Promremont34.ru

Авто мастеру
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Шаговый двигатель мощность и обороты

Выбирая шаговый двигатель для ЧПУ, нужно определиться, как будет использоваться станок, и какие характеристики для этого нужны. В этой статье рассмотрим, какие модели наиболее популярны, на что нужно обращать внимание при покупке, и как правильно произвести расчет.

Основные критерии выбора шагового двигателя для ЧПУ

При выборе шагового двигателя для ЧПУ необходимо учитывать следующие параметры:

  • Зависимость крутящего момента от скорости. Оценка графика позволит выбрать оптимальную модель двигателя для реализации конкретных задач;
  • Индуктивность. Для расчета нужно выделить квадратный корень из индуктивности обмотки. Полученное значение умножается на 32. Результат не должен сильно отличаться от напряжения источника питания для драйвера. Если показатель напряжения питания выше результата расчета более чем на 30%, то мотор будет перегреваться и шуметь в процессе работы. При слишком низком показателе напряжения относительно результата расчета крутящий момент будет убывать с большой скоростью. Чтобы обеспечить больший крутящий момент, нужна высокая индуктивность, но в таком случае не обойтись без драйвера с высоким напряжением питания;
  • Геометрические данные. Большое значение имеет диаметр вала, фланец и длина двигателя.

При выборе двигателя ЧПУ обязательно следует обратить внимание на момент инерции ротора, номинальное значение тока в фазе, омическое сопротивление фаз, максимальный показатель статистического синхронизирующего момента.

Типы двигателей

Перед покупкой необходимо определиться с подходящей модификацией. Одними из самых распространенных являются следующие типы устройств:

  • Биполярные. Считаются наиболее популярными моделями для ЧПУ. Отличаются высоким удельным сопротивлением на небольших оборотах. К тому же при поломке старого драйвера можно без проблем подобрать новый;
  • Униполярные. Разновидность биполярных шаговых двигателей. В зависимости от исполнения подключение обмоток может быть разным;
  • Трехфазные. Основное преимущества – большая скорость по сравнению с биполярными аналогами. Использование трехфазных двигателей оптимально в случаях, когда нужна высокая скорость вращения.

При выборе двигателя не лишним будет изучить характеристики готовых станков, близких по характеристикам к разрабатываемому оборудованию.

Расчет шаговых двигателей для ЧПУ

Для расчета необходимо определить действующую в системе силу трения направляющих. Для наглядности установим значение коэффициента (0,2), вес стола (100 кгс), вес детали (300 кгс), силу резания (3000 Н) и требуемое ускорение (2 м/с 2 ).

Расчет при таких исходных данных будет выглядеть следующим образом:

  • Для определения силы трения умножаем коэффициент силы трения на вес движущейся системы: 0,2 х 9,81 (100 кгс + 300 кгс) = 785 Н.
  • Чтобы узнать силу инерции, вес стола с деталью умножаем на требуемое ускорение: 400 х 2 = 800 Н.
  • Полная сила сопротивления определяется путем складывания силы трения, резания и инерции: 785 + 3000 + 800 = 4585 Н.

При этом сила сопротивления развивается за счет привода стола на гайке винтовой шариковой передачи.

Мощность шагового двигателя рассчитывается по формуле F = ma , где:

F (Н) – сила, которая нужна, чтобы привести тело в движение;

m (кг) – масса тела;

a (м/с 2 ) – требуемое ускорение.

Чтобы рассчитать механическую мощность, нужно силу сопротивления движения умножить на скорость.

Приведенные формулы справедливы только для расчетов без учета инерции вращающих механизмов, в том числе – и без инерции вала шагового двигателя. Чтобы получить более точные результаты, требования по ускорению необходимо увеличить или уменьшить на 10%.

