步进电机的选型_张晓松
步进电机选型计算实例
步进电机选型计算实例在进行步进电机选型计算之前，我们首先需要了解步进电机的相关参数和应用要求。
步进电机是一种将输入的电脉冲信号转换为角位移的电动机，广泛应用于精确定位控制、传动系统、自动化设备等方面。
步进电机的选型需要考虑以下几个方面的因素：1.扭矩需求：根据应用的负载特点和工作条件，需要确定步进电机的最大持续扭矩和峰值扭矩。
2.步进角和细分精度：步进电机的步进角决定了电机转动一次所需的脉冲数量，而细分精度则是决定了电机运动的平滑程度和定位精度。
3.载荷转动惯量：根据应用中的转动负载惯量，选择适当的电机惯量以保证系统的运动平稳性和响应速度。
4.工作环境条件：包括温度、湿度、防护等级等因素，需要选择符合工作环境要求的电机。
下面以自动化设备上的送料机构为例，进行步进电机选型计算实例。
1.确定扭矩需求：根据送料机构的负载情况和工作条件，决定了步进电机的最大持续扭矩为2Nm和峰值扭矩为4Nm。
2.确定步进角和细分精度：假设步进电机的步进角为1.8°，即每转一圈需要200步。
而细分精度的选择需根据自动化设备对定位精度的要求，通常选择细分精度为全步、半步或更高。
3.确定载荷转动惯量：送料机构的负载为一定质量的物料，需根据实际情况计算转动负载的惯量，并选择合适的电机惯量以保证系统的平稳运动。
4.确定工作环境条件：对于自动化设备，通常需要在温度范围内工作，因此选用具有工业级防护等级的电机，并满足相应的温度和湿度要求。
综上所述，以此为例，我们可以根据具体的扭矩需求、步进角和细分精度、载荷转动惯量以及工作环境条件等因素，结合步进电机的技术规格参数，进行适合的步进电机选型。
具体的选型和计算过程和方法可以参考电机选型手册、厂家技术资料和相关计算软件。
步进电机选型的计算方法并不复杂，但对于工程师而言，需要具备一定的电机知识和工程经验，以确保选用的步进电机能够满足实际应用要求。
在进行步进电机选型计算时，还需要综合考虑功率、效率、可靠性和成本等因素，以便选出最优的步进电机解决方案。
步进电机的选型与计算
步进电机的选型与计算步进电机是一种常见的电机类型，拥有精度高、可控性强、反应灵敏等优点，广泛应用于各种精密控制系统中。
在选择和计算步进电机时需要考虑以下几个方面。
一、步进电机的类型首先需要了解有哪些类型的步进电机。
目前市面上常见的步进电机有单相/两相/三相/五相等不同类型，不同的类型适用于不同的应用场景。
对于低速高力的应用场合，单相步进电机的效果较佳；需要高精度的位置控制时，可以选择三/五相步进电机。
在选择实际使用的步进电机时，最好能够根据实际需求进行精细化选择。
二、步进电机驱动器的选择选择步进电机驱动器时，需要根据步进电机的类型、电源电压和工作电流等参数进行选择。
一般来说，驱动器的峰值输出电流应大于步进电机的额定电流，以确保电机正常运行。
同时，还需要考虑驱动器的微步数，微步数越高，驱动器的精度控制就越好。
但是，高微步数对马达的耗电量会增加，如果长时间负载运行可能会导致驱动电机的温度升高，从而造成高温失控现象，因此在实际应用过程中需要注意平衡微步数和耗电量的关系。
三、步进电机的计算1. 计算步进电机的步数：计算步进电机的步数主要涉及到推导出步进电机的角度转换公式，与电机的角度转换速率有关。
步数越多，角度转换越精细，步数与转速的关系，可以用以下公式计算：n=Δθ/α，其中n为步数，Δθ为转角（是原始角度），α为每步转角。
2. 计算步进电机的速度：步进电机的速度计算与电机驱动器细分数、定位精度有关，主要通过计算每步角度转移量再计算出转速。
电机驱动器分辨率越高则每步角度转移量越小，转速就越慢，反之亦然。
计算步进电机的速度时，可以使用以下公式：v=r*n*f/60，其中v为速度，r为驱动器细分数的比率，n为步数，f为电机的转速。
总之，在进行步进电机的选型与计算时，需要根据实际应用需求选择合适的电机类型与驱动器，并结合实际情况合理计算步进电机的步数和速度。
这样才能确保电机在实际应用场景中能够正常运转，保证控制系统的精度和可靠性。
步进电机选型手册
负载稳定性：考虑负载的稳定性对电机性能的影响
运动特性
步进电机的精度与步距角成正比
步进电机的转速与脉冲频率成正比
步进电机的转矩与电流成正比
步进电机的响应速度与驱动电路有关
环境条件
温度：需要考虑电机的工作温度范围，以及环境温度对电机性能的影响
