步进电机详细讲解
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Vj —— 第j个移动部件的移动速度 m/min Mj —— 第j个移动部件的质量 kg
b
9
2)步进电机选择步骤 ② 计算惯量
i. 图示的一级齿轮减速系统
nz1 nz2
nm nz2
V=nz2 . t
式中 V——工作台移动速度 m/min
t——丝杆导程 m
b
10
2)步进电机选择步骤
② 计算惯量
Jleq J Jz1 z1 Jz i12 2(n n Jz m z22)2 i1J 2s(Jn n sz m 2 )2 4M M w2tiw 22(2 V w n m )2
b
13
3．某数控机床的进给伺服系统中，已知齿轮分度圆直径 d1=64mm，d2=80mm，齿轮宽度B=20mm，丝杠直径 d3=40mm，长度l=1500mm，工作台质量m=150kg。在某一时 刻，齿轮转速n1=500r/min，n2=400r/min，工作台移动速度 v=2m/min，试求此系统转换到电动机轴上的等效转动惯量。
b
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4.步进电机的选择
1)步进电机选择原则： ① 步矩角与机械系统相匹配，以得到系统所需的
= t/360 i
② 保证电机输出转矩，大于负载所需转矩
③ 能与机械系统的负载惯量相匹配
为使电机具有良好的起动性能及较快的响应速度
推荐 Jleq/Jm<=4 式中 Jleq为系统等效负载转动惯量
伺服系统总惯量JG为 JG=Jm+Jleq
式中：Jm ——步进电机转子转动惯量 Jleq —— 换算到电机轴上的等效负载转动惯量
J l e q = ∑ i m - 1 J i ( n n i m ) 2+ ∑ j n - 1 M j ( 2 π V j n m ) 2 k g m 2
b
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b
14
360
. . 三拍通电激磁，步距角α=
= 3o
3 40 1
六拍通电激磁，步距角α =
. . 3
360 40
= 1.5o
2
b
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3.工作原理
定子绕组通断电顺序
→ 转子转向
定子绕组通断电转换频率 → 转子转速
定子绕组通断电次数
→ 转子转角
❖ 通断电方式
三相单三拍 三相双三拍 三相六拍
A →B →C →A （K=1） AB →BC →CA →AB （K=1） A →AB →B →BC →C →CA →A （K=2）
开环伺服系统
一、组成 伺服驱动单元、执行元件、传动机构
工作台
CNC 驱动放大 步进电机
步进电动机
b
1
二、步进电机
将电脉冲转变成机械角位移的装置
大小 输入脉冲个数 电脉冲机械角位移 速度 输入脉冲频率
方向：绕组通电顺序
b
2
wk.baidu.com
3.工作原理
360 一般 α= m z k
m——绕组相数； Z——转子齿数，单拍k=1,双拍k=2。
Jz1
1 [Jz2 i2
Js
M wt 2
4 2
]
式中 Jz1 —— 齿轮1的转动惯量 kg . m2
Jz2 —— 齿轮2的转动惯量 kg . m2
Js —— 丝杆2的转动惯量 kg . m2
Mw —— 工作台的b质量 kg
11
例题
1. 已知脉冲当量0.005mm，步进电机步距角为0.75°，滚珠丝 杠基本导程为4mm，求减速器的传动比 .
① 初定步进电机步距角，计算减速比，确定齿轮副 初选步进电机型号，根据其工作方式，初定步距角
i=Z1/Z2= t / 360 θ: 步进电机步距角, (o)/脉冲 t : 滚珠丝杆导程，mm δ: 脉冲当量，mm/脉冲
b
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2)步进电机选择步骤
② 计算惯量 设传动系统如右图所示：
Jm 为电机转动惯量
④ 电机运行速度和最高工作频率能满足工作台切削加工
和快移要求。 b
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2)步进电机选择步骤 ④ 计算步进电机运行频率
步进电机运行频率 f ( Hz)
f= V / (60) 式中 , V ——工作台进给速度 mm/min
b
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2)步进电机选择步骤
2)步进电机选择步骤 ② 计算惯量
J l e q = ∑ i m - 1 J i ( n n i m ) 2+ ∑ j n - 1 M j ( 2 π V j n m ) 2 k g m 2
nm —— 步进电机速度 r/min
ni —— 第i个转动部件的转速r/min
Ji —— 第i个转动部件的转动惯量 kg . m2
解：脉冲当量
δ 丝 杠 导 程步 距 角 θ传 动 比 i = 360o
δ 3 6 0 o 0 .0 0 53 6 0
3
i=
=
= 0 .6=
导 程 θ 40 .7 5
5
所以，减速器传动比为 3:5。 b
12 返回
2、如图示，一台五相十拍运行的步进电动机，通过一对减 速齿轮，滚珠丝杠副带动工作台移动。齿轮1的齿数选定为 Z1=27，步进电动机转子转子齿数Zr=48，并设定步进电动 机每走一步，工作台移动5μm。当丝杠导程t=4mm，时， 试求齿轮2的齿数Z2。
b
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2)步进电机选择步骤 ② 计算惯量
i. 图示的一级齿轮减速系统
nz1 nz2
nm nz2
V=nz2 . t
式中 V——工作台移动速度 m/min
t——丝杆导程 m