Расчет редукции оборотов производится на основании номинальных оборотов механического привода и максимального значения скорости передвижения стола. Если скорость равна 1000 мм/мин, а шаг винта шариковой винтовой передачи – 10 мм, то скорость вращения винта ШВП определяется, как (1000/10) 100 оборотов/мин.

Читать еще:  Давление в системе охлаждения двигателя вольво

Чтобы определить коэффициент редукции, учитываем номинальные обороты сервопривода. Если это значение равно 5000 оборотов/мин, то редукция определяется, как (5000/100) 50.

Классификация шаговых двигателей для ЧПУ

Условно все двигатели для ЧПУ можно поделить на три большие категории:

ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ МОДЕЛИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ

В станках нередко используются советские индукторные двигатели – модели ДШИ-200-2 и ДШИ-200-3. Такие устройства отличаются следующими характеристиками:

Расчет мощности шаговых двигателей для фрезерного ЧПУ

  • Версия для печати

Расчет мощности шаговых двигателей для фрезерного ЧПУ

Сообщение #1 MixXP » 23 май 2016, 14:10

Чего то активность на форуме никакая, вот хочу предложить актуальную задачу. В инете вменяемого ответа не нашел, а тема думаю нужная.

Фрезерный станок со следующими характеристиками:

Мощность шпинделя — 2.2 кВт.
Обороты шпинделя не выше 9000 о/м.
Максимальный диаметр фрезы — 60 мм.
Максимальный вес по Х 150 кг. сам стол + 300 кг заготовка.
Максимальный вес по Z тот же.
Максимальный вес по У — шпиндельная голова весом в 150 кг. неизменен.
По всем осям ШВП и ластохвост.
Максимально допустимая скорость перемещения по всем осям 2000 мм/мин.

Отправлено спустя 11 минут 13 секунд:
И так вопрос знатокам:
Какое максимальное / оптимальное ускорение для стола? Вес станка 1500 кг.
Как посчитать необходимую мощность двигателей?
Какой режим фрезеровки будет оказывать наибольшее сопротивление, и какое?
Нужна ли по зед та же скорость как и по остальным осям и можно / нужно ли компенсировать вес оси (грузом или пневмопружинами) и какой выигрыш это может дать?

Расчет мощности шаговых двигателей для фрезерного ЧПУ

Сообщение #2 T-Duke » 23 май 2016, 14:52

Это называется сделайте за меня все сами, а я рядом постою

Начните считать, прикидывать, тогда и можно будет подсказать. А делать всю работу с нуля, лень однако

Могу дать конечный ответ. Для движения стола с нагрузкой на нем 300кг, дополнительно со силой резания 100кг, требуется 60Вт мощности при движении со скоростью 2000мм/мин.

Если нужны именно шаговые, то мощность нужно брать со запасом — 100Вт хотя бы, иначе будет пропуск шагов. Я бы сервы поставил на 100Вт и забыл бы о проблеме.

Отправлено спустя 22 минуты 10 секунд:
Ну а по ускорению это барин решает. Масса станка тут не нужна. Нужна масса стола с деталью. Пусть будет 400кг. Это и закладывать в расчеты. А ускорение, тут каждый сам решает. И да, если нужны большие ускорения, о шаговиках нужно забыть.

Мне лично нравится ускорение в одну десятую Жо. Это 981мм/с2. Такое ускорение и шаговики потянут. Ну а если нужен прыгающий стол, тогда один Жо нужен

Расчет мощности шаговых двигателей для фрезерного ЧПУ

Сообщение #3 MixXP » 23 май 2016, 21:53

Расчет веду, чуть позже сюда выложу.

Отправлено спустя 3 минуты 9 секунд:

T-Duke писал(а): Источник цитаты Это называется сделайте за меня все сами, а я рядом постою

Сила резания выходит около 300 кг, если я конечно ничего не путаю. Ускорение считаю 0,2 м /с. Считаете мало?