湿度：需要考虑电机的工作湿度范围，以及环境湿度对电机性能的影响
步进电机的特点：精确定位、易于控制、响应速度快
步进电机的应用：广泛应用于自动化设备、机器人、数控机床等领域
步进电机的分类
按照控制方式分类：开环控制、闭环控制、半闭环控制
按照驱动方式分类：直流驱动、交流驱动、混合驱动
按照结构分类：永磁式、混合式、感应式
按照步距角分类：整步、半步、微步、超微步
步进电机的性能参数
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汇报人：
噪音：步进电机的噪音越小，工作环境越安静
控制方式：选择合适的控制方式，如开环控制、闭环控制等
驱动器：选择合适的驱动器，如直流驱动器、交流驱动器等
步进电机品牌与型号推荐
国际品牌推荐
德国西门子：SINAMICS系列步进电机，性能稳定，质量可靠
美国罗克韦尔：PowerFlex系列步进电机，性能优异，价格适中
步距角：电机每转一圈的步数
效率：电机输出的能量与输入的能量的比值
响应时间：电机从静止到启动的时间
转速：电机每分钟的转数
精度：电机定位的精确度
扭矩：电机输出的力矩
步进电机选型要点
负载特性
负载类型：恒定负载、周期性负载、冲击性负载等
负载大小：根据实际需求选择合适的电机功率
负载频率：根据电机的转速和转矩特性选择合适的负载频率
海拔：需要考虑电机的工作海拔范围，以及海拔对电机性能的影响
步进电机选型的步骤及如何选择步进电机.docx
在选择步进电机时可以按以下步骤进行选择，这样可以避免选型不当带来的麻烦。
具体如下，仅供参考。
1、步进电机转矩的选择步进电机的保持转矩，近似于传统电机所称的“功率”。
当然，有着本质的区别。
步进电动机的物理结构，完全不同于交流、直流电机，电机的输出功率是可变的。
通常根据需要的转矩大小 ( 即所要带动物体的扭力大小) ，来选择哪种型号的电机。
大致说来，扭力在以下，选择20、28、35 、39、42( 电机的机身直径或方度，单位：mm);扭力在左右的，选择57 电机较为合适。
扭力在几个或更大的情况下，就要选择86、 110、 130 等规格的步进电机。
2、步过电机转速的选择对于电机的转速也要特别考虑。
因为，电机的输出转矩，与转速成反比。
就是说，步进电机在低速 ( 每分钟几百转或更低转速，其输出转矩较大) ，在高速旋转状态的转矩(1000 转 / 分 --9000转) 就很小了。
当然，有些工况环境需要高速电机，就要对步进电动机的线圈电阻、电感等指标进行衡量。
选择电感稍小一些的电机，作为高速电机，能够获得较大输出转矩。
反之，要求低速大力矩的情况下，就要选择电感在十几或几十mH,电阻也要大一些为好。
3、步进电机空载起动频率的选择步进电机空载起动频率，通常称为“空起频率”。
这是选购电机比较重要的一项指标。
如果要求在瞬间频繁启动、停止，并且，转速在1000 转 / 分钟左右 ( 或更高 ) ，通常需要“加速启动” 。
如果需要直接启动达到高速运转，最好选择反应式或永磁电机。
这些电机的“空起频率”都比较高。
4、步进电机的相数选择步进电机的相数选择，这项内容，很多客户几乎没有什么重视，大多是随便购买。
其实，不同相数的电机，工作效果是不同的。
相数越多，步距角就能够做的比较小，工作时的振动就相对小一些。
大多数场合，使用两相电机比较多。
在高速大力矩的工作环境，选择三相步进电机是比较实用的。
5、针对步进电机使用环境来选择特种步进电机能够防水、防油，用于某些特殊场合。
步进电机的选型和计算方法
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。
步进电机的选型步骤
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。
ml2/122. 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。
步进电机选型指导
f2= 运转脉冲速度 [Hz] f1= 启动脉冲速度 [Hz] f= 矩形驱动时的运转脉冲速度 [Hz]
t1= 加（减）速时间 [S]
4.3 计算需要转矩
需要转矩 =（负载转矩 + 加速转矩）× 安全系数
安全系数通常设置为 1.5-2.0 倍。
5、查看电机矩频曲线，确定电机造型
