華中科技大佬一週講完的【電機選型】零基礎教程，從步進電機、伺服電機到直線電機等等，涵蓋了所有電機知識，這還學不會，我退出機械圈！！ P19 - 電機選型：滾珠絲槓傳動方案下的步進電機選型計算

大家好，歡迎來到二點半飛鏢設計課堂電機選型專題篇 我是講師南風 今天我們來學習電機選型專題篇第六節 滾珠絲桿傳動方案下的步進電機選型計算啊 那麼呢，此時南風老師已經做好了一個例題了 也就是說，我們在講解的時候 我不會呢帶着大家去進行一步一步計算 因爲計算結果我已經在課下給大家的進行羅列啊 那我們一起來看一下我們整個的一個計算選擇的流程 以及在計算選擇的時候我們要注意什麼地方啊？ 首先，我們可以假定一個我們的工況 假設呢，這是一個水平運行的我們的絲桿模組 那麼此時的話呢，絲桿模組它運行的距離不是很長，是不是？ 精度要求不是很高 然後的話呢，我們採用了這個步進電機來進行這樣的一個驅動 此時的話呢，我們這樣的一個絲桿模組啊 它的負載參數是這樣子的，我已經給定了 它的運行速度是零點二米每秒 滑動部分質量 也就是說負載的這一部分質量的話呢 是十五千克 也就是說這一坨啊，這一坨是十五千克 當然這一坨的話 我們可以通過怎麼樣來計算呢？ 第一個，我們畫出圖之後 是不是啊？ 我們有這樣的一個評估 評估裡面的話呢 會有這樣的一個質量評估的 是不是啊 所以這個時候的話呢 我們可以進行這樣的一個質量屬性的定義 可以得到它的質量 當然的話呢 我們也可以有經驗的話呢 評估一下大概的重量的話 我們可以進行這個定義 好 那麼第二個的話呢 我們有絲桿的這樣的一個長度 絲桿長度的話呢 是0.5米是吧 絲桿的直徑和導程都是20毫米 然後呢 摩擦係數我們取0.1 然後機械效率取0.9 定位時間假設我在進行移動過程中 比如說我加速勻速再減速 然後在進行這個定位 定位時間我們取2.6秒 然後我們在進行設計用的時候 後面我們就知道 加速時間的話我們取0.2 然後我們在進行其他的 這樣的一個設計用的時候 重力加速度我們取10 不取9.8 然後還有一個分辨率 分辨率就是單根脈衝移動的距離 為0.05毫米 好那麼此時的話大家可以看到 這個已知的數據全部給到位了 那麼此時我們怎麼樣來計算呢 上節課我們有講到 步進電機的選型流程及選型方法 是不是啊 那麼此時大家可以看到我們在計算的時候 只要根據這九步就可以把我們的電機給計算出來 那麼此時我已經羅列出來了我們整個的選型流程 第一個大家可以看到的 確定電機類型是吧 計算步距角 因為我們前面講到精度不高 所以我們直接採用的是步進電機 所以此時對於電機類型的選擇我們就不需要去深究 那麼此時我們就來計算它的這個步距角 我們計算步距角的時候，我們要計算必要分辨率 必要分辨率等於360度，也就是轉一圈 所以要求分辨率足以絲桿導程 所以大家可以看到我們就可以得出 它必要的這樣一個步距角爲0.9度 好，那麼此時大家知道0.9度 的這樣一個步距角的步進電機 我們就可以選一個兩相的步進電機 好，那麼此時我們繼續往後面看 那麼此時我們可以看到的，選擇兩相步進電機 這個已經計算出來了 第二個我們要計算轉速 轉速等於什麼呢 在絲桿模組裏面轉速它等於我們的運行速度除以導程 那麼此時我們可以得出來 我們的這樣一個運行速度是0.2米每秒 然後除以我們的導程20毫米就是0.02米嘛 所以得出的是10轉每秒 好，那麼此時大家注意到了 我們在進行設計應用的時候 這個轉速都是多少轉每分鐘 所以我們要乘以這一個每分鐘是60秒是不是啊 所以我們得出來是600轉每分鐘 那麼這個600轉每分鐘可不可以用 可以用，因爲什麼 因爲一般的步進電機的轉速 其實我們用的理論上可以用到1000轉每分鐘 但是多用的就是600轉每分鐘 這是大部分情況下的，或者是300 600的這個區間都可以 好，那麼第三個我們要來計算摩擦力矩 也叫負載力矩 負載力矩等於這個力 C導程除以二派 乘以我們的效率，是吧 當然二派效率是在這個我們相足的以下的 所以我們得出面積面積等於0.1，摩擦係數是吧 然後m是我們的15千克 g是重力加速度10 好，那麼只是我們乘以我們的這樣一個導程 導程是0.02 好，那麼這0.02除以我們的二派西塔 那我們得出來了負載力矩等於0.053牛米 那麼只是大家要注意到單位裏面可以看到 質量是千克 然後的話我們的導程都是米的 所以這一點的話大家要注意一下 好 那麼第四個我們計算的加速力矩 前面我們有講到的，計算加速力矩之前 必須要計算慣量和角加速度 那麼此時的話，我們就要來計算這樣的一個 絲桿的慣量 絲桿的轉動慣量 絲桿的轉動慣量等於二分之一mr的平方 大家注意，這個r是半徑，是吧？ 