伺服,步进电机与机械传动的选型计算表
步进电机——步进电机选型的计算方法
步进电机——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。
◎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]◎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（T L）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。
伺服电机选型计算xls 表格计算
TMx0.8＞TL
＊ 此值因各系列而异，请加以注 意。
⑦加减速 转矩的计 算
加减速转矩TA
0.5096 0.037
⑧瞬时最 大转矩、 有效转矩 的计算
必要的瞬时最大转矩为T1
有效转矩Trms为
T1=TA+TL T2=TL T3=TL-TA
0.0523 0.0156 -0.0211
0.029
⑨讨论 负载惯量JL 有效转矩Trms
1.528 N.M
3000
r/mi n
条件满足 条件满足
条件满足 条件满足
条件满足
kg.m2 ＞
初步
选择
定
R88M
-
U200
30(J
m=
根据
R88M
-
1.6E-02
U200 30的
额定转矩Tm=源自N.m1.23E-05
0.637
(N.m )
N.m N.m N.m
N.m
≦[电机 的转子惯 量JM
﹤[电机 的额定转 矩
×
[适
1.23E-05
用的 惯量
比
=30]
0.5096 N.M
﹤[电机 的瞬时最 大转矩 ≦[电机 的额定转 数 U系列的 编码器规 格为2048 （脉冲/ 转），经 编码器分 频比设定 至1000 （脉冲/ 转）的情 况下使用 。
10 15 20
3 0.1
1
80 40 0.5 0.2 0.01
③换算到 电机轴负 载惯量的 计算
滚珠丝杠的惯量JB=
负载的惯量JW=
换算到电机轴负载惯量JL=JW
JL=G2x(JW+J2)+J1
④负载转 矩的计算
步进电机——步进电机选型的计算方法
步进电机——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。
◎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：必要脉冲数－启动脉冲数[Hz]×加/减速时间[秒]驱动脉冲速度[Hz]=定位时间[秒]－加/减速时间[秒]◎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。
伺服电机选型计算ls表格计算
1.528 N.M
3000
r/mi n
条件满足 条件满足
条件满足 条件满足
条件满足
换算到电机轴负载转矩TL=Tw
⑤旋转数 的计算
转数N
⑥电机的 初步选定 [选自 OMNUC U 系列的初 步选定举 例]
N=60V/P.G
选定电机的转子·惯量为负载的 1/30*以上的电机
JM≥JL/30
0.015605096 320
6.9017E-06
选定电机的额定转矩×0.8 比换算到电机轴负载转矩 大的电机N.m
TMx0.8＞TL
＊ 此值因各系列而异，请加以注 意。
⑦加减速 转矩的计 算
加减速转矩TA
0.5096 0.037
⑧瞬时最 大转矩、 有效转矩 的计算
必要的瞬时最大转矩为T1
有效转矩Trms为
T1=TA+TL T2=TL T3=TL-TA
0.0523 0.0156 -0.0211
0.029
⑨讨论 负载惯量JL 有效转矩Trms
10 15 20
3 0.1
1
80 40 0.5 0.2 0.01
③换算到 电机轴负 载惯量的 计算
滚珠丝杠的惯量JB=
负载的惯量JW=
换算到电机轴负载惯量JL=JW
JL=G2x(JW+J2)+J1
④负载转 矩的计算
对摩擦力的转矩Tw
0.00015 0.000207051 0.000207051
0.015605096
2.07E-04 kg.m2 0.029 N.m
瞬时最大转矩T1 必要的最大转数N
编码器分辨率R=P.G/AP.S
0.0523 N.m 320 r/min
伺服电机步进电机选型中转动惯量计算折算公式
以下是我们在非标设备设计中对《伺服电机、步进电机在电机功率计算》中需要用到的转动惯量计算方法，具体需要了解计算方法和各种参数的选型计算方法视频教程，请加群进入直播课程和老师进行交流。
详情参见精攻开物教育官网〔jxsb.jgkwedu 〕咨询。