根据上面计算好的电机运行频率和需要力矩确定工作点，查看相关电机的矩步曲线，选择运行力矩（又称牵引力 矩）曲线在工作点之上相的相对应的电机。再查看该电机的启动力矩（又称牵入力矩）曲线，确定在启动频率点上电 机可以提供足够的转矩。
π×θs×f6°
θs
加速转矩
π×θs [N.m]=(JO+JL)× 180°
×
f2-f1 t1
JO= 转子惯量 [kg.m2]
JL= 全负载惯量 [kg.m2]
θs= 马达步距角 [° /STEP]
步进电机选型指导
步
进
在设计一个新的设备时，如何选择合适的步进电机呢？基本思路如下：
电 机
1、确定机械传动结构
系
比如直接连接、丝杆传动、皮带传动等等。这时要考虑到一些对电机机械上的要求，比如大概可接受尺寸、安装
统
要求、电机径向、轴向受力及窜动要求等等。
2、确定需要的分辨率 根据选定的机械结构和整机要求，确定电机的分辨率，即步距角，例如要选用 0.9°或是 1.8°的电机。
系
42、57、86、110 电机建议 10 以下。
统
常见问题
常见问题
电机不转但有保持扭矩
电机不转且无保持扭矩 电机扭矩太小 电机加速时堵转 电机转速不对 电机不规则转动 电机噪音大 电机运行方向反 驱动器温度过高 没有控制信号电机仍在转动
步进电机的选型
步进电机在构造上有三种主要类型：反应式（Variable Reluctance，VR）、永磁式（Permanent Magnet,PM）和混合式(Hybrid Stepping,HS)。
反应式：定子上有绕组、转子由软磁材料组成。
结构简单、成本低、步距角小，可达 1.2°、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。
永磁式：永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。
其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大（一般为7.5°或15°）。
混合式：混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。
其特点是输出力矩大、动态性能好，步矩角小，但结构复杂、成本相对较高。
按定子上绕组来分，共有二相、三相和五相等系列。
最受欢迎的是两相混合式步进电机，约占97% 以上的市场份额，其原因是性价比高，配上细分驱动器后效果良好。
该种电机的基本步矩角为1.8°/步，配上半步驱动器后，步矩角减少为0.9°，配上细分驱动器后其步矩角可细分达256倍（0.007°）。
由于摩擦力和制造精度等原因，实际控制精度略低。
同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变精度和效果步进电机的性能特点及其与普通电机的不同步进电机具有特殊的步进工作方式，它接受驱动电源提供的电脉冲并按“脉冲步调”输出增量式转角或直线位移，故也被称为脉冲电动机。
步进电机的工作状态相对不易受电源、环境条件及负载的波动影响，它可以工作于步进状态和连续状态。
改变脉冲相序和频率可调整步进电动机的转向和转速，它调速范围较宽且平滑性较好，步距误差无积累现象，结构简单、运行稳定可靠，广泛用于自动控制系统尤其是数字控制系统中作为执行元件。
就应用面来看，步进电动机在执行电机中占有相当重要的位置。
对步进电动机的要求包括：1、步距角精度高，能够准确地将脉冲信号转换为角位移。
步进电机选型的步骤及如何选择步进电机
步进电机选型的步骤及如何选择步进电机步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或线位移的电机，广泛应用于自动化设备、工业控制、数控机床、机器人等领域。
在选择步进电机时，需要经过以下几个步骤：1.确定应用需求：首先需要明确步进电机的使用环境和应用需求，包括所需的转矩、转速、精度、运动模式（单步运动、连续运动）等。
2.计算负载特性：根据应用需求，计算出步进电机所需的负载特性，包括转矩、惯性、负载惯性比等。
这些参数将决定所选步进电机的能力是否足够满足应用需求。
3.选择电机类型：根据应用要求和负载特性，选择合适的步进电机类型。
常见的步进电机类型包括永磁步进电机、混合式步进电机和开环步进电机等。
4.计算步进电机参数：根据应用需求和负载特性，计算出所选步进电机的一些重要参数，包括步距角、步进角精度、电感、电阻、静态转矩、最大转速等。
