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步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 一． 步進(jìn)電機(jī)介紹 1. 什么是步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)將輸入的脈沖電信號(hào)變換為階躍的角位移或直線位移。給一個(gè)脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)前進(jìn)一步，因此稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)由一系列電脈沖控制，脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的電脈沖信號(hào)，通過(guò)環(huán)形分配器按一定的順序加到電動(dòng)機(jī)的各相繞組上。為了使電動(dòng)機(jī)能夠輸出足夠的功率，經(jīng)過(guò)環(huán)形分配器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)還需要進(jìn)行功率放大。 2. 步進(jìn)電機(jī)特點(diǎn) 電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。 因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）控制特性好； （2）誤差不長(zhǎng)期積累； （3）步距值不受各種干擾因素的影響。 3. 步進(jìn)電機(jī)主要特性 ① 步距角α 指每給一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子應(yīng)轉(zhuǎn)過(guò)角度的理論值，它是步進(jìn)電機(jī)的重要指標(biāo)。它取決于電機(jī)結(jié)構(gòu)和控制方式。步距角可按下式計(jì)算： α=360/mzk 式中，m為定子相數(shù)； z為轉(zhuǎn)子齒數(shù)； k為通電系數(shù)，若連續(xù)兩次通電相數(shù)相同為1，若不同則為2。 ② 矩角特性、最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩Mjmax和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mq 如果在電機(jī)軸上施加一個(gè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩M，轉(zhuǎn)子會(huì)在載荷方向上轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度θ，轉(zhuǎn)子因而受到一個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩Mj的作用與負(fù)載平衡，該電磁轉(zhuǎn)矩Mj稱為靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，該角度θ稱為失調(diào)角。步進(jìn)電機(jī) 單相通電的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩Mj隨失調(diào)角θ的變化曲線稱為矩角特性，如下圖所示 ③ 啟動(dòng)頻率fq和啟動(dòng)時(shí)的慣頻特性 啟動(dòng)頻率或突跳頻率fq：步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟動(dòng)、并進(jìn)入不丟步的正常運(yùn)行狀態(tài)所允許的最高頻率，是反映步進(jìn)電機(jī)快速性能的重要指標(biāo)。空載啟動(dòng)時(shí)，定子繞組通電狀態(tài)變化的頻率不能高于啟動(dòng)頻率。 啟動(dòng)時(shí)的慣頻特性：電機(jī)帶動(dòng)純慣性負(fù)載時(shí)啟動(dòng)頻率和負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之間的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，隨著負(fù)載慣量的增加，啟動(dòng)頻率會(huì)下降。如果除了慣性負(fù)載外還有轉(zhuǎn)矩負(fù)載，則啟動(dòng)頻率將進(jìn)一步下降。 ④ 運(yùn)行矩頻特性 定義：步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)后，其運(yùn)行速度能跟蹤指令脈沖頻率連續(xù)上升而不丟步的最高工作頻率，其值遠(yuǎn)大于啟動(dòng)頻率。 運(yùn)行矩頻特性是描述步進(jìn)電機(jī)在連續(xù)運(yùn)行時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運(yùn)行頻率之間的關(guān)系，它是衡量步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)承載能力的動(dòng)態(tài)指標(biāo)，如圖所示。 運(yùn)行矩頻特性是描述步進(jìn)電機(jī)在連續(xù)運(yùn)行時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運(yùn)行頻率之間的關(guān)系，它是衡量步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)承載能力的動(dòng)態(tài)指標(biāo)，如圖所示。 4. 步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用 步進(jìn)電機(jī)在機(jī)械、電子、紡織、輕工、化工、石油、郵電、冶金、文教和衛(wèi)生等行業(yè)，特別是在數(shù)控機(jī)床上獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 二． 步進(jìn)電機(jī)基本結(jié)構(gòu) 定子鐵心：為凸極結(jié)構(gòu)，由硅鋼片迭壓而成。在面向氣隙的定子鐵心表面有齒距相等的小齒。 定子繞組：定子每極上套有一個(gè)集中繞組，相對(duì)兩極的繞組串聯(lián)構(gòu)成一相。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以做成二相、三相、四相、五相、六相、八相等。 轉(zhuǎn)子：上只有齒槽沒(méi)有繞組，系統(tǒng)工作要求不同，轉(zhuǎn)子齒數(shù)也不同。定轉(zhuǎn)子齒形相同。 三． 步進(jìn)電機(jī)分類 按作用原理分，步進(jìn)電機(jī)有磁阻式(反應(yīng)式)、感應(yīng)子式和永磁式三大類。 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，定子，轉(zhuǎn)子開(kāi)小齒定子繞組勵(lì)磁后產(chǎn)生反應(yīng)力矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。 感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)分為勵(lì)磁式和永磁式兩種。感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與磁阻式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)相似。其定子轉(zhuǎn)子鐵心的磁場(chǎng)和齒槽均一樣，兩者的差別是感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)存在軸向存在恒定磁場(chǎng)。 勵(lì)磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)是靠轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁繞組產(chǎn)生軸向磁場(chǎng)。永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子由一段環(huán)形磁鋼(在轉(zhuǎn)子中部)和二段鐵心(在環(huán)形磁鋼的兩端)，軸向充磁，建立軸向磁場(chǎng)。 永磁式步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子的某一方具有永久磁鋼，另一方由軟磁材料制成。繞組輪流通電，建立的磁場(chǎng)與永久磁鋼的恒定磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 按輸出功率和使用場(chǎng)合分類，分為功率步進(jìn)電機(jī)和控制步進(jìn)電機(jī)。 按結(jié)構(gòu)分類，分為徑向式(單段式)、軸向式(多段式)和印刷繞組式步進(jìn)電機(jī)。 按相數(shù)分類，分為三相、四相、五相、六相等。 四． 步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì) 1. 選擇步進(jìn)電機(jī)類型 相數(shù)：三相 結(jié)構(gòu)：徑向式（單段式） 作用原理：勵(lì)磁感應(yīng)子式 2. 步進(jìn)電機(jī)尺寸設(shè)計(jì) 此步進(jìn)電機(jī)外形大概尺寸為： 3. 步進(jìn)電機(jī)各零件設(shè)計(jì) 主要零件如圖所示： 其中：軸的伸出軸徑為φ9mm， 軸承為16001。 波紋墊圈的作用為軸承施加預(yù)應(yīng)力,減少軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的噪音,提高軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)精度與平穩(wěn)性 定子鐵芯有６個(gè)均勻分布的磁極，級(jí)與級(jí)之間的夾角為60 ，每個(gè)級(jí)上均布5個(gè)齒，轉(zhuǎn)子上均布40個(gè)齒。當(dāng)A相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子有5個(gè)齒與之對(duì)齊，B相與轉(zhuǎn)子相對(duì)的齒就錯(cuò)開(kāi)3 。 4. 三相感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)工作原理介紹 按通電的控制方式分，有： 單節(jié)拍方式： A→B→C→A 雙三拍方式：AB→BC→CA→AB 三相六拍方式：A→AB→B→BC→C→CA→A