步进电机在插件机中负责机构运动,运动量的大小,速度快慢,运动精度都由插件机步进电机决定,下面我们来讲插件机步进电机选型过程。
步进电机是将脉冲信号转化为角位移或线位移的电机,步进电机在一个脉冲作用下,转过一个相应的步距角。只要控制一定的脉冲数,即可精确控制步进电机的转过相应角度,步进电机原理如下图所示。
步进电机按工作原理主要有磁电式、反应式和混合式三种。
按定子上绕组来分,共有二相、三相和五相等系列。同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变精度和效果。使用细分驱动器,则相数将变得没有意义,用户只需在驱动器上改变细分数,就能改变步距角。
步进电机启动力矩
根据能量守恒原理可知,电机做的功与载荷力做的功相等。设步进电机的等效负载力矩为T,载荷为P:
- Tϕη=Ps (4-7)
式中ϕ为电机转角,η为机械传动的效率,S为载荷移动位移。若取电机转角ϕ =θb,则S=δp ,且 P=Ps+μ(G+Pz )。所以:
- T =36δp [Ps+μ(G+Pz ) ] / 2π η θb (4-8)
式中:Ps 为载荷负载(N),G 为载荷质量(N),Pz 为与重力方向一致的作用在载荷上的负载力(N),μ为导轨摩擦系数,θb为步距角(rad),T 为电机轴负载力矩(N.cm)。
取μ=0.03(淬火钢滚珠导轨的摩擦系数),η=0.8,Ps =1300N。考虑到重力影响,Y向电机负载较大,因此G=1800N,所以有:
- T=36×0.02[1300+0.03(2000+1800)] /2×3.14×0.8×1.5 ≈135N.cm
考虑到启动时运动部件惯性的影响,则启动转矩:
- Tq= T /0.3~0.5
取系数为 0.3,则:
- Tq = 135/0.4 =337.5n.cm
步进电机的最高工作频率:
- ƒmax = v max / 60δp = 1000/60×0.01 =1667
为使电机不产生失步空载启动频率要大于最高运行频率ƒmax,同时电机最
大静转矩要足够大,查(微特电机应用手册)选择两个 90BF001 型三相反应式步进
电机。电机有关参数如下:
型号 | 相数拍数 | 步距角(º ) | 保持转矩/N*M | 空载启动频率/S | 空载运行频率/S | 总长/mm | 外径/mm | 轴径/mm |
90BF001 | 三相六拍 | 1.5 | 3.9 | 2000 | 800 | 145 | 90 | 9 |
步进电机可由细分驱动器对步距角进行细分,提高其分辨率,实现微量进给和迅速移动的协调。
以上内容是插件机步进电机选型设计过程及思路,下一节我们来谈工作台步进电机的选择。