5.进行性能匹配：根据计算得到的参数，与实际的步进电机参数进行比较，进行性能匹配。
确保所选步进电机的性能能够满足应用需求，如转矩能力是否足够、转速是否达到要求、步进角精度能否满足应用要求等。
6.考虑成本和可靠性：根据所选步进电机的性能和价格，进行成本和可靠性的评估。
确定所选步进电机的成本是否符合预算，以及其可靠性是否能够满足应用需求。
7.选择品牌和供应商：根据步进电机的技术特性和价格，选择合适的品牌和供应商进行购买。
选择有良好信誉和服务的供应商，确保步进电机的质量和售后服务。
在选择步进电机时，还需要考虑一些其他因素，如工作环境（温度、湿度等）、安装尺寸、工作噪音、功率和电源要求等。
通过综合考虑这些因素，选择合适的步进电机，才能确保其能够满足应用需求并具有较好的性能和可靠性。
步进电机选型
步进电机在构造上有三种主要类型：反应式〔Variable Reluctance，VR〕、永磁式〔Permanent Magnet,PM〕和混合式〔Hybrid Stepping,HS〕反应式：定子上有绕组、转子由软磁材料组成。
结构简单、成本低、步距角小，可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。
永磁式：永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。
其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大〔一般为7.5°或15°〕。
混合式：混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。
其特点是输出力矩大、动态性能好，步距角小，但结构复杂、成本相对较高。
按定子上绕组来分，共有二相、三相和五相等系列。
最受欢送的是两相混合式步进电机，约占97%以上的市场份额，其原因是性价比高，配上细分驱动器后效果良好。
该种电机的基本步距角为1.8°/步，配上半步驱动器后，步距角减少为0.9°，配上细分驱动器后其步距角可细分达256倍〔0.007°/微步〕。
由于摩擦力和制造精度等原因，实际控制精度略低。
同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变精度和效果。
由此可以确定机械手选取步进电机为两相混合式步进电机。
日本信浓二相混合式步进电机:58D混合式步进电机59D混合式步进电机56C混合式系列45D系列42D系列39D系列日本安川：42HD系列东方马达： :// orientalmotor/products/st/list/?series_code=HM00&type=标准型CMK系列是2相步进电动机和DC24V输入微步驱动器的组合产品。
有助于装置的小型化、低振动化。
三洋：42系列长度(mm) 39 输出轴数单轴额定电流(A/相) 步距角(deg)保持力矩(N・m) 法兰尺寸42-转动惯量(E-4kg· m2)输出轴数单轴额定电流(A/相) 步距角(deg) 长度(mm) 33 输出轴数单轴额定电流(A/相) 步距角(deg)保持力矩(N・m) 法兰尺寸42-转动惯量(E-4kg· m2)输出轴数单轴额定电流(A/相) 步距角(deg)长度(mm) 48 输出轴数单轴额定电流(A/相) 步距角(deg)保持力矩(N・m) 法兰尺寸42转动惯量(E-4kg· m2)输出轴数单轴额定电流(A/相) 步距角(deg)50系列国产步进电机厂家国内比较大的是常州运控和鸣志，运控的电机产量也排到全球前五，运控也是我们目前测试的国内唯一个能够把40法兰伺服电机、20法兰步进电机到达我们标准的厂家，鸣志做出口较多，出货也是非常大，排在全球前列。
步进电机的选用课程设计
步进电机的选用课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解步进电机的定义、工作原理及分类。
2. 学生能掌握步进电机的主要参数，如步距角、转速、扭矩等。
3. 学生能了解步进电机在各种应用场景中的选用原则。
技能目标：1. 学生能运用步进电机选型公式进行初步的电机选型。
2. 学生能通过查阅资料，分析步进电机在不同项目中的适用性。
3. 学生能运用所学知识，设计简单的步进电机控制系统。
