步进电机选型计算V1[1].1
步进电机选型计算方法
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——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。
步进电机选型计算公式
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。
步进电机的选用及电机型号、参数、尺寸标准
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。
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。
论文天地欢迎您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× 1.02×10ˉ 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)×10ˉ 2 （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)×10ˉ 2 （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。
步进电机选型计算V1.1
机械结构参数：皮带与工作物总质量m L =0kg *滑动面摩擦系数μ=0.3*滚筒直径D=0.157m*滚筒质量m 2=1kg *传送带和滚筒的机械效率η=0.9*减速机机械效率ηG =0.7减速比i=1*每次定位时间t=0.2s *每次运动距离L=0.09m *加减速时间比A=50%*外力F A =0N *移动方向与水平轴夹角a =0°1)速度曲线加速时间t 0=t*A=0.1s2)电机转速减速机输出轴角加速度 β=114.65rad/s 2减速机输出轴转速N=109.4821rpm 电机输出轴角加速度βM =i*β=114.6497rad/s 2电机输出轴转速N M =N*i=109.4821rpm3)计算负载转矩减速机轴向负载F==0N 减速机轴负载转矩T L =0Nm电机轴负载转矩T LM =皮带轮间歇运动选型计算表格(sin cos )A F mg a a ++μ2F DηLGT i η=0Nm 4)计算电机轴加速转矩（克服惯量）皮带和工作物的惯量J M1=0kgm 滚筒的惯量J M2==0.003081kgm2J M1+2J M2=0.006162kgm2全负载惯量J==0.006432kgm2电机轴加速转矩T SNm5）必须转矩必须转矩T M=(T LM+T S)*S= 2.107015Nm6)负荷与电机惯量比惯量比=22.82315折算到减速机轴的负载惯量 J L=22()2()2LLDDππ2218m DMJβg=9.8m/s pi=3.1416算表格电机惯量J M=0.00027kgm2安全系数S=2。
步进电机选型的三种方法
电机选型—丝杆步进电机选型、电机插件使用方法目的：熟悉丝杆电机使用模型，掌握3种计算方式，并对其中原理进行分析，掌握电机基本参数和公式并且利用电机选型软件验证课程内容：已知:总负载m=20kg，速度V=0.1m/s，1610导程P=10mm，导轨摩擦系数为μ=0.11、扭矩匹配的三种方法方法一：J（惯量）=M（P/2π）^2=20kg*0.00000254=0.0000507kgm^2=0.507丝杆惯量J=1/8MD²=0.256总惯量=旋转惯量+直动惯量=0.507+0.256=0.8加速时间0.2sω=2πN/60=6.28*600/60=62.8rad/s角加速度β=ω/t=62.8rad/s/0.2s=314rad/s^2T加速=j*β=0.00008kgm^2*314rad/s^2=0.025NMf=μmg=0.1*20kg*10N/kg=20NT（匀速）=F*Pb/2π=20N*0.01M/2/3.14=0.032NMT（总）=T（匀速）+T（加速）=0.032NM+0.025NM=0.06NM 方法二：方法三：f=μmg=0.1*20kg*10N/kg=20NT（匀速）=F*Pb/2π=20N*0.01M/2/3.14=0.032NM T加速=5*T=0.16NM2、转速匹配转速N=V*60*1000/Pb=0.1m/s*60*1000/10mm=600r/min200-600rpm3、电机惯量匹配电机惯量J=0.00008kgm^2/20=0.000004kgm^2=0.04*10^-4课后作业：已知:总负载m=100kg，速度V=0.2m/s，导程Pb=？，计算所需步进电机参数。
步进电机选型
４）驱动力矩 Ｔ ＝Ｔａ＋ＴＬ＝ （ＪＭ＋ＪＬ）（π／１８０）θＳ［（ｆ０－ｆ１）／ｔ］×１０－２ ＋ ＴＬ
Ｔ（Ｎｍ）
运转曲线
Ｔ －－驱动力矩
Ｔａ－－加速力矩
Ｔ Ｂ
ＪＭ－－电机转子惯量
启动曲线
ＪＬ－－负载惯量
ＴＬ Ａ
ｆ１ ｆ０
注意： 选型时还要看 １／启动点 Ａ 是否在启动矩频曲线以下，２／工作点 Ｂ 是否在运转矩频
曲线以下． 如果能同时满足以上两点，该电机可用．
2 相步进电机激磁顺序表
整步驱动方式
2 相激磁
1
A
激磁相
B
A
B
激磁相数