1. 圆柱体转动惯量(齿轮、联轴节、丝杠、轴的转动惯量)82MD J =对于钢材：341032-⨯⨯=gLrD Jπ)(1078.0264s cm kgf L D ⋅⋅⨯-M-圆柱体质量(kg)； D-圆柱体直径(cm)；L-圆柱体长度或厚度(cm)； r-材料比重(gf /cm 3)。
2. 丝杠折算到马达轴上的转动惯量：DML2iJsJ =(kgf ·cm ·s 2) J s –丝杠转动惯量(kgf ·cm ·s 2)；i-降速比，12z z i =3. 工作台折算到丝杠上的转动惯量g w22⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=n v J π gw2s 2⎪⎭⎫ ⎝⎛=π (kgf ·cm ·s 2)v -工作台移动速度(cm/min)；n-丝杠转速(r/min)； w-工作台重量(kgf)；g-重力加速度，g = 980cm/s 2； s-丝杠螺距(cm)2. 丝杠传动时传动系统折算到驱轴上的总转动惯量：())s cm (kgf 2g w 122221⋅⋅⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+++=πs J J i J J S tJ 1-齿轮z 1及其轴的转动惯量； J 2-齿轮z 2的转动惯量(kgf ·cm ·s 2)； J s -丝杠转动惯量(kgf ·cm ·s 2)； s-丝杠螺距，(cm)； w-工件及工作台重量(kfg).5. 齿轮齿条传动时折算到小齿轮轴上的转动惯量2gw R J =(kgf ·cm ·s 2)R-齿轮分度圆半径(cm); w-工件及工作台重量(kgf)6. 齿轮齿条传动时传动系统折算到马达轴上的总转动惯量⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=2221g w 1R J i J J tJ 1，J 2-分别为Ⅰ轴，Ⅱ轴上齿轮的转动惯量(kgf ·cm·s 2)；R-齿轮z 分度圆半径(cm)；w-工件及工作台重量(kgf)。
伺服电机选型计算数据表
速度 (mm/s)
300
0 0.2
300
0 1
300 360 1.4 0.2 0.01
0.2 时间(s)
③换算到 电机轴负 载惯量的 计算
滚珠丝杠的惯量JB=
1.50E-04 kg.m2
负载的惯量JW=
1.63E-04 kg.m2
换算到电机轴负载惯量JL=JW
JL=G2x(JW+J2)+J1
1.63E-04 kg.m2
#REF!
N.m
0.1726 N.m
1800 r/min 1000 (脉冲/转)
﹤[电 机的额 定转矩 ﹤[电 机的瞬 时最大 转矩 ≦[电 机的额 定转数 U系列 的编码
初步 选择 定 R88M U200 30(J m=
1.23E-05
根据
R88M
-
7.8E-03
U200 30的
额定
转矩
Tm=
①机械系
统的决定
负载质量M（kg）
5
·滚珠丝杠节距P（mm）
10
·滚珠丝杠直径D（mm）
20
·滚珠丝杠质量MB（kg）
3
·滚珠丝杠摩擦系数μ
0.1
·因无减速器，所以G=1、η=1
1
②动作模 式的决定
单一变化 ·负载移动速度V（mm/s） ·行程L（mm） ·行程时间tS（s） ·加减速时间tA（s） ·定位精度AP（mm）
0.5096 ＞ 7.8E-03
0.165 N.m
0.1726 N.m 0.0078 N.m -0.1570 N.m #REF! N.m
⑨讨论 负载惯量JL
有效转矩Trms 瞬时最大转矩T1 必要的最大转数N 编码器分辨率R=P.G/AP.S
步进伺服电机选型计算V1.1(实用版)
圆周率PI 3.141593 F＝ 轴方向负载（N) F0＝ 预负载（N)(≈1/3 F)
μ0＝ 预压螺帽的内部摩擦系数（0.1-0.3) 机械效率 （0.85-
η＝ 0.95) 减速比 （机构的
i＝ 减滚速珠比螺）杆 PB＝ 螺距
FA＝ 外主力轴(开N)始 FB＝ 运(F动B=弹时簧的
滚珠螺杠驱动下负载转矩
TL ( FPB F 0PB ) 1[Nm] 2 2 i
F FA mg(sin a cos a)[N]
滑轮驱动下负载转矩
TL FA mg D
2
i
FA mg)D[Nm] 2i
金属线、皮 带 齿轮、 齿条驱动下 负载转矩
TL F D FD[Nm] 2 i 2i
秤值
m＝ 工作物与工作台的总质量（kg） 滑动面的 摩擦系数
μ＝ (0.05） 倾斜角度
a＝ （°） 终段滑轮 直径
D＝ （m）
—— 重计力算加不速同驱动机构的摩擦转矩 g＝ 度
密度 ρ＝ （7.k9gx/1m03)k