情感态度价值观目标：1. 培养学生积极主动探索新知识，敢于面对挑战的精神。
2. 培养学生团队合作意识，学会倾听、交流、分享。
3. 培养学生关注科技发展，认识到步进电机在工业自动化等领域的重要性。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程旨在帮助学生在掌握步进电机基础知识的基础上，学会实际应用。
课程注重理论与实践相结合，提高学生的动手能力和解决实际问题的能力。
通过本课程的学习，学生将能够具备步进电机选型和应用的基本技能，为后续课程学习和未来职业发展打下基础。
二、教学内容1. 步进电机基础概念：介绍步进电机的定义、工作原理、分类及特点。
- 教材章节：第二章第二节- 内容列举：步进电机的结构、单相、双相步进电机的工作原理。
2. 步进电机主要参数：讲解步距角、转速、扭矩等参数的计算及影响因素。
- 教材章节：第二章第三节- 内容列举：步距角的计算、转速与脉冲频率的关系、扭矩与电流的关系。
3. 步进电机选型原则：分析步进电机在不同应用场景的选型原则及注意事项。
- 教材章节：第二章第四节- 内容列举：选型依据、步进电机与负载的匹配、驱动器的选择。
4. 步进电机控制系统设计：介绍步进电机的控制原理及电路设计。
- 教材章节：第三章第一节- 内容列举：步进电机驱动电路、控制器选择、编程控制方法。
5. 实践环节：安排步进电机选型及控制系统设计实践，巩固所学知识。
- 教材章节：实践活动- 内容列举：选型实践、电路搭建、控制系统调试。
教学内容安排和进度：共4课时，每课时45分钟。
步进电机的选型步骤详解
步进电机的选型步骤详解1、步进电机转矩的选择步进电机的保持转矩，近似于传统电机所称的“功率”。
当然，有着本质的区别。
步进电动机的物理构造，完全不同于交流、直流电机，电机的输出功率是可变的。
通常根据需要的转矩大小（即所要带动物体的扭力大小），来选择哪种型号的电机。
大致说来，扭力在0.8N.m以下，选择20、28、35、39、42（电机的机身直径或方度，单位：mm）；扭力在1N.m左右的，选择57电机较为合适。
扭力在几个N.m 或更大的情况下，就要选择86、110、130等规格的步进电机。
2、步过电机转速的选择对于电机的转速也要特别考虑。
因为，电机的输出转矩，与转速成反比。
就是说，步进电机在低速（每分钟几百转或更低转速，其输出转矩较大），在高速旋转状态的转矩（1000转/分--9000转）就很小了。
当然，有些工况环境需要高速电机，就要对步进电动机的线圈电阻、电感等指标开展衡量。
选择电感稍小一些的电机，作为高速电机，能够获得较大输出转矩。
反之，要求低速大力矩的情况下，就要选择电感在十几或几十mH，电阻也要大一些为好。
3、步进电机空载起动频率的选择步进电机空载起动频率，通常称为“空起频率”。
这是选购电机比较重要的一项指标。
如果要求在瞬间频繁启动、结束，并且，转速在1000转/分钟左右（或更高），通常需要“加速启动”。
如果需要直接启动到达高速运转，最好选择反应式或永磁电机。
这些电机的“空起频率”都比较高。
4、步进电机的相数选择步进电机的相数选择，这项内容，很多客户几乎没有什么重视，大多是随便购买。
其实，不同相数的电机，工作效果是不同的。
相数越多，步距角就能够做的比较小，工作时的振动就相对小一些。
大多数场合，使用两相电机比较多。
在高速大力矩的工作环境，选择三相步进电机是比较实用的。
5、针对步进电机使用环境来选择特种步进电机能够防水、防油，用于某些特殊场合。
例如水下机器人，就需要放水电机。
对于特种用途的电机，就要针对性选择了。
步进电机选型册
步进电机选型册----a0432062-7160-11ec-86c2-7cb59b590d7d上海康森爱特csat步进电机、步进电机驱动器说明书1.1.8°20mm系列高转矩混合式步进电机-------------------22.1.8°28mm系列高转矩混合式步进电机-------------------33.1.8°35mm系列高转矩混合式步进电机-------------------44.1.8°39mm系列高转矩混合式步进电机-------------------55.1.8°42mm系列高转矩混合式步进电机步进电机-------------------66.1.8°57mm系列高转矩混合式步进电机-------------------77.1.8°