步进电机直接驱动单轴直线伺服移动机构设计
步进电机驱动器课程设计
步进电机驱动器课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解步进电机的工作原理，掌握步进电机驱动器的种类及功能。
2. 学习步进电机驱动器的电路连接方式，了解参数设置对步进电机性能的影响。
3. 掌握步进电机驱动程序编写的基本方法，学会运用相关函数控制步进电机运动。
技能目标：1. 能够正确选用步进电机驱动器，完成电路连接和参数设置。
2. 熟练运用编程软件编写步进电机驱动程序，实现步进电机的精确控制。
3. 培养动手实践能力，学会分析并解决步进电机控制过程中遇到的问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对步进电机驱动技术研究的兴趣，激发创新意识。
2. 培养学生团队协作意识，学会与他人共同解决问题。
3. 增强学生对我国电机驱动技术发展的自豪感，培养爱国主义情怀。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，以理论知识为基础，重点培养学生的动手操作能力和实际应用能力。
学生特点：学生具备一定的电子电路基础知识，具备初步编程能力，对步进电机控制有一定了解。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调动手实践，鼓励学生创新思维，提高解决实际问题的能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 步进电机原理及分类：介绍步进电机的工作原理、特点及分类，结合教材第二章内容，理解步进电机在自动化领域的应用。
- 步进电机原理- 步进电机分类- 步进电机应用领域2. 步进电机驱动器：学习步进电机驱动器的功能、选型及参数设置，参考教材第三章内容，掌握驱动器与步进电机的连接方法。
- 步进电机驱动器功能- 驱动器选型- 参数设置及电路连接3. 步进电机驱动程序编写：学习编写步进电机驱动程序，结合教材第四章内容，熟练使用相关函数实现步进电机的运动控制。
- 驱动程序基本结构- 常用函数及功能- 实现步进电机运动控制4. 步进电机控制系统实践：结合教材第五章内容，进行步进电机控制系统实践，培养动手操作能力及问题解决能力。
步进电机运动控制系统设计
步进电机运动控制系统设计设计时考虑到CPU在执行指令时可能受到干扰的冲击,导致程序”跑飞”或者进入”死循环”,因此,设计了看门狗电路,使用的是MAXIM公司生产的微处理系统监控集成芯片MAXI813。
本文还详细地给出了相关的硬件框图和软件流程图，并编制了该汇编程序。
步进电机最早是在1920年由英国人所开发。
1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。
以后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的系统中。
在生产过程中要求自动化、省、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。
步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。
随着微和技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民领域都有应用。
步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或直线位移的执行部件。
步进电机可以直接用数字信号驱动，使用非常方便。
一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入时步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。
步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。
在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。
因此非常适合于单片机控制。
步进电机还具有快速启动、精确步进和定位等特点，因而在数控机床，绘图仪，打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。
步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。
传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。
步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。
机电一体化系统毕业设计_步进电机直接驱动单轴直线伺服移动机构设计
机电一体化系统设计说明书（步进电机直接驱动单轴直线伺服移动机构设计）目录[1] 课程设计的目的------------------------------------------------------- 3[2]设计内容------------------------------------------------------- 3[3]课程设计要求------------------------------------------------------- 4[4]机电一体化系统设计1)确定滚珠丝杆副的导程------------------------------------------- 42)滚珠丝杆副的载荷及转速计算----------------------------------- 43)确定预期额定的载荷--------------------------------------------- 44)按精度要求确定允许的滚珠丝杆的最小螺纹底径---------- 55)确定滚珠丝杆副的规格-------------------------------------------- 56)对预紧滚珠丝杆副，确定其预紧力----------------------------- 67)确定滚珠丝杆副支承所用轴承规格----------------------------- 68)滚珠丝杆副工作图设计-------------------------------------------- 69)电机的选择----------------------------------------------------------- 610)滚珠丝杆的校核----------------------------------------------------- 811)滚珠丝杆副的极限转速n c的校核------------------------------- 812)D n值的验证---------------------------------------------------------- 913)基本轴向额定静在和C u的验算--------------------------------- 