步进电机选择的计算方法

步进电机是机电一体化产品中的关键部件之一，通常用于定位控制和恒速控制。步进电机具有惯性小、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，如:数控机床、包装机械、电脑外设、复印机、传真机等。
在选择步进电机时，首先要确保步进电机的输出功率大于负载所需的功率。选择功率步进电机时，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，并有一定的裕度保证其可靠运行。在实际工作过程中，各种频率下的负载转矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般来说，静转矩Mjmax大的电机负载转矩大。
选择步进电机时，步距角要与机械系统相匹配，这样才能得到机床所要求的脉冲当量。在机械传动过程中，为了使脉冲当量更小，一是可以改变丝杠的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但是细分只能改变分辨率，不能改变精度。精度由电机的固有特性决定。
在选择功率步进电机时，应估算机械负载的负载惯量和机床所需的启动频率，使之有一定的裕度来匹配步进电机的惯性频率特性，使其最高速度和连续工作频率满足机床快速运动的需要。
选择步进电机需要进行以下计算:
(1)计算齿轮减速比。
根据所需的脉冲当量，齿轮减速比I计算如下:
I = (φ。S)/(360。δ) (1-1)，其中φ为步进电机的步距角(o/脉冲)
S -螺距(毫米)
δ-(毫米/脉冲)
(2)计算工作台、丝杠和齿轮折算到电机轴上的惯量Jt。
JT = J1+(1/I2)[(J2+Js)+W/g(S/2π)2](1-2)
式中Jt -换算成电机轴的惯性(Kg.cm.s2)
J1，J2——齿轮的惯性(Kg.cm.s2)
Js -螺杆惯性(Kg.cm.s2) W -工作台重量(n)
S -螺距(厘米)
(3)计算电机输出的总扭矩M。
M=Ma+Mf+Mt (1-3)
Ma=(Jm+Jt)。n/T×1.02×10ˉ2 (1-4)
式中Ma -电机起动加速扭矩(N.m)
Jm，Jt -电机本身的惯量和负载惯量(Kg.cm.s2)
N -所需的电机速度(转/分)
T -电机加速时间(秒)
MF =(u . w . s)/(2πI)×10ˉ2(1-5)
MF——导轨的摩擦力转化为电机的扭矩(N.m)
U -摩擦系数
η-转移效率
Mt=(点s)/(2πρI)×10ˉ2(1-6)
mt——转化为电机扭矩的切削力(N.m)
Pt -最大切削力(n)
(4)负荷启动频率的估算。数控系统控制的电机启动频率与负载转矩和惯量有很大关系，其估算公式为
FQ = fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml)÷(1+Jt/Jm)]1/2(1-7)
式中FQ——有载起动频率(Hz)
Q0-空载起动频率
ml——由起动频率下的转矩-频率特性决定的电机输出转矩(N.m)
如果负荷参数不能准确确定，可按fq=1/2fq0估算。
(5)计算最高运行频率和加速时间。由于电机的输出转矩随着频率的增加而减小，具有矩频特性的输出转矩应能在最高频率下驱动负载，并有足够的余量。
(6)负载力矩和最大静态力矩Mmax。负载扭矩可根据公式(1-5)和公式(1-6)计算。当电机处于最大进给速度时，由转矩-频率特性确定的电机输出转矩应大于Mf和Mt之和，并留有余量。一般来说，Mf和Mt之和应该小于(0.2 ~0.4)Mmax。