所以我們就可以得出來啊， 那麼我們的這樣的一個轉動慣量 等於6.2乘以10的負五次方千克米的平方 然後在同時啊，我們計算出這樣的一個負載的平動慣量 也就是說，這個負載在水平移動過程中 它會有一個慣量的產生 那麼此時這個慣量是怎麼樣來計算的呢？ 那麼此時的慣量它等於m乘 以這樣的一個呢，我們的導程括號裏面的話 除以二π括號的平方 所以此時我們可以得出 15乘以括號裏面0.02除以2π括號的平方 等於15乘以10的負五次方千克米的平方 那麼此時我們把兩者相加就是得出的總慣量 此時的總幹量等於 21.2 等於 10的負5次方千克米的平方 那麼此時的慣量計算出來，我們就要計算角加速度 角加速度前面我們講到，它是用角速度除以加速時間 加速時間是多少？0.2秒是吧？ 好，那麼角速度怎麼計算？ 角速度等於轉速乘以2π 我們要把它換爲弧度制的 所以大家可以看到 2π 乘以轉速 除以我們的t0 2秒 所以此時我們就可以把這樣一個 我們的弧度制的角加速度計算出來 弧度制角加速度計算出來之後 乘以我們的這樣一個慣量 那麼此時的慣量一定是總慣量 我們就可以得出力矩爲 0.0 零六六牛米 這是之前我計算出來的 那麼此時大家看到沒有 我們把負載的力矩計算出來了 加速的力矩計算出來 那麼我們可以計算出總力矩 總力矩就是兩者相加 等於零點一一九牛米 那麼此時大家要注意 我們在設計應用的時候 我們的這樣一個電機轉速在 3000 轉每分鐘以上的應用 安全係數一般取 2.5 到 3.5 這是雷賽步進電機選型樣本里面的推薦的安全係數 那麼只是我們參照它的這個安全係數來取 所以也就是說我們的必須力矩或者說我們的選型力矩 那麼就等於 0.119 乘以 2.5 到 3.5 倍 我們假設取 2.5 倍 那麼此時我們計算出來的這樣一個 力矩大小就等於0.2975牛米 好，那麼此時我們在進行這樣一個選型，我們打開樣本 那麼此時我們假設我們選定的是42G做兩相的步進電機 當我們要選擇0.29以上的這樣 的一個步進電機的時候，是不是啊 好，那麼此時大家可以看到的機身長33毫米的不滿足 44 不是44，47和60以上的均滿足我們的規格 那我們就可以選擇這兩個 就是說這個42CM04-1A或者是42CM04 它們兩者的區別就是說我們在進行選型的時候 它有額定電流的區別 一般來說我們可以優先選擇這一個小電流的 所以我們就可以選擇42CM04 -1A的這樣一個步進電機 那麼此時大家可以看到匹配的驅動器 我們也可以進行同時的選擇出來 好，那麼這就是我們整個的在選型的時候整個的一個流程 這裏我跟大家聊一個就是說絲槓模組電機選型的注意事項 第一個，必要分辨率是指單個脈衝的運行距離 那麼可以由推導出的電機步距角，若無匹配步距角 也可以通過細分控制得出較小的必要分辨率和步距角 所以這是第一個 第二個，普通步進電機轉速使用盡量不大於600轉每分鐘 轉速過大會造成輸出的力矩過小 可以通過增大外部絲桿的導程來降低轉速 或者直接選用伺服電機來避免這樣的一個轉速過大的問題 所以也就是說，我們在計算轉速的時候 基本上可以進行這樣的一個調整 第三個，步進電機負載轉速過小時會產生低頻振動 此時可以採用增加減速機 來增大電機的這樣的一個速度轉速 或者是採用細分控制避開的低頻振動區間 所以這也是一個注意事項 那麼也就是說，我們在絲桿選型的時候 對於電機的計算是吧 它的注意三點好吧 好，那麼以上就是關於今天我們的絲桿 這樣的一個模組傳動方案下 步進電機的選型計算 整個流程的話非常的清晰 大家可以按照我的這樣的一個負載參數 自己根據我的這個流程重新計算一遍 看是不是這個樣子的 基本上這就是非常標準的選型流程 那麼今天關於這一個 絲桿模組裏面的步進電機選型 我們就講到這裏 我是藍波老師 我們下一節課再見