914)强度验算------------------------------------------------------------- 915)轴承的选择与验算------------------------------------------------- 916)滚动直线导轨选择，计算和验算------------------------------- 1217)机械控制系统原理及电路设计---------------------------------- 14[5]附录【1】HXD55无相混合式驱动器------------------------------- 16[6] 密封和润滑---------------------------------------------------------------- 17[7]结论------------------------------------------------------------------------- 18[8] 参考文献------------------------------------------------------------------- 21一．课程设计的目的：1.掌握机电一体化系统设计过程和方法，包括参数的选择，传动的设计，零件的计算，结构的计算，培养系统分析及设计的能力。
步进电机驱动系统设计报告
步进电机驱动系统设计报告1. 引言步进电机是一种常用的控制设备，它能够以离散的步进角度旋转，并且能够保持稳定位置。
本报告旨在介绍我们设计的步进电机驱动系统，包括硬件设计、软件开发和性能测试。
2. 硬件设计步进电机驱动系统的硬件设计包括供电电路、控制电路和电机驱动电路。
2.1 供电电路供电电路负责为整个系统提供电源。
我们选择了12V直流电源作为系统的供电电源，以保证电机稳定运行。
2.2 控制电路控制电路用于接收用户的控制指令，并将其转化为电机驱动信号。
我们采用了微处理器进行控制电路的设计，利用其IO口和相关外围电路实现与电机驱动电路的连接。
2.3 电机驱动电路电机驱动电路通过给定特定的电流和方向信号，控制步进电机的转动。
我们采用了步进电机驱动芯片进行电机驱动电路的设计，驱动芯片能够根据输入信号的变化，控制电机按照给定的步进角度旋转。
3. 软件开发软件开发包括电机控制程序的编写和电机控制界面的设计。
3.1 电机控制程序电机控制程序根据用户的输入指令，通过控制电路向电机驱动电路发送正确的信号，从而控制电机转动。
我们采用了C语言进行程序编写，结合控制电路的IO 口进行控制信号的生成。
3.2 电机控制界面电机控制界面是用户与系统进行交互的接口。
我们设计了一个简单的图形用户界面，用户可以通过该界面设置电机的运行参数，包括步进角度、转速等。
4. 性能测试为了验证步进电机驱动系统的性能，我们进行了一系列的性能测试。
4.1 步进角度测试我们通过设置不同的旋转角度，测试步进电机在给定角度下的准确度。
测试结果显示，步进电机能够非常稳定地按照给定角度旋转。
4.2 转速测试转速测试用于检验步进电机在不同速度下的运行情况。
实验结果表明，步进电机能够在不同速度下保持平稳运行，并且具有较高的转速稳定性。
4.3 负载能力测试负载能力测试用于测试步进电机在不同负载情况下的运行情况。
我们通过增加外加负载，测试了步进电机在不同负载下的转速和转矩。
步进电机驱动器的设计资料.doc
步进电机驱动器的设计资料.doc1 绪论1.1 引言步进电动机一般以开环运行方式工作在伺服运动系统中,它以脉冲信号进行控制,将脉冲电信号变换为相应的角位移或线位移｡步进电动机可以实现信号的变换,是自动控制系统和数字控制系统中广泛应用的执行元件｡由于其控制系统结构简单,控制容易并且无累积误差,因而在20世纪70 年代盛行一时｡80 年代之后,随着高性能永磁材料的发展､计算机技术以及电力电子技术的发展,矢量控制技术等一些先进的控制方法得以实现,使得永磁同步电机性能有了质的飞跃,在高性能的伺服系统中逐渐处于统治地位｡相应的,步进电机的缺点越来越明显,比如,其定位精度有限､低频运行时振荡､存在失步等,因而只能运用在对速度和精度要求不高,且对成本敏感的领域｡技术进步给步进电动机带来挑战的同时,也带来了新的发展遇｡由于电力电子技术及计算机技术的进步,步进电动机的细分驱动得以实现｡细分驱动技术是70 年代中期发展起来的一种可以显著改善步进电机综合性能的驱动控制技术｡实践证明,步进电机脉冲细分驱动技术可以减小步进电动机的步距角,提高电机运行的平稳性,增加控制的灵活性等｡由于电机制造技术的发展,德国百格拉公司于1973 年发明了五相混合式步进电动机,又于1993 年开发了三相混合式步进电动机｡根据混合式步进电动机的结构特点,可以将交流伺服控制方法引入到混合式步进电机控制系统中,使其可以以任意步距角运行,并且可以显著削弱步进电机的一些缺点｡若引入位置反馈,则混合式步进电机控题正是借鉴了永磁交流伺服系统的控制方法,研制了基于DSP的三相混合式步进电机驱动器｡1.2 步进电机及其驱动器的发展概况按励磁方式分类,可以将步进电动机分为永磁式(PM) ､反应式(VR)和混合式(HB)三类,混合式步进电动机在结构和原理上综合了反应式和永磁式步进电动机的优点,因此混合式步进电动机具有诸多优良的性能,本课题的研究对象正是混合式步进电机｡20 世纪60 年代后期,各种实用性步进电动机应运而生,而半导体技术的发展则推进了步进电动机在众多领域的应用｡在近30 年间,步进电动机迅速的发展并成熟起来｡从发展趋势来讲,步进电动机已经能与直流电动机､异步电动机以及同步电动机并列,从而成为电动机的一种基本类型｡特别是混合式步进电动机以其优越的性能(功率密度高于同体积的反应式步进电动机50%)得到了较快的发展｡其中,60 年代德国百格拉公司申请了四相(两相)混合式步进电动机专利,70 年代中期,百格拉公司又申请了五相混合式步进电动机及驱动器的专利,发展了性能更高的混合式步进电动机系统｡这个时期各个发达工业国家建立了混合式步进电动机规模生产企业｡此外,1993 年,也就是五相混合式步进电动机及驱动器专利到期之时,百格拉公司又申请了三相混合式步进电动机的专利｡步进电机具有以下优点:(1)步距值不容易受各种干扰因素的影响｡它的速度主要取决于输入脉冲的频率,转子运动的总位移取决于输入的脉冲总数,相对来说,电压大小､电流数值和温度的变化等因素不影响步距值;(2)无位置累积误差｡步进电动机每走一步的实际步距值与理论值总有一定的误差,走任意步数之后也总有一定误差,但是因每转一周的累计误差为零,所以步距值的误差是不累积的;(3)控制性能好｡改变通电顺序,就可以方便的控制电动机正转或反转,起动､转向､制动､改变转速及其他任何运动方式的改变都可以在少数脉冲内通过改变电脉冲输入就能控制,在一定的频率范围内运行时,任何运行方式都不会丢失一步;(4)步进电机还有自锁能力,当步进电机停止输入,而让最后一个脉冲控制的绕组继续保持通电时,则电动机可以保持在最后一个脉冲控制的角位移的终点位置上,能够实现停车时转子定位｡因此,步进电机在机械､冶金､电力､纺织､电信､仪表､办公自动化设备､医疗､印刷以及航空航天等工业领域获得了广泛的应用｡例如机械行业中,在数控机床上的应用,可以算是典型的例子｡可以说步进电动机是经济型数控机床的核心｡