步进电机的选择的计算公式及计算方法.pdf

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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、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。

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

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速移动的需要。

选择步进电机需要开展以下计算：

（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M

M=Ma+Mf+Mt（1-3）

Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2（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)

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n电机所需到达的转速（r/min）

T电机升速时间（s）

Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2（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)×10ˉ2（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。数控系统控制电机的启动频

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f