2
半步驱动方式
1-2 相激磁
A
激磁相
B
A
B
激磁相数
12 21
激磁顺序
2
3
2 34
2 激磁顺序 56
21 21
4 2 78 21
5 2 9 10 21
5 相步进电机驱动激磁顺序表
整步驱动方式
激磁顺序
5 相激磁
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
A
B
C
激磁相
DE激磁相数5555 55 5555
Ｌ（ｃｍ）
D1(cm)
电机
m－－－质量(kg)
D2(cm)
Ｗ－－－重量（Ｎ）
ρ－－－滚轮材料比重(kg/cm3)
钢铁ρ＝７．８６×１０－３（ｋｇ／ｃｍ３）
铝合金ρ＝２．６９×１０－３（ｋｇ／ｃｍ３）
m, W
（转换： １ｋｇｆ＝９．８Ｎ）
２）水平移动物体时：
负载惯量: JL(kg.cm2)= J1+ (Z1/Z2)2 {J2+J3+m (P/2π)2} 负载力矩 : TL (N.m)= (Z1/Z2) {[μ(W+f) P]/(2πη）｝×10-2
步进电机选择的详细计算过程
步进电机选择的详细计算过程1，如何正确选择伺服电机和步进电机？主要视具体应用情况而定，简单地说要确定：负载的性质（如水平还是垂直负载等），转矩、惯量、转速、精度、加减速等要求，上位控制要求（如对端口界面和通讯方面的要求），主要控制方式是位置、转矩还是速度方式。
供电电源是直流还是交流电源，或电池供电，电压范围。
据此以确定电机和配用驱动器或控制器的型号。
2，选择步进电机还是伺服电机系统？其实，选择什么样的电机应根据具体应用情况而定，各有其特点。
请见下表，自然明白。
步进电机系统伺服电机系统力矩范围中小力矩（一般在20Nm以下）小中大，全范围速度范围低（一般在2000RPM以下，大力矩电机小于1000RPM）高（可达5000RPM）,直流伺服电机更可达1~2万转/分控制方式主要是位置控制多样化智能化的控制方式，位置/转速/转矩方式平滑性低速时有振动（但用细分型驱动器则可明显改善）好，运行平滑精度一般较低，细分型驱动时较高高（具体要看反馈装置的分辨率）矩频特性高速时，力矩下降快力矩特性好，特性较硬过载特性过载时会失步可3~10倍过载（短时）反馈方式大多数为开环控制，也可接编码器，防止失步闭环方式，编码器反馈编码器类型 - 光电型旋转编码器（增量型/绝对值型），旋转变压器型响应速度一般快耐振动好一般（旋转变压器型可耐振动）温升运行温度高一般维护性基本可以免维护较好价格低高3，如何配用步进电机驱动器？根据电机的电流，配用大于或等于此电流的驱动器。
如果需要低振动或高精度时，可配用细分型驱动器。
对于大转矩电机，尽可能用高电压型驱动器，以获得良好的高速性能。
4，2相和5相步进电机有何区别，如何选择？2相电机成本低，但在低速时的震动较大，高速时的力矩下降快。
5相电机则振动较小，高速性能好，比2相电机的速度高30~50%，可在部分场合取代伺服电机。
5，何时选用直流伺服系统，它和交流伺服有何区别？直流伺服电机分为有刷和无刷电机。
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分度盘
机构选
型计算
表格
机械结构
参数：分度盘直径
D T =0.12m 分度盘厚
度
L T =0.4m *工作物直
径
D W =0m *工作物厚
度
L W =0m *工作台材
质密度ρ=2800kg/m 3*工作物数
量n=0个*l =0m 定位角度
θ=720°*定位时间
t=1s *加减速时
间比
A=10%减速机减
速比
i=1减速机效
率
ηG =0.951）决定
加减速时
间
加减速时
间仍然以
定位时间
的25%
加减速时
间t 0=t*A
=0.1s
由分度盘中心至工作物中心的距离
2)电机转
速
减速机输
出轴角加
速度
βG ==139.6266667rad/s 2减速机输
出轴最大
转速
N==133.3333333rpm 电机轴角
加速度
βm=
βG *i =139.6266667rad/s 2电机输出
轴转速
N M =N*i =133.3333333rpm 3)计算负
载转矩
T L =0Nm 4)计算电
机轴加速
转矩（克
服惯量）
工作台的
惯量
J T ==0.022800476kgm 2工作物的
惯量
J W1==0kgm 2
（工作物同时绕工作物中
心轴旋转,如果工作物没有自转，可以不考虑这部分
惯量）因为摩擦负载及小，
故忽略
432W W L D πρ432T T L D πρ24w w L D π
ρ0(0)360t t t θπ⨯2-G 0β2t π⨯⨯60
工作物质
量
m w ==0kg 工作物的
惯量
J W =(按工作
物体中心
自转）
=0kgm 2全负载惯
量
J L =J T +J W =0.022800476kgm 25）加速
转矩
=0.022800476kgm 2T s
6)必须转
矩
必须转矩
T=（T S +T L ）*S = 4.046023854Nm 6)负荷与
电机惯量
比
惯量比=162.860544
电机轴加速转矩
负载折算到电机轴上
的惯量：
J LM =J L /i 2
其他常数
G=9.8m/s
pi= 3.1416
电机惯量J M=0.00014kgm2安全系数S= 1.2*。