我国的步进电机行业起步较早,但大多都是反应式步进电动机,直到目前,仍有许多国内用户使用反应式步进电机｡混合式步进电机的特点是效率高､力矩大､运行平稳､高频运行时矩频特性好,在发达国家中,越来越广泛的使用性能优越的五相和三相混合式步进电机,步进电机驱动技术的发展也十分迅速｡我国步进电机的应用虽然起步较早,但其驱动技术的发展相对落后,成为制约步进电机应用与发展的主要因素｡国内仍有不少用户沿用己被国外淘汰的单电压串电阻等落后的驱动方式,驱动器电路中使用分立元件居多,可靠性差,且各厂家的驱动技术规范､技术等级､生产工艺参差不齐｡目前发达国家的驱动器已进入恒相电流与细分技术相结合的阶段,使步进电机低速运行振荡很小､高速运行时转矩下降较小｡[1-3]步进电机驱动技术的进步离不开电力电子技术和微机控制技术的发展｡交流调速技术的发展过程表明,现代工业生产及社会发展的需要推动了交流调速系统的飞速发展;现代控制理论的发展和应用,电力电子技术的发展和应用,微机控制技术及大规模集成电路的发展和应用为交流调速的飞速发展创造了技术和物质条件｡电力电子器件及微处理器是高性能交流传动系统和现代电力电子设备的核心｡电力半导体器件以开关阵列的形式应用于电力变流器中,把相同频率､或者是不同频率的电能进行交-直(整流器)､直-直(斩波器)､直-交(逆变器)和交-交变换｡电力电子器件经历了以下几个发展阶段:第一个阶段是20 世纪80 年代中期以前,是以门极不可关断的晶闸管(Thyristor)为代表的半控型器件,这种在20 世纪50 年代晚期出现的器件使得固态电力电子器件进入了一个新纪元｡晶闸管主要用于直流电动机的驱动器中,必须配以辅助换流措施才能实现可靠的换流,控制线路复杂､效率低､可靠性差,而且开关频率低,使得变频电源中含有大量的谐波分量,转矩脉动大､噪声大及发热严重｡第二个阶段是20 世纪80 年代中期到90 年代,是以门极可关断晶闸管(GTO)､双极型晶体管(BJT)､电力场效应晶体管(P-MOSFET)等为代表的全控型器件｡如今GTO 产品的额定电流､电压已超过6kA､6kV,在10MViA 以上的特大型电力电子变换装置中已有不少应用,但其为电流驱动,故所需的驱动功率较大;BJT已模块化,在中小容量装置中得到推广,但其驱动功率较大,开关速度慢,影响了逆变器的工作频率和输出波形;MOSFET 开关速度快,驱动功率小,电压型控制,但器件功率等级低,导通压降大,限制了逆变器的容量｡第三个阶段是20 世纪90 年代,是以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为代表的复合型功率器件,主要特点为门极电压控制,故其所需驱动功率较小｡IGBT 结合了MOSFET和BJT的优点,具有高开关频率,门极电压驱动,不存在二次击穿问题,无需吸收电路,又具有BJT大电流密度,低导通压降的特性｡新一代的智能功率模块(IPM)集功率器件IGBT､驱动电路､检测电路和保护电路于一体,实现过流､短路､过热､欠压保护,模块包含三相桥逆变器,从而使装置体积缩小,可靠性提高｡20 世纪90 年代末至今,电力电子器件的发展进入了第四代,这里只介绍一下电力半导体家族中的最新成员—集成门极换向晶闸管(Integrated gate-commutated thyristor),它是ABB公司于1997年发明的,它基本上是一种高压､大功率､非对称截止GTO 晶闸管,其关断电流增益为1,可见其驱动功率之小｡该器件的导通压降､开通di/dt､门极驱动损耗､少数载流子存储时间和关断dv/dt 据称都优于GTO晶闸管｡器件更快的开关速度使得无缓冲器运行成为可能,也使其开关频率高于GTO晶闸管｡多个IGCT 可以串联或并联成更高功率的应用｡该器件已经用于电力系统的联网设备(100M ViA)和中等功率(高达5MW)工业传动中｡[4-6]全数字化是交流调速系统的发展趋势｡交流调速系统最初多为模拟电子电路组成,由于模拟电路固有的弊端,决定了很多控制算法很难在系统上实现｡近几十年来,由于微机控制技术,特别是以单片机及数字信号处理器(DSP)为控制核心的计算机控制技术的飞速发展和广泛应用,许多复杂的控制算法得以实现,如矢量控制中的复杂坐标变换､解耦控制､滑模变结构控制､参数辨识的自适应控制等,这些是模拟电路无法做到的,可以毫不夸张的说以微处理器为核心的数字控制已成为现代交流调速系统的主要特征之一｡常用于交流调速系统的微处理器简介如下｡(1). 单片机｡一片单片机芯片就是一台微型计算机,其上集成有用户需要的一些外设,如定时/计数器､D/A､A/D等,这样就大大缩小了控制器的体积,降低了成本,提高了可靠性｡然而单片机对大量数据的处理能力有限,因此只用于一些对性能要求不高的场合｡(2). 数字信号处理器(DSP)｡为了提高运算速度,在20世纪80年代出现了数字信号处理器,其上一般集成有硬件乘法器､时钟频率很高,一些高性能的DSP 还支持浮点运算｡世界各大DSP生产商还推出了集成有PWM 生成硬件､A/D､正交编码电路等专门针对于电机控制的DSP 芯片,常见的如TI 公司的C2000系列｡电机控制专用的DSP芯片使控制系统硬件简化,性能和可靠性得到了空前的提高｡(3). 高级专用集成电路(ASIC)｡ASIC也称为适合特定用途的IC,是能完成特定功能的专用芯片｡例如用于交流变压变频用的SPWM波发生器HEF4752 (英国Mullard公司产品,适用于开关频率1kH 以下)､SLE4520(德国西门子公司产品,适用于开关频率20kH以下)｡现代高级专用集成电路的功能远远超过一个发生器,往往能够包括一种特定的控制系统,例如,德国应用微电子研究所(IAM)1994 年推出的VECON,是一个交流伺服系统的单片矢量控制器,包括控制器,能完成矢量运算的DSP 协处理器､PWM 定时器,以及其他外围和接口电路,都集成在一片芯片之内,使可靠性大幅度提高｡2 混合式步进电动机的原理及其驱动控制三相混合式步进电动机与反应式和永磁式步进电动机相比,具有很多优点,获得了越来越广泛的应用｡电流闭环､三相正弦电流驱动是三相混合式步进电动机常用的驱动方式｡2.1 三相混合式步进电动机的结构和工作原理2.1.1 三相混合式步进电动机的结构混合式步进电动机是一种十分流行的步进电动机｡它既有反应式步进电动机的高分辨率,每转步数比较多的特点,又有永磁式步进电动机的高效率,绕组电感比较小的特点,故称混合式｡图2-1 给出了三相混合式步进电动机的内部结构图及其定子结构图｡从结构上看,它的定子通常有多相绕组,定､转子上开有很多齿槽,类似反应式步进电动机｡转子上有永久磁铁产生的轴向磁场,这与永磁式步进电动机相似｡图2-1三相混合式步进电机内部结构图及定子示意图Fig.2-1Three-phase hybrid stepping motor and the stator internal schematic diagram 混合式步进电动机的转子一般由环形磁钢及两段铁心组成,环形磁钢在转子的中部,轴向充磁,两段铁心分别装在磁钢的两端,转子的铁心外圆周有均匀分布的小齿,两段铁心上面的小齿沿圆周相互错开半个齿距｡定､转子小齿的齿距通常相同｡一段转子的磁力线沿转子表而呈放射形进入定子铁心,称为N极转子,另一段转子的磁力线是从定子沿定子表面穿过气隙回归到转子中去的,称为S极转子｡