铁 g2/.m83x103k 铝 g8/.m53x103k 黄铜 g/m3 尼龙 1.1x103k
F FA mg(sin a cos a)[பைடு நூலகம் ]
实际测试计 算方法
D TL FB [Nm]
2
计算不同驱动机构的摩擦转矩
电机选型计算公式表-雷赛
a cos a)
安全系数
S=
1.5
电机惯量
JM=
0.0011 kgm2
减速机减速比
i＝
4
机械结构 参数：
速度： 滑动部分质 量 丝杠长度
丝杠直径 丝杠导程 连轴器质量 连轴器直径 摩擦系数 移动距离 机械效率 定位时间 加减速时间 比 外力 移动方向与 水平轴夹角
1)速度曲 线
加速时间
2)电机转 速
3)负荷转 矩计算
丝杠水平 运动选型 计算表格
Vl=
120 m/min
M=
70 kg
LB=
0.8 m
DB=
0.032 m
PB=
0.04 m
MC
2 kg
DC
0.05 m
μ=
0.1
L=
0.5 m
η=
0.9
t=
0.5 s
A=
25%
FA=
0N
a=
0°
t0= t*A
= 0.125
s
NM = Vl /PB
= 3000rຫໍສະໝຸດ m轴向负载F = FFAA+ mg(sin a cos a)
= 68.6
N
FPB 2
= 0.000650606 kgm2
JC=
1 8
mDC 2
= 0.000625
kgm2
JL= JL+JB+JC
= 0.004112586 kgm2
2 Nm(Jm Jl)
TS=
60t1
= 13.10068721 Nm
TM= (TL+TS)*S
= 20.37889772 Nm
根据计算， 初步确定电 机型号，然 后输入转子 惯量，确认 TM
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常识
一.电机温升
电机温度是指电机各部分实际发热温度,它对电机的绝缘材影响很大,温度过高会使绝缘老化缩短电动为使绝缘不致老化和破坏,对电机绕组等各部分温度作了一定的限制,这个温度限制就是电机的允许温还与外界条件有关,温升就是电动机温度比周围环境温度高出的数值.
θ＝T2-T1
θ-------温升
T1-------实际冷却状态下的绕组温度(即环境温度);
T2-------发热状态下绕组温度
二.电机功率
1. 根据电源电压、使用条件、拖动对象选择电机.要求电源电压与电机额定电压相符.
2. 根据安装地点和工作环境选择不同型式的电机.
3. 根据容量、效率、功率因数、转数选择电机.如果容量选择过小,就会发生长期过载现象,影响电动
如果容量选择过大,电机的输出机械功率不能充分利用,功率因数也不高.因为电机的功率因数和效
式中:
P-----电机的功率(KW);
P1----生产机械功率(KW);
η1----生产机械本身效率;
η2 ----电机效率.
上式计算出的功率不一定与产品规格相同,所以选择电机的额定功率(P1)应等于或稍大
常识
一.电机温升
电机温度是指电机各部分实际发热温度,它对电机的绝缘材影响很大,温度过高会使绝缘老
为使绝缘不致老化和破坏,对电机绕组等各部分温度作了一定的限制,这个温度限制就是电
还与外界条件有关,温升就是电动机温度比周围环境温度高出的数值.
θ＝T2-T1
θ-------温升
T1-------实际冷却状态下的绕组温度(即环境温度);
T2-------发热状态下绕组温度
二.电机功率
1. 根据电源电压、使用条件、拖动对象选择电机.要求电源电压与电机额定电压相符.
2. 根据安装地点和工作环境选择不同型式的电机.
3. 根据容量、效率、功率因数、转数选择电机.如果容量选择过小,就会发生长期过载现象
如果容量选择过大,电机的输出机械功率不能充分利用,功率因数也不高.因为电机的功
式中:
P-----电机的功率(KW);
P1----生产机械功率(KW);
η1----生产机械本身效率;
η2 ----电机效率.
上式计算出的功率不一定与产品规格相同,所以选择电机的额定功率(P1)应等于或
会使绝缘老化缩短电动机寿命,甚至导致绝缘破坏.
个温度限制就是电机的允许温度.电机的各部温度的高低
额定电压相符.
会发生长期过载现象,影响电动机寿命甚至烧毁.
不高.因为电机的功率因数和效率是随着负载变化的.
)应等于或稍大于计算所得的功率
响很大,温度过高会使绝缘老化缩短电动机寿命,甚至导致绝缘破坏.的限制,这个温度限制就是电机的允许温度.电机的各部温度的高低
机额定电压相符.
择过小,就会发生长期过载现象,影响电动机寿命甚至烧毁.
率因数也不高.因为电机的功率因数和效率是随着负载变化的.率(P1)应等于或稍大于计算所得的功率。