装置上与负载接触部分所受到的摩擦力矩。

步进电机的计算与选型对于步进电动机的计算与选型，通常可以按照以下几个步骤：1) 根据机械系统结构，求得加在步进电动机转轴上的总转动惯量eq J ;2) 计算不同工况下加在步进电动机转轴上的等效负载转矩eq T ；3) 取其中最大的等效负载转矩，作为确定步进电动机最大静转矩的依据；4) 根据运行矩频特性、起动惯频特性等，对初选的步进电动机进行校核。

1. 步进电动机转轴上的总转动惯量eq J 的计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量eq J 是进给伺服系统的主要参数之一，它对选择电动机具有重要意义。

eq J 主要包括电动机转子的转动惯量、减速装置与滚珠丝杠以及移动部件等折算到电动机转轴上的转动惯量等。

2. 步进电动机转轴上的等效负载转矩eq T 的计算步进电动机转轴所承受的负载转矩在不同的工况下是不同的。

通常考虑两种情况：一种情况是快速空载起动（工作负载为0），另一种情况是承受最大工作负载。

（1）快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩eq1Teq1amax f 0T =T +T +T (4-8)式中 amax T ——快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩，单位为N ·m ；f T ——移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩，单位N ·m ；0T ——滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩，单位为N ·m 。

具体计算过程如下：1）快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩：amax eq 2T =J =60eq ma J n t πε （4-9）式中 eq J ——步进电动机转轴上的总转动惯量，单位为2kg m ⋅；ε——电动机转轴的角加速度，单位为2/rad s ；m n ——电动机的转速，单位r/min ；a t ——电动机加速所用时间，单位为s ，一般在0.3~1s 之间选取。

2）移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩：f T =2i πη （4-10）式中 F 摩——导轨的摩擦力，单位为N ；h P ——滚珠丝杠导程，单位为m ；η——传动链总效率，一般取0.70.85η=；i ——总的传动比，/s m i n n =，其中m n 为电动机转速，s n 为丝杠的转速。

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、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MM=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.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。

步进电机的选型及计算方法步进电机是一种将电脑指令转化为机械运动的电机，广泛应用于打印机、绘图仪、数控机床、自动化设备等领域。

步进电机的选型和计算方法是确保电机能够满足使用要求的重要环节。

本文将介绍步进电机的选型和计算方法，以帮助读者了解如何正确选择步进电机。

**一、步进电机的选型**选型是步进电机设计的第一步，主要考虑以下几个因素：1.**载荷特性**：首先需要知道电机所需驱动的载荷特性，包括重量、转动惯量等。

根据载荷特性，选取适当的电机功率和扭矩。

2.**运动要求**：了解运动要求，包括速度、加速度、定位精度等。

根据运动要求，选取适当的步进角和步数。

3.**工作环境**：考虑工作环境的温度、湿度、粉尘、振动等因素，选取能够适应工作环境的电机。

4.**可靠性要求**：根据应用的可靠性要求，选取有良好可靠性的步进电机。

5.**成本**：考虑成本因素，选取能够满足需求且价格合理的电机。

选型过程中，通常需要参考制造商提供的电机规格书和技术手册，以获取详细的电机参数信息。

**二、步进电机的计算方法**1.**功率计算**：选择适当的功率可确保步进电机能够正常工作。

功率计算公式如下：功率（W）=扭矩（N·m）×转速（RPM）/9.54882.**扭矩计算**：根据应用的载荷特性计算步进电机所需的最大扭矩。

扭矩计算公式如下：扭矩（N·m）=载荷转动惯量（kg·m²）×角加速度（rad/s²）其中，角加速度可根据速度和加速度计算得到：角加速度（rad/s²）=加速度（rad/s²）/ 微步数（步）3.**速度计算**：根据应用的速度要求，计算步进电机的理论最大速度和可用的速度范围。

理论最大速度可按照电机额定的最大转速计算。

通常步进电机的最大转速范围在100-5000RPM之间。

可用速度范围受到供电电压、电机驱动方式、驱动电流等因素的影响。