57mm系列混合式步进电机-------------------88.1.8°60mm系列高转矩混合式步进电机-------------------99.1.8°86mm系列圆形高转矩混合式步进电机-----------------1010.1.8°86mm系列圆形标准混合式步进电机-------------------1111.1.8°86mm系列高转矩混合式步进电机-------------------1212.1.8°110mm系列高转矩混合式步进电机-------------------1313.57mm系列三相混合式步进电机-------------------1414.86mm系列三相混合式步进电机-------------------1515.110mm系列三相混合式步进电机-------------------1619。
Fl57sthjb系列带变速箱混合式步进电机------------------------------------------1720 Fl86sthjb系列带变速箱混合式步进电机-----------------18�电机常规参数Mm系列高转矩混合式步进电机参数：2022mm�尺寸：接线图：电机的一般参数mm系列大力矩混合式步进电机参数�2828mm尺寸：接线图：�电机常规参数Mm系列高转矩混合式步进电机参数：±35mm�尺寸：接线图：电机的一般参数�39mm系列大力矩混合式步进电机参数尺寸：接线图：�电机常规参数Mm系列高转矩混合式步进电机参数：±42mm电机的一般参数�57mm系列大力矩混合式步进电机参数尺寸：接线图：�电机常规参数57mm系列混合式步进电机的参数�尺寸：接线图：电机的一般参数60mm系列混合式步进电机参数60mm尺寸：接线图：�电机常规参数Mm系列圆形高转矩混合式步进电机参数：86mm �电机常规参数Mm系列圆形标准混合式步进电机参数：±86mm �尺寸：接线图：电机的一般参数�86mm系列大力矩混合式步进电机参数86mm电机的一般参数mm系列大力矩混合式步进电机参数�110110mm 尺寸：接线图：�电机常规参数Mm系列三相混合式步进电机参数：±57mm �尺寸：接线图：电机的一般参数mm系列三相混合式步进电机参数�8686mm�电机常规参数110mm系列三相混合式步进电机参数�尺寸：接线图：电机的一般参数�齿轮箱参数表减速比减速段长度（L）mm峰值扭矩kg Cm空载平均回程和间隙 12.5232五百零四万四千二百五十�电机常规参数减速比减速段长度（L）mm峰值扭矩kg Cm空载平均回程和间隙 12.5245。
步进电机的选型与计算
步进电机的选型与计算在选型步进电机时，需要明确应用场景和需求。
首先，要了解步进电机的类型，包括反应式、永磁式和混合式三种。
每种类型都有其特点和应用领域，比如反应式步进电机结构简单、成本低，适用于对精度要求不高的场合；永磁式步进电机力矩大、精度高，适用于对精度要求较高的场合；混合式步进电机结合了反应式和永磁式的优点，但成本较高。
其次，要根据需求选择步进电机的参数，包括步距角、相数、电流等。
步距角指的是步进电机每接收一个脉冲信号，旋转的角度；相数指的是电机内部线圈的组数；电流则代表电机的功率。
这些参数的选择将直接影响电机的性能和输出效果。
在计算步进电机参数时，需要以下几个方面：1、计算转速：转速指的是步进电机每分钟旋转的圈数。
根据需求，选择合适的转速范围，以确保电机能够在正常工作条件下运行。
2、计算电压：电压是供给步进电机的电源电压。
根据电机的功率和电流，选择合适的电压值，以确保电机能够正常运转且不会过热。
3、计算功率：功率指的是步进电机的耗电情况。
根据电机的工作负载和转速，计算出所需的功率，以便选择合适的电源和驱动器。
在电路搭建方面，需要使用驱动器来控制步进电机的旋转。
根据不同的需求，可以选用不同的驱动器，如恒流驱动、恒压驱动等。
同时，还需要注意电路的图示和布局，以确保电源、驱动器和步进电机之间的连接正确可靠。
实验和仿真也是步进电机选型与计算过程中的重要环节。
通过实验，可以验证电机的旋转角度、速度和力矩是否符合要求；通过仿真，可以在实际制作之前对电路的性能进行评估和优化。
实验和仿真的结果将为最终方案的选择提供依据。
在应用过程中，还需注意以下事项：1、避免步进电机长时间处于高速状态：高速运转容易导致电机过热，可能影响其性能和使用寿命。