可见,通过转子分段错齿和转子轴向永磁励磁,三相混合式步进电机在结构上巧妙的实现了多极对数永磁凸极同步电机的思想,从原理上讲是低速凸极永磁同步电机｡可见,混合式步进电动机既可以用作同步电动机进行速度控制,又可以用作步进电动机进行位置开环控制｡[7-9]2.1.2 三相混合式步进电动机的工作原理图2-2 给出了一台简单的三相混合式步进电动机的横截面示意图｡图中三相混合式步图2-2三相混合式步进电动机示意图Fig.2-2Three-phase hybrid stepping motor diagram进电动机的定子为三相六极,三相绕组分别绕在相对的两个磁极上,且这两个磁极的极性是相同的｡它的每段转子铁心上有八个小齿,两段铁心上的小齿相互错开半个齿距｡从电动机的某一端看,当定子的一个磁极与转子齿的轴线重合时,相邻磁极与转子齿的轴线就错开1/3齿距｡混合式步进电动机的气隙磁动势由转子永磁体产生的磁动势Fr 和定子绕组电流产生的磁动势Fs 组成｡在电机运行过程中,随着绕组中通入的电流方向的变化,这两种磁动势有时是相加的,有时又是相减的,转子磁动势与定子磁势相互作用,产生电磁转矩｡当A相绕组通电时,转子处于图2-2 中所示的稳定平衡位置,此时与N 段转子铁心相对的定子 A 相极下气隙磁导最大,与S 段转子铁心相对的定子 A 相极下气隙磁导最小｡当外加力矩使转子偏离稳定平衡位置时,例如转子向顺时针方向转了一个小角度θ,则定子与两段转子齿的相对位置及作用转矩的方向如图2-3 所示｡可以看到,两段转子铁心所受到的电磁转矩方向相同,都是使转子回到稳定平衡位置的方向｡绕组的通电状态改变,电动机的稳定平衡位置也改变,在电磁转矩的作用下,转子将转到新的平衡位置｡上面说的是单相通电时的情况,但是为了增加电机的输出转矩,提高电机绕组利用率,在三相混合式步进电动机的应用中,一般采用三相同时通电的控制方式｡图2-4给出了三相混合式步进电动机三相同时通电时绕组电流状态示意图, 图2-4a 到图2-4f中的转子位置分别与图2-4g中t1至t6时刻的绕组通电状态相对应｡每相绕组的电流在每个周期内共上面说的是单相通电时的情况,但是为了增加电机的输出转矩,提高电机绕组利用率,在三相混合式步进电动机的应用中,一般采用三相同时通电的控制方式｡图2-4给出了三相图2-3 A相绕组通电时转子偏离平衡位置的受力图Fig.2-3A rotor winding energized by trying to deviate from the equilibrium position混合式步进电动机三相同时通电时绕组电流状态示意图, 图2-4a 到图2-4f中的转子位置分别与图2-4g中t1至t6时刻的绕组通电状态相对应｡每相绕组的电流在每个周期内共有三个状态,电流变化一个周期,转子旋转一周｡此时电机每转的步数S可由式(2-1)得到｡S=k*m*Z (2-1)式中,k 为电动机每转电流状态变化的次数;m 为电机的相数;Z 为电机齿数｡对于三相混合式步进电动机,设转子有50 个齿,根据式(2-1)和图2-4 可以计算出此时电机每转步数S为:S=4*3*50=600 (2-2)若电机每转一周,相电流只有两个状态,即电机绕组只有正､负通电状态,无零电流状态,根据式(2-1),可得电机每转步数为300｡可见,通过增加绕组通电状态数可以使混合式步进电动机的步距角减小,增加走步精度,对于减小混合式步进电动机运行过程中的振动有很大的作用｡其实,这个例子也暗含了混合式步进电动机细分控制的基本原理,细分控制是目前最有效的减小步进电动机振动的方法,后面将会给出详细的介绍｡2.2 步进电动机应用中要注意的问题当选用步进电动机作为系统的执行元件时,一定要了解步进电机的技术参数,特别是其矩频特性｡步进电机输出转矩随转速升高而下降,选型时一定要参考矩频特性曲线图,图2-4三相同时通电半步运行时绕组电流示意图Fig.2-4Three-phase power half a step whilerunning winding current diagram 根据设备运动速度和加速度,计算好所需工作转矩和转动惯量｡步进电动机的选用主要考虑以下几个指标:[1-3](1).步距角θ:每给定一个电脉冲信号,电动机转子所应该转过角度的理论值,步距角越小,分辨率越高｡其计算公式如下:θ=NZ 360 (2-3) 式中,Z 为转子的齿数,N 为转子转过一个齿距的运行拍数｡ (2).步进电机的转速n ｡若步进电动机所加的控制脉冲频率为f,则步进电动机的转速为: n=NZf 60 (2-4) 可见步进电机转速的高低,取决于输入到步进电机驱动器的脉冲频率的高低｡步进电动机在不失步､不丢步的前提下,其转速和转角与电压､负载､温度等因素无关,因而步进电动机可直接采用开环控制,简化控制系统｡(3).最大空载起动频率｡电机在某种驱动形式､电压及额定电流下,在不加负载的情况下,能够直接起动的最大频率,起动频率越高,则电机快速响应性能越好｡图2-5 90BYG350C 型电机的矩频特性图 Fig.2-5 90BYG350C type motormoment frequency response plots(4).矩频特性｡电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与控制脉冲频率关系的曲线称为运行矩频特性,这是步进电动机最重要的参数之一,是电机诸多动态曲线中最重要的,也是电机选择的根本依据｡图 2-5为本课题所用的混合式步进电动机(型号为 90BYG350C)的矩频特性图｡由图可以看到,该步进电动机的保持转矩为 6Nm,随着转速的升高,其转矩不断减小,当转速达到 1200r/min 时,转矩已不到 1.6Nm ｡所以选用步进电动机时一定要参考其矩频特性图,不能只看保持转矩或最大静转矩,要根据电机运行工况,考虑一定的裕量｡(5).步进电动机的共振点｡步进电机均有固定的共振区域,二､四相混合式步进电机的共振区一般在180Hz 到250Hz 之间(步距角 1.8 度)或在400Hz 左右(步距角为0.9 度),电机驱动电压越高､电机电流越大､负载越轻､电机体积越小,则共振区向上偏移｡为使电机输出转矩大,避免失步和降低整个系统的噪音,一般要求工作点均偏离共振区｡2.3 步进电动机的振动和失步步进电动机的振动是其固有的缺点,在上节所说的步进电动机选择标准中就提到,使用步进电动机时一定要考虑电动机的共振点,这样可以人为的让步进电动机运行区域避开步进电动机的共振点,使步进电动机运行的更加平稳､噪声小,避免失步｡下面介绍一下步进电动机运行时产生振动的原因｡步进电动机在步进状态运行时,转子运动是一衰减振荡过程｡电动机在低频步进运行时,定子绕组每改变一次通电状态,转子就前进一个步距角｡由于转子的自由振荡,它将不能及时的停留在新的平衡位置｡而是按自由振荡频率振荡几次才衰减到新的平衡位置｡每加一次脉冲,进行一次转换,转子都从新的转矩曲线的跃变中获得一次能量的补充,这样步进电动机在低频步进运行时,类似于一种强迫振荡｡当控制脉冲的频率等于或接近于步进电动机振荡频率的1/k 倍(k=1,2,3…..)时,电动机就会出现强烈的振动现象,严重的将导致失步或无法工作｡当步进电动机在高频脉冲下连续运行时,前一次的振荡尚未达到第一次回摆的最大值,下一个脉冲已经到来｡