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2)步进电机选择步骤
② 计算惯量
Jleq J Jz1 z1 Jz i12 2(n n Jz m z22)2 i1J 2s(Jn n sz m 2 )2 4M M w2tiw 22(2 V w n m )2
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3．某数控机床的进给伺服系统中，已知齿轮分度圆直径 d1=64mm，d2=80mm，齿轮宽度B=20mm，丝杠直径 d3=40mm，长度l=1500mm，工作台质量m=150kg。在某一时 刻，齿轮转速n1=500r/min，n2=400r/min，工作台移动速度 v=2m/min，试求此系统转换到电动机轴上的等效转动惯量。
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4.步进电机的选择
1)步进电机选择原则： ① 步矩角与机械系统相匹配，以得到系统所需的
= t/360 i
② 保证电机输出转矩，大于负载所需转矩
③ 能与机械系统的负载惯量相匹配
为使电机具有良好的起动性能及较快的响应速度
推荐 Jleq/Jm<=4 式中 Jleq为系统等效负载转动惯量
伺服系统总惯量JG为 JG=Jm+Jleq
式中：Jm ——步进电机转子转动惯量 Jleq —— 换算到电机轴上的等效负载转动惯量
J l e q = ∑ i m - 1 J i ( n n i m ) 2+ ∑ j n - 1 M j ( 2 π V j n m ) 2 k g m 2
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. . 三拍通电激磁，步距角α=
= 3o
3 40 1
六拍通电激磁，步距角α =
. . 3
360 40
= 1.5o
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3.工作原理
定子绕组通断电顺序
→ 转子转向
定子绕组通断电转换频率 → 转子转速
定子绕组通断电次数
→ 转子转角
❖ 通断电方式
三相单三拍 三相双三拍 三相六拍
A →B →C →A （K=1） AB →BC →CA →AB （K=1） A →AB →B →BC →C →CA →A （K=2）
开环伺服系统
一、组成 伺服驱动单元、执行元件、传动机构
工作台
CNC 驱动放大 步进电机
步进电动机
b
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二、步进电机
将电脉冲转变成机械角位移的装置
大小 输入脉冲个数 电脉冲机械角位移 速度 输入脉冲频率
方向：绕组通电顺序
b
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3.工作原理
360 一般 α= m z k
m——绕组相数； Z——转子齿数，单拍k=1,双拍k=2。
Jz1
1 [Jz2 i2
Js
M wt 2
4 2
]
式中 Jz1 —— 齿轮1的转动惯量 kg . m2
Jz2 —— 齿轮2的转动惯量 kg . m2
Js —— 丝杆2的转动惯量 kg . m2
Mw —— 工作台的b质量 kg
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例题
1. 已知脉冲当量0.005mm，步进电机步距角为0.75°，滚珠丝 杠基本导程为4mm，求减速器的传动比 .
① 初定步进电机步距角，计算减速比，确定齿轮副 初选步进电机型号，根据其工作方式，初定步距角
i=Z1/Z2= t / 360 θ: 步进电机步距角, (o)/脉冲 t : 滚珠丝杆导程，mm δ: 脉冲当量，mm/脉冲
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2)步进电机选择步骤
② 计算惯量 设传动系统如右图所示：
Jm 为电机转动惯量
④ 电机运行速度和最高工作频率能满足工作台切削加工
和快移要求。 b
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2)步进电机选择步骤 ④ 计算步进电机运行频率
步进电机运行频率 f ( Hz)
f= V / (60) 式中 , V ——工作台进给速度 mm/min
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2)步进电机选择步骤
2)步进电机选择步骤 ② 计算惯量
J l e q = ∑ i m - 1 J i ( n n i m ) 2+ ∑ j n - 1 M j ( 2 π V j n m ) 2 k g m 2
nm —— 步进电机速度 r/min
ni —— 第i个转动部件的转速r/min
Ji —— 第i个转动部件的转动惯量 kg . m2
解：脉冲当量
δ 丝 杠 导 程步 距 角 θ传 动 比 i = 360o
δ 3 6 0 o 0 .0 0 53 6 0
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i=
=
= 0 .6=
导 程 θ 40 .7 5
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所以，减速器传动比为 3:5。 b
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2、如图示，一台五相十拍运行的步进电动机，通过一对减 速齿轮，滚珠丝杠副带动工作台移动。齿轮1的齿数选定为 Z1=27，步进电动机转子转子齿数Zr=48，并设定步进电动 机每走一步，工作台移动5μm。当丝杠导程t=4mm，时， 试求齿轮2的齿数Z2。