因此，要合理控制电机的转速，避免长时间的高速运转。
2、步进电机的维护和保养：定期检查电机的紧固件是否松动，轴承是否磨损，以及润滑情况等。
保持电机的清洁和干燥，以延长其使用寿命。
步进电机的选型_张晓松
步进电机的选型张晓松（邢台钢铁有限责任公司，河北邢台０５４０２７）摘要：步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。
每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。
电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。
关键词：步进电机；分类；选择；注意事项步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。
每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。
电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。
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。
1步进电机分类步进电机分3种：永磁式步进电机（PM）、反应式步进电机（VR）和相混合式步进电机（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°或15°，多半用于价格低廉的消费性产品；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°，但噪声和振动都很大，在欧美等发达国家20世纪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、三相和五相：两相步进角一般为1.8°，三相步距角为0.9°，而五相步进角一般为0.72°。
混进合式步进是工业运动控制应用最常见的电机。
此外，按照电机驱动架构又可分为单极性（unipolar）和双极性（bipolar）步进电机。
2步进电机选择选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。
步进电机的计算与选型实用计算
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。
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步进电机的选型
张晓松
（邢台钢铁有限责任公司，河北邢台０５４０２７）
摘要：步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。
每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。
电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。
关键词：步进电机；分类；选择；注意事项
步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。
每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。
电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。
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。
1步进电机分类
步进电机分3种：永磁式步进电机（PM）、反应式步进电机（VR）和相混合式步进电机（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°或15°，多半用于价格低廉的消费性产品；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°，但噪声和振动都很大，在欧美等发达国家20世纪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、三相和五相：两相步进角一般为1.8°，三相步距角为0.9°，而五相步进角一般为0.72°。
混进合式步进是工业运动控制应用最常见的电机。