当频率更高时,甚至在前一步振荡尚未达到第一次的峰值就开始下一步,则电机可以连续､平滑地转动,转速也比较稳定｡但是当脉冲频率过高,达到或超过最大连续运行频率fmax时,由于绕组电感的作用,动态转矩下降很多,负载能力较弱,且由于电机的损耗,如轴承摩擦､风摩擦等都大为增加,即使在空载下也不能正常运行｡另外,当脉冲频率过高时,矩角特性的移动速度相当快,转子的惯性导致转子跟不上矩角特性的移动,则转子位置距平衡位置之差越来越大,最后因超出动稳区而丢步｡[10-15]由于步进电动机特殊的运行机理,要完全消除其振荡是不可能的,只有采取一定的措施,在一定程度上抑制其振荡,防止发生失步｡目前,抑制步进电机振荡的方法主要有:(1)采用细分驱动方式,适当增加细分数;(2)增加阻尼;(3)采用位置或速度闭环控制｡其中第三条方法能从根本上解决步进电动机振荡的问题,但此时控制系统较复杂,成本也高｡因此在实际应用中一般采用第一条和第二条方法｡增加阻尼一般有两种方法:增加机械阻尼和电气阻尼｡机械阻尼是增加电机转子的干摩擦阻力或粘性阻力｡其缺点是增大了惯性,使电机的速度性能变坏,体积增大｡电气阻尼则有多相激磁阻尼､延迟断开阻尼等｡其实,从原理上说,细分驱动也就是采用了增加电气阻尼的技术｡对于混合式步进电动机,由于其转子中加入了永磁体,因而,混合式步进电动机具有较强的反电动势,其自身阻尼作用比较好,使其在运行过程中比较平稳､噪声低､低频振动小｡从这也可以看到混合式步进电动机的性能要优于反应式步进电动机｡2.4 步进电动机的细分驱动技术2.4.1 传统的步进电机驱动方式单电压驱动:单电压驱动是指在步进电机绕组上加上恒定的电压,这种驱动方式的电路相当简单｡但是当电机高速运行时,流经绕组的电流还未上升到额定电流就被关断,相应的平均电流减少而导致输出转矩下降｡为改善高速运行的电机转矩特性,通常在连接电机绕组的线路中串联一个无感电阻来减少电气时间常数,同时成比例的增加电源电压以保持额定电流不变｡但是串入电阻将加大功耗, 降低功放电路的功率,必须具备相应的散热条件才能保证电路稳定可靠的工作｡所以这种电路一般仅适合于驱动小功率步进电机或对步进电机运行性能要求不高的情况｡高低压驱动:高低压驱动电路使用两种电压电源,即步进电机额定电压和比它高几倍的电源电压｡当相绕组导通时,加到绕组上的电压为高电压,上升电流具有较陡峭的前沿特性｡当电流上升到额定值时,关闭高压电源,用额定电压供电来维持绕组的电流｡由于电机旋转反电势､相间互感等因素的影响,易使电流波形在高压工作结束和低压工作开始的衔接处呈凹形,致使电机的输出力矩有所下降｡低频时绕组电流有较大的上冲,所以低频时电机振动较大,低频共振现象仍然存在｡斩波恒流驱动:斩波恒流驱动方式的供电电压比电机额定电压高得多,使电流上升和衰减速度很快,通过斩波方式使电机绕组电流在低速到高速运行范围内保持恒电流,从而保持电机输出转矩恒定｡但是此种方法线路复杂､低速运行时绕组电流冲击大,使低频产生振荡,运行不平稳,噪声大､定位精度不高｡调频调压驱动:随着步进电机运行频率的提高,同时提高功率放大电路的电源电压,以补偿因运行频率上升造成的输出转矩下降｡当步进电机的运行频率降低时,同时降低功率放大电路电源电压｡因电压随频率而变,故既可增加高频输出转矩,又能避免低频可能出现的振荡｡从理论上讲,调频调压驱动基本克服了单电压驱动､高低压驱动､斩波恒流驱动等电路。
步进电动机驱动器设计
机器人及智能装备
工业自动化：用于生产线上的 机器人手臂、传送带等设备
服务机器人：用于酒店、餐厅、 医院等场所的服务机器人
智能家居：用于智能门锁、智 能窗帘、智能照明等设备
医疗设备：用于手术机器人、 康复机器人等医疗设备
清洁保养： 定期清洁 驱动器， 保持其清 洁和干燥
润滑保养： 定期对驱 动器进行 润滑，确 保其运Байду номын сангаас 顺畅
更换零件： 定期检查 驱动器的 零件，及 时更换损 坏或磨损 的零件
安全操作： 确保驱动 器的安全 操作，避 免因操作 不当导致 的损坏
定期检查： 定期检查 驱动器的 运行状态， 确保其正 常工作
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步进电动机驱动器设计
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目录
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步进电动机驱动器概述 步进电动机驱动器设计要素 步进电动机驱动器性能指标 步进电动机驱动器的应用场景 步进电动机驱动器的选型与使用 步进电动机驱动器的未来发展
01
步进电动机驱动器概述
步进电动机驱动器定义
步进电动机驱动器 是一种将电脉冲信 号转换为机械运动 的装置
04
步进电动机驱动器的应用场景
工业自动化设备
数控机床 包装机械 印刷机械 工业机器人
数控机床
数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备，广泛应用于机械加工、模具制造等领域。
步进电动机驱动器在数控机床中的应用，可以实现对机床的精确控制，提高加工精度和效 率。
步进电动机驱动器在数控机床中的应用，可以实现对机床的灵活控制，满足不同加工需求。
02
步进电机驱动器方案
步进电机驱动器方案引言步进电机是一种能够将电力信号转化为机械运动的设备，被广泛应用于各种自动化系统中。
步进电机的驱动方式决定了其在系统中的性能和精度。
本文将介绍几种常见的步进电机驱动器方案，分析其特点和适用范围。
一、直流驱动器方案直流驱动器是一种最常见的步进电机驱动器方案之一。
它通过直流电源和H桥电路来控制步进电机的旋转。
该方案具有以下特点：1. 简单可靠：直流驱动器方案的电路相对简单，易于实现和维护。
2. 精度较低：由于直流驱动器方案无法提供闭环控制和精确的电流驱动，因此其驱动精度相对较低。
3. 适用范围广：直流驱动器方案适用于一些要求不那么高的应用场景，如低精度打印机、门禁系统等。
二、脉冲驱动器方案脉冲驱动器方案采用脉冲信号控制步进电机的运动。
它通过控制脉冲信号的频率、峰值和占空比来实现步进电机的转动。
该方案具有以下特点：1. 高精度：脉冲驱动器方案可以实现高精度的控制，可达到微步驱动，提高系统的运动精度。
2. 复杂控制：脉冲驱动器方案需要精确控制脉冲信号的参数，对控制系统的算法和硬件要求较高。
3. 应用广泛：脉冲驱动器方案适用于许多要求高精度控制的场景，如制造业中的自动化装配线、精密仪器等。
三、闭环控制驱动方案闭环控制驱动方案是一种通过反馈控制来实现步进电机控制的方案。
它通过传感器反馈步进电机的位置信息，实时调整驱动信号，以达到精确控制的目的。
该方案具有以下特点：1. 高精度：闭环控制驱动方案可以实现非常高的位置控制精度，减小步进电机的非线性误差和震动。
2. 复杂昂贵：闭环控制驱动方案的实现较为复杂，需要采用传感器进行位置反馈，同时增加了硬件和算法的成本。
3. 高要求应用：闭环控制驱动方案适用于对位置精度要求极高的场景，如医疗设备、半导体制造等。
结论在步进电机的驱动器方案中，直流驱动器方案简单可靠，适用于一些不对精度要求过高的应用场景。