Читать еще:  Двигатель 1az схема ремень генератора

Отправлено спустя 12 минут 7 секунд:
И так, посчитаем редукцию: скорость перемещения 2000 мм/м — это при шаге ШВП в 5 мм = 400 оборотов в минуту. Получается шаговик лепится прямо на винт. И редукция составляет 1/12? (1 кг / см это 6 см на оборот, шаг ШВП 5мм итого 12?)

Народ я так понимаю, что «Момент 30.64Mc | Nm» это ньютонов на метр? То есть это 306 кг/см? Тогда считаем редукцию на ШВП 12 итого 25 кг/см + потеря момента 20% (грубо) значит 30 кг. См.

Это грубо говоря усилия резания. Ну в общем то как раз стыкуется примерно со средним. Чуть выше, но тут и режимы предельные взяты.

Народ, вы не забывайте подсказывать и исправлять, если чего не так.

Отправлено спустя 9 минут 52 секунды:
Думаете серва на 100 ватт потянет?

Расчет мощности шаговых двигателей для фрезерного ЧПУ

Сообщение #4 T-Duke » 23 май 2016, 23:00

Считать сначала редукцию это как начинать строить дом с окон. Неверный путь. Ладно, пройдем его от самого начала. Хоть я и разленился, но раз здесь нет таких тем, запилим одну такую, раз и надолго.

Любая задача движения тел начинается с:

Определение сил действующих в системе.

В первую очередь определяем силу трения в направляющих стола. Идем в справочник и смотрим коэфф. трения скольжения чугуна по чугуну. Я взял его равным 0.2. Если есть другие данные — используем их. Вес стола считаем 100кгс, вес детали 300кгс.

Сила трения = коэфф. трения * вес движущейся системы. Итак сила равна 0.2 * 9.81 * (100кг+300кг) = 785Н. Такая сила будет сопротивляться движению стола с деталью.

Вторая сила — сила инерции, которую нужно преодолеть двигателю при разгоне массы стола с деталью на нем. Вспоминаем старика Ньютона и говорим, что сила сопротивления массы, ее ускорению = массе * ускорение массы.

Масса стола с деталью известна 100кг+300кг=400кг. Ускорение какое хотим получить зависит только от наших предпочтений и здравого смысла. Ускорение 0.2м/с2 слишком маленькое, будет как черепаха разгоняться. Примем ускорение 2м/с2. Это куда лучше. Итак, определим силу инерции:

400кг * 2м/с2 = 800Н. Эту силу нужно приложить к массе 400кг, чтобы она ускорялась/замедлялась с ускорением 2м/с2.

Полная сила сопротивления складывается из силы трения, силы инерции и силы резания. Просуммируем их. 785Н + 800Н + 3000Н = 4585Н. Вот эту силу и должен развивать привод стола на гайке ШВП.

Со силами закончили. Дальше требуется:

Определение мощности привода.

Механическая мощность равна силе сопротивления движению * на скорость движения. Силу мы нашли. Скорость задана в 2м/мин, переводим в м/с = 0.03(3)м/с. Находим механическую мощность.

4585Н*0.0333м/с = 153Вт. Итого, серво мощностью 160Вт справится с такой задачей. Если хочется то учтем КПД системы привода — ШВП. Какой КПД у ШВП хрен знает, примем его равным 95%. Требуемая мощность двигателя равна 153Вт/0.95 = 161Вт

Вывод — серва мощностью 160Вт подходит для наших целей. Можно использовать привод на 160-200Вт.

С мощностями закончили, переходим к:

Определение нужной редукции оборотов.

Редукцию определяем исходя из максимальной скорости перемещения стола и номинальных оборотов сервопривода. Если скорость перемещения стола 2000мм/мин, шаг винта ШВП 5мм, то винт ШВП должен вращаться со скоростью 2000мм/5мм=400об/мин. Коэффициент редукции теперь зависит от номинальных оборотов серво. Если серва на 6000об/мин, то редукция = 6000/400