此外，按照电机驱动架构又可分为单极性（unipolar）和双极性（bipolar）步进电机。
2步进电机选择
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（°／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M：
M=Ma+Mf+Mt（1－3）
Ma=（Jm+Jt）.n／T×1.02×10-2（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）×10－2（1－5）
式中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）×10-2（1－6）
式中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，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
Xueshu Jiaoliu◆学术交流
125
机电信息2009年第24期总第234期
4焊接工作量大幅减少，节约了焊接耗材
钢板焊接小车架各梁的翼板和腹板的连接均采用自动
焊，由于各个梁的总数目较多，所以焊接工作量相当大，消耗焊接较多，且梁的自身焊缝需打磨，主体对接焊缝需探伤检测。
采用型钢制作后由于各个型钢梁自身都没有焊缝，就无需再进行焊缝打磨和焊缝探伤检测。
梁与梁之间的连接仍然和钢板拼焊小车架各梁连接一样采用手工焊接。
表2是钢板拼焊小车架各梁焊接制作与型钢小车架各梁制作情况对照表，总的焊接工作量减少50%以上，自动焊焊丝全部省去，节约了焊接耗材。
5梁自身的局部残余应力消除，制造精度增加。
因为由钢板拼焊而成梁的翼板与腹板之间容易产生较大
的残余变形和焊接内应力，从而影响结构的承载力、加工精度和尺寸稳定性，同时梁翼板与腹板的之间焊缝与翼板和腹板的交界处还会引起应力集中，对结构的脆性断裂有较大影响。
而型钢梁的翼板与腹板无需焊接，不存在以上所述的问题。
有效控制了焊接变形，大大增加了制造精度，提高了小车架的产品质量。
从以上综合分析我们可以看出型钢替代钢板制作小车架在整个小车架制作过程中（包括图纸设计、原材料利用、生产制造工艺简化等）带来的直接效益。
由于小车架通常都是批量生产，制造数量较多，所以型钢替代钢板制作小车架带来的优点更为明显。
同样这种设计思路我们也可以用在其他产品设计上面。
如岸桥的底盘、卸船机主小车等等。
伴随着原材料价格不断上涨，人力成本不断增高，用型钢替代钢板制作其它产品会越来越受重视，应用也会越来越来广泛。
（上接第107页）
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 。
3步进电机选型注意事项
（1）步进电机应用于低速场合—转速不超过1000r ／min ，
（0.9°时6666PPS ），最好在1000～3000PPS （0.9°）间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低。
（2）步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。
（3）由于历史原因，只有标称为12V 电压的电机使用12V 外，其他电机的电压值不是驱动电压伏值，可根据驱动器选择
驱动电压.当然12V 的电压除12V 恒压驱动外也可以采用其他驱动电源，不过要考虑温升。
（4）转动惯量大的负载应选择大机座号电机。
（5）电机在较高速或大惯量负载时，一般不在工作速度起动，而采用逐渐升频提速，一电机不失步，二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。
（6）高精度时，应通过机械减速、提高电机速度,或采用高细分数的驱动器来解决，也可以采用5相电机，不过其整个系统的价格较贵，生产厂家少。
（7）电机不应在振动区内工作，如若必须可通过改变电压、电流或加一些阻尼的解决。
（8）电机在600PPS （0.9°）以下工作，应采用小电流、大电感、低电压来驱动。
（9）应遵循先选电机后选驱动的原则。
学术交流◆Xueshu
Jiaoliu
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