脉冲驱动器方案具有较高的控制精度，适用于大多数精密控制应用。
步进电机及驱动模块的设计
步进电机及驱动模块的设计4.1.1步进电机的工作原理步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
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(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
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。
步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。
现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。
4.1.2 BL-210的性能介绍BL-210实物如图4-1所示：图4-1 BL-210实物图(1)特点BL-210驱动器驱动二相步进电机，该驱动器采用原装进口模块，实现高频斩波，恒流驱动，具有很强的抗干扰性、高频性能好、起动频率高、控制信号与内部信号实现光电隔离、电流可选、结构简单、运行平稳、可靠性好、噪声小，带动1.0A以下所有的步进电机。
特别是在舞台灯光、自动化、仪表、POS机、雕刻机、票据打印机、工业标记打印机、半导体扩散炉等领域得到广泛的应用。
BL-210驱动器特点○1每相最大驱动器电流为1.0安培。
○2采用无过流专利技术。
○3采用国外进口电力电子元器件。
○4可选择电流半流。
○5细分数可选（1/2，1/4，1/8），对应的微步距角分别为（0.9°/STEP、0.45°/STEP、0.225°/STEP）。
○6所有输入信号都经过光电隔离。
○7斩波频率f=40KHZ○8电机的相电流为正弦波。
驱动器接线示意如图4-2所示：图4-2 驱动器接线示意图(2)技术规格如表4-1所示：表4-1 技术规格表○1供电电源：直流12V--40V（输入电压）○2驱动器适配电机：42BYG或更小系列步进电机。
步进电机毕业设计
步进电机毕业设计步进电机毕业设计引言：在现代工业自动化领域，步进电机作为一种常见的执行器，广泛应用于各种机械设备中。
其特点是控制精度高、运动平稳、结构简单等，因此在毕业设计中选择步进电机作为研究对象是一种不错的选择。
本文将介绍步进电机的原理、设计要点以及实验过程和结果。
1. 步进电机的原理步进电机是一种将电脉冲信号转化为角位移的电动机，其工作原理基于磁场和电流的相互作用。
步进电机通常由定子和转子两部分组成，定子上布有相互平行的线圈，而转子上则有磁极。
当线圈通电时，产生的磁场与转子上的磁极相互作用，从而使得转子发生旋转。
2. 步进电机的设计要点在进行步进电机的毕业设计时，需要考虑以下几个重要的设计要点：2.1 选型和参数确定步进电机的选型和参数确定是设计的第一步。
需要根据实际需求确定电机的转矩、步距角、额定电流等参数。
同时，还要考虑电机的尺寸和重量等因素，以便与实际应用场景相匹配。
2.2 驱动电路设计步进电机的驱动电路设计是关键之一。
通常采用的是双H桥驱动电路，其作用是将控制信号转化为合适的电流输出，从而驱动步进电机旋转。
在设计过程中，需要考虑电流的控制方式、保护电路的设计以及电源的选择等因素。
2.3 控制算法设计步进电机的控制算法设计是保证电机正常运行的关键。
常用的控制算法包括开环控制、闭环控制以及微步控制等。
在设计过程中，需要根据实际需求选择合适的控制算法，并进行相应的编程实现。
3. 步进电机毕业设计的实验过程和结果在步进电机毕业设计的实验过程中，首先需要进行电机的装配和接线工作。
然后，根据设计要点进行驱动电路和控制算法的设计与搭建。
接下来，通过编写相应的程序代码，实现步进电机的控制和运动。
最后，通过实际测试和数据分析，验证设计的可行性和性能指标。
实验结果显示，设计的步进电机能够按照预定的控制信号进行准确的旋转运动。
其转矩和步距角等参数符合设计要求，并且具有较高的控制精度和运动平稳性。
同时，实验还验证了所设计的驱动电路和控制算法的可靠性和有效性。
直接驱动直线交流伺服电动机
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２ 徐 国 保 ． 于 Ｅ ＲＯＭ 的步 进 电 机 通 用 脉 冲 分 配 器 ． 基 Ｐ 仪表 技 术 ．
２０ ０ ２．
（ 稿 日期： ０ ５０— １ 收 ２０ —９０ ）
图４ １５ 分参 考 电 压波 形 １细
作者 简 介 ： 冀
溥 ， ，９ ０ 生 ， 男 １８年 山东 大 学 电气 工 程 学 院研 究 生 ， 主
要从 事 特 种 电机 研 究 。
《 机 技 术 》２ ０ 年 第 ｌ 电 ０６ 期
・ ３・ ３
维普资讯
现代 驱动与控 翻
无 接触 ， 维护 ， 免 无刷 没计 ： 相 正弦波 换 向 ； 三
美 国科 耳 摩 根 公 司 以生 产 伺 服 系 统 闻 名 于
（ 动子 ）科 尔摩 根生产 的Ｄ 系列直线 电动机有两 。 ＤＬ
世， 多年前开发了直流直线伺服 电动机。 随着交流 伺服系统技术的发展 ，年前叉开发了高精度、 ２ 免
维 护 、 推 力 的 以交流 伺 服 放 大器 驱 动 的无 刷 直 大
应注意：
（） ２ 宽的速度范 围： 电动机 是无接触式 ， 没有 机械传递的限制， 很容易实现高速和极低速。 Ｄ Ｄ Ｌ 系列应用速度 可大于５ ／， ｍ ｓ或低于ｌ ｍ ｓ滚珠丝 ｇ ／ 。 杠因共振和磨损达不到这样高的速度（ 一般为０５ ．
ｍ／￣ ．ｍ／）此 外 ， 线 电动 机 具有 优 良的 速度 ｓ０７ ｓ 。 直
和 宽速度 范 围场 合 。
无刷伺服 电动机换向需要反馈元件。 Ｄ 系 Ｄ Ｌ 列采用数字式或线性霍尔元件提供 电子换向。 选 用科尔摩根的Ｓ 或Ｒ Ｌ Ｏ Ｏ 系列伺服放大器， 电动 为 机提供６ 步换 向和方波驱动电流， 用于特性可 以接 受的某些场合 。 需要特别平滑的运动， 可以选用科 尔摩根的伺服之星放大器 ， 提供正弦波驱动 电流 以获得最佳的恒定推力和速度特性 。 也可由直线 编码器获得换向信息， 反馈元件可选用感应 同步 器、 激光干涉仪等。 按照直线伺服电动机要求选用伺服放大器时
步进电机系统开发方案
步进电机系统开发方案
步进电机是一种通过控制电流大小和方向来驱动转子旋转的电机，它具有定位精度高、控制简单、响应迅速等优点，因此在许多自动化控制系统中得到了广泛应用。
步进电机的系统开发方案主要包括硬件设计和软件编程两个方面。
首先是硬件设计方面，主要需要设计电机驱动电路、控制器和电源等。
1. 电机驱动电路：根据步进电机的特性，采用适当的驱动方式，如全步进驱动、半步进驱动或微步进驱动。
电机驱动电路可以选择使用集成驱动芯片，也可以使用离散元件组成的驱动电路。
2. 控制器：设计一个控制器来控制步进电机的运动，通常采用单片机作为控制器，通过读取传感器的反馈信号确定电机的位置，并根据预定的控制算法来驱动电机旋转。
3. 电源：选择合适的电源供应步进电机系统，电源的稳定性和功率大小需要满足电机系统的需求。
其次是软件编程方面，主要包括控制算法的设计和编程实现。
