贵州大学本科课程设计论文 机电083
所以Jd?J1?J2?J3=7.52310?5+5.2310?5+4310?4=5.3310?4 N2m
验算惯量匹配，电动机轴向惯量比值应控制在一定的范围内，既不应太大也
不应太小，即伺服系统的动态特性取决于负载特性。为使该系统惯量达到较合理4310-4J3的配合，一般比值控制在1/4——1之间， J =-4 =0.75
d5.3310
由此可见:
1J3??1,符合惯量匹配要求。 4Jd
3、步进电机轴上的等效负载转矩M的计算 ○
a、承受的负载转矩在不同工况下是不同的，考虑最大切削负载时电动机所需
力矩，由【1】中P132式5-25得：M1?Mat?Mf?M0?Mt
其中Mat?Jrn 9.6T其中: Jr为折算到电动机轴上的总惯量Jr=Jd=4.9310?4
T系统时间常数，由任务书知为T=0.3S nt切削时的转速为300r/min
?44.93103300
得： Mat =得： Mat = =0.051 N2m
9.630.3
Mf?F0S?10?3 2π?i其中： F0为导轨摩擦力
F0?(FZ?G)u?(468?800)?0.005?6.3N
S为丝杠螺距S=5mm
i为齿轮降速比，已计算出为1
η为传动链总效率，η=0.7—0.8，取0.8
代入数据 得：Mf?6.27?10?3 N2m M0?FamaxS2(1??0)?10?3 2π?i15
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其中： Famax为最大轴向预紧力，Famax=Fz=498N
?0为滚珠丝杠未预紧时的效率，?0=0.96≥0.9
其余数据同上
代入数据 得：M0?0.038 N2m MSt?Ft2π?i?10?3其中：Ft进给方向的最大切削力Ft?Fx?1352N
其余参数同上。
代入数据得：Mt?1.345 N2m
由此都得到等效负载转矩M1?Mat?Mf?M0?Mt?1.44 N2m
b、快速空载时电动机所需力矩M
由【1】中P132式5-24得：M?Mamax?Mf?M0 加速力矩MJrnmaxamax?9.6T其中：nV1500max?maxP??300r/h5min
其余参数同上
代入数据得：Mamax?0.051 N2m 力矩摩擦Mf?GSu2π?i?10?3其中：u为导轨副的摩擦因数，滚动导轨取 u=0.005
其余参数同上。
代入数据得：Mf?0.004N2m 附加摩擦力矩：MmaxS0?Fa2π?i(1??20)?10?3 其余参数同上
代入数据得：M0?0.038 N2m
所以可知快速空载时电机所需力矩：M2?Mamax?Mf?M0=0.093N2m
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比较M1和M2，取其较大者，就是最大等效负载，即：M=M1=1.44N.M 4、步进电机的初选 ○
考虑到步进电机的驱动电源受电网的影响较大，当输入电压降低时，其输入转矩也会下降，可能会造成丢步，甚至堵转，因此按最大等效负载M考虑一定的安全系数λ，取λ=3，则步进电机的最大静转矩应满足： Tjmax?3M?3?1.44?4.32 N2m
由所选的电机型号参数可知，最大转矩Tjmax?5 N2m，可知满足要求。 5、步进电机性能校核 ○
a 、最快工进速度时电动机时输出转矩校核
任务书给定工作台最快工进速度Vmaxf=400mm/min，脉冲当量??0.01mm/脉冲，
求出电动机对应的运行频率fmaxf?[400/(60?0.01)]?667Hz。从90BYG5502电动机的运行矩频特性曲线图可以看出在此频率下，电动机的输出转矩Tmaxf?4N2m，远远大于最大工作负载转矩Teq2=1.44N2m，满足要求。
b、最快空载移动时电动机输出转矩校核
任务书给定工作台最快空载移动速度vmax=1500mm/min，求出其对应运行频
fmax=[1500/(6030.01)]=2500Hz。由图查得，在此频率下，电动机的输出转矩Tmax=3.5N2m，大于快速空载起动时的负载转矩Teq1=0.093N2m，满足要求。
c、最快空载移动时电动机运行频率校核
与快速空载移动速度vmax=1500mm/min对应的电动机运行频率为fmax?2500Hz。查图3中相应表格，可知90BYG5502电动机的空载运行频率可达20000Hz，可见没有超出上限。
6、起动频率的计算 ○
已知电动机转轴上的总转动惯量Jeq?3.57kg?cm2，电动机转子的转动惯量
Jm?2.4kg?cm2，电动机转轴不带任何负载时的空载起动频率fq?1800Hz。由式可知步
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进电动机克服惯性负载的起动频率为：
fL?fq1?Jeq/Jm?1141.28Hz
说明：要想保证步进电动机起动时不失步，任何时候的起动频率都必须小于
1141.28Hz。实际上，在采用软件升降频时，起动频率选得更低，通常只有100Hz。
综上所述，本次设计中工作台的进给传动系统选用90BYG5502步进电动机，完全满足设计要求。
7、确定选型的步进电机的参数 ○
所选电动机参数如下图所示：
图2
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外形尺寸安装接线图和和矩频特性如图3所示
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