1. 控制算法设计：根据步进电机的运动特性和系统需求，设计合适的控制算法，确定电机应该如何旋转以达到预定位置。
2. 程序编写：使用编程语言编写程序，在控制器上实现控制算法。
程序需要读取传感器数据、控制驱动电路以及与外部设备进行通信。
最后是整体系统测试和调试。
进行系统集成后，需要进行综合测试，验证硬件和软件的功能正常，并且达到了预期的性能要求。
如果发现问题，需要进行调试和优化，直到系统能够稳定
可靠地运行。
在步进电机系统的开发过程中，需要充分考虑各个组件之间的配合和协作，选用合适的硬件和软件设计方案，并进行系统测试和调试，才能确保最终的步进电机系统性能优良、稳定可靠。
步进电机通过一级齿轮减速驱动 单轴直线伺服移动机构系统设计
第一章：直线移动机构模块的设计1．工作台的选择根据设计要求初选工作台为30030020mm⨯⨯，密度7.813/g mm，质量约为14Kg。
2．滚动导轨副的选择计算和校核滚动直线导轨副是在滑块与导轨之间放入适当的钢球，使滑块与导轨之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，大大降低二者之间的运动摩擦阻力，从而获得动、静摩擦力之差很小，随动性极好，即驱动信号与机械动作滞后的时间间隔极短，有益于提高数控系统的响应速度和灵敏度。
驱动功率大幅度下降，只相当于普通机械的十分之一。
与V型十字交叉滚子导轨相比，摩擦阻力可下降约40倍。
适应高速直线运动，其瞬时速度比滑动导轨提高约10倍。
能实现高定位精度和重复定位精度。
能实现无间隙运动，提高机械系统的运动刚度。
成对使用导轨副时，具有“误差均化效应”，从而降低基础件（导轨安装面）的加工精度要求，降低基础件的机械制造成本与难度。
导轨副滚道截面采用合理比值的圆弧沟槽，接触应力小，承接能力及刚度比平面与钢球点接触时大大提高，滚动摩擦力比双圆弧滚道有明显降低。
导轨采用表面硬化处理，使导轨具有良好的可校性；心部保持良好的机械性能。
简化了机械结构的设计和制造。
滑块可选用基本尺寸为30⨯，导轨副材料的选择为灰7080⨯铸铁HT200，因为它的耐磨性和减震性好，热稳定性好，容易铸造和切削加工，成本较低。
因设计任务要求，选用四块这样的滑块组成双排导轨，则总质量约为：kg kg 65.14=⨯。
2．1滚动体的尺寸和数目滚动体的直径越大，滚动摩擦系数就越小，摩擦阻力也就越小；滚动体的直径过小，不但摩擦阻力会加大，而且会产生滑动的现象。
因此在不受限制的情况下滚动体的直径越大越好，本次选择滚珠直径8mm ，查文献[3]式5-6有：d G 5.9≥Z其中，Z 为滚珠数目；G 运动部件的重力，单位N ；D 为滚珠直径，单位mm 则：8.585.9164=≥Z ，所以选每一导轨滑块上滚珠的数目为7。
2．2滚动导轨副的强度计算强度的判断条件是判别受力最大的那个滚动体上的载荷是否超过了许用载荷。
一种微型步进电机的驱动设计
一种微型步进电机的驱动设计李志新张晓健本文介绍了一种微型步进电机的工作、驱动原理和硬件、程序设计，可用于各种小型机电设备如微型云台、玩具等的应用。
步进电机是一种控制用的特种电机，具有精度高、可开环控制的特点，可广泛应用于各种低速、高精度定位的智能建筑监控、工业自动化控制系统中。
笔者在设计网络摄像机微型云台时用到了一种微型步进电机，现将该步进电机的工作原理、驱动方法说明如下。
1．步进电机的应用原理步进电机可以将电脉冲转换成特定的旋转运动，当它收到一个脉冲信号后，就会按照设定的方向转动一个固定的角度（即步距角），通过控制脉冲个数就可以控制电机转动的角度，通过控制脉冲频率则可以控制电机的速度和加速度，达到调速的目的。
在不超载的情况下，步进电机的转速、停止的位置只与脉冲信号的频率和脉冲数有关，而与负载变化无关，是一种线性关系，因而可用于精确位置控制。
步进电机具有如下特点：●转动位移与输入脉冲数严格对应，步距误差不会累积，可以组成结构简单且有一定精度的开环控制系统；●可以使用数字信号直接进行开环控制，简单、廉价；●易于起动、停止、正反转及变速，响应性好；●停转时有自锁能力；●可很方便地实现在超低速下高精度稳定运行，通常可以不经过减速器直接驱动负载；●电机速度可在相当宽范围内平滑调节，可以使用一台驱动控制器同时控制几台步进电机完全同步运行。
本设计中使用的是一种型号为HYH-25BYJ-5V的微型步进电机，该电机使用DC5V供电，可以使用单片机进行控制，十分适合于各种小型机电自动控制系统。
该步进电机内部有4相绕组，外引5根控制线，如图1所示，其中导线5接DC5V的“＋”极，导线1、2、3、4按照控制时序接DC5V的“－”极。
①电机的驱动采用四相八拍的方式，如表1所示。
表中“＋”表示接电源正极，“－”表示接电源负极。
如果按照A相导电、A相B相同时导电、B相导电，然后依次是BC、C、CD、D、AD的顺序分别导电，电机就实现了正转（从电机输出轴方向看逆时针旋转），这就是驱动电机的8拍（8种脉冲）。
单轴直线伺服移动机构-2V1的系统设计.doc
单轴直线伺服移动机构-2V1的系统设计数字课程设计(论文)课题单轴直线伺服移动机械系统设计(2组)学院专业机械设计与制造及自动化班一级学生姓名学生数字教师职称时间单词模型文本目录1设计任务1.1设计任务简介及意义1.2设计任务细节1.3设计基本要求2总体方案设计2.1设计基本依据2.2总体规划的确定3.1机械传动系统设计3.1机械传动装置的组成及原理3.2主要部件的结构设计计算4结论5参考文献1。
设计任务1.1设计任务的介绍和意义U课程设计课题单轴直线伺服运动机构系统设计U主要设计内容(1)机械传动结构设计(2)电气控制系统U课程设计意义:1)培养学生综合运用所学的基础理论和专业知识，独立开展机电控制系统(产品)的初步设计工作。
(2)培养学生收集、阅读和综合分析参考资料、使用各种标准和工具书、编写技术文件的能力，提高计算和绘图等基本技能。
(3)培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法，培养工程师的基本素质。
(4)树立正确的设计理念和严肃的工作作风。
1.2设计任务详细信息:机电传动单向数控平台的设计：1.21电机驱动模式:步进电机、DC伺服电机、交流伺服电机；1.22机械传动模式:螺杆、滚珠螺杆、同步带、链传动等。
1.23电气控制模式:单片机控制，可编程控制器控制；1.24功能控制要求:速度控制和位置控制；1.25主要设计参数:单向工作行程——500毫米；移动负载质量——3000牛顿；负载运动阻力——1500牛顿；空载的最快移动速度为每XXXX年300个工作日，使用寿命超过5年，因此=16000小时基本动态负载额定值:因此，计算寿命满足条件6200-N深沟球轴承基本尺寸内圈直径d=10mm毫米外圈直径D=26mm毫米轴承宽度B=8毫米极限速度n=3700r/min静载荷动载荷3.7润滑和密封装置润滑脂从已知条件中选择，密封装置为毡环。
Lu=557mm=600mms=557mm符合要求=666.7r/min符合要求螺杆符合使用要求=600mm=557mmMP Ph=3mmMPaZ=60符合刚度条件合格d1=8mmL=25mm合格4结论本课程设计在反复修订中完成，巩固和深化了课堂理论教学的内容。
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f s .Fa max ≤ C oa 2 × 2008.725 = 4017.45 < C oa = 82.5 × 10 3 ( fs 14. 1 2 [σ ] ⋅ πd 2 ≥ Fa max 4 15. , (<< Cr=11.2KN Cor’=7.08KN , >>) d=25mm B=12mm , : . :7005AC, : 2)
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k2 = 4
λ = 4.730
1 24.7 4 FC = × 4 × × 10 5 = 1.163 × 10 5 N > F `max = F + F = 2008.725 N 3 590 2 . 11. nc ( )
L=(
fh ft fc f a e fw
) •K =
1×1×0.66×1 1.2
3
35.1 •3 .23
× 50 =10675km
Lh =
L•103 2 La •n2 •60
10675×10 =2 ×0.8×4×60 =27799 h ≥ 22000 h
16. (1) : MCS-51 . ,LED ,
π × 7.8 × 10 3 × 0.033 4 × 0.72
32
= 6.5 × 10 −4 kg.m 2
JL = JS + (
Ph 2 0.01 2 ) .m = 6.5 × 10 −4 + ( ) × 25 = 7.13 × 10 −4 2π 2 × 3.14
1 Jm ≤ ≤1 4 Jl
1.78 × 10 −4 ≤ J ,m ≤ 7.13 × 10 −4
4 4 4 5 5 6 6 6 6 8 8 9 9 9 9 12 14 16 17 18 21
---------------------------------------------------------Cu ---------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
.
,
. . , ,
d 0 = 34.7 mm 6
d1 = 32.5mm
d 2 = 24.7mm
Fb
C a = 39.7 KN
Fmax
Fb = 1 1 Fmax = × 2008.725 = 669.575 N 3 3
撑
旋
1 Le=40mm Lu= + Ls = Lu + 2 Le =500+8Ph=580mm
Ls = 580 + 80 = 660mm 2
nmax
Tam = J ⋅
4)
2πnmax 2 × 3.14 × 200 = 10.7 × 10 −4 × = 11.2 × 10 −3 Nm 60t a 60 × 2
Tr(N.m)
2000 × 0.01 + 0.25 = 3.815 Nm 2 × 3.14 × 0.9
Tr = Tam + TF + Tb + TL = 11.2 × 10 −3 + 0.015 + 5) :
9
,
,
:
Fr1 + Fr 2 = 1166.7 N Fr 2 ⋅ 750 = F2 ⋅ 130
: Fr 2 =202.23N e=0.68, : Fd 2 = 0.68 Fr 2 = 137.56 N
Fr1 =964.37N
Fd 1 = 0.68 Fr1 = 655.77 N
2. 3. : 1. 2. 3. ( )2# . , ,I/O , 1 ( 1 1# ,B5 . )8000-10000 .
1
Ph Ph
பைடு நூலகம்
Ph=10mm 2 1 Fmin 25kg f=0.005
Fmin = fG = 25 × 9.8 × 0.005 = 1.225N
必器
环骤身x 密
Fmax = F1 + (F2 + G)f = 2000 + (1500 + 25 × 9.8) × 0.005 = 2008.725N
9 1 TF N.m :
TF 0 =
FPh 1.225 × 0.01 = = 0.0022 N .m 2πη 2 × 3.14 × 0.9
果
TFL = FL Ph 8.725 × 0.01 = = 0.015 N .m 2πη 2 × 3.14 × 0.9
6
环过 Tb =
δm
F0 2 F0/Kmin 1/2~2/3
Kmin
F0
δm =
F0 ≈ (1 / 3 ~ 1 / 4) • KM
= 0.0025~0.0034 ,
mm
( ),
δ m ≤ (1 / 4 ~ 1 / 5) δ m ≤ (1 / 4 ~ 1 / 5)
= 0.004~0.005 mm
δm
2) d2m
,
δ m =0.0025mm.
TM = TF + TL = 0.015 + 3.79 = 3.8 Nm
6) :
7
: 1. 2. 3. . . , , , . .
η =0.96
, ,
,
1.2-2 : TΣ = kTm = (3.815 / 0.96) × 1.5 = 5.96 Nm 90BYG55C, 0.36( o )/setp Tjmax ≥ TΣ Tjmax =6.3Nm ≥ TΣ = 5.96 Nm
Jm=3.57 × 10-4 J = J M + J L = (3.57 + 7.13) × 10 −3 = 10.7 × 10 −3 3 Ta n1 n2 : Tam
Ta = J ⋅
2π (n1 − n2 ) 2 × 3.14(200 − 40) = 10.7 × 10 −4 × = 9.2 × 10 −3 Nm 60t a 60 × 2
2
1.
2.
3.
F1 (N)
F2 (N) m/min m/min
(mm/300m m) (mm ) (h)
(mm ) 200 0 150 0 2 0.4 0.01 0.02 500
(s ) 2 2200 0
(mm ) 16
(1) (2) MCS51
1.
3
X1=0.41 X2=1
Y1=0.87 Y1=0 fp=1.1
10 6 c 3 10 6 14.5 × 10 3 3 Lh = ( ) = ×( ) = 79946h > 22000h 60n p1 60 × 200 1470.9
, .
15.
.
10
, , , , .
,
d 2 m ≥ 10
10 F0 L FL = 0.039 0 πδ m E δm
L— =1.必×拍00增廉必×廉0=撑必0骤骤
mm
d 2 m = 0.039 ×
拍
1.225 × 720 = 23.16mm 0.0025
d 2 ≥ d 2 m , C a ≥ C am
3210 — 5
5
: 1: 2: :
p1 = f p ⋅ ( X 1 ⋅ Fr1 + Y1 ⋅ Fa1 ) = 1.1(0.41× 964.37 + 0.87 × 3030.56) = 1470.9 N p 2 = f p ⋅ ( X 2 ⋅ Fr 2 + Y2 ⋅ Fa 2 ) = 1.1(1 × 202.23 + 0) = 222.53 N : P1>P2, :
1
[1] [2] [3] [4] 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12) Dn 13) 14) 15) 16) 17) [5] [6] [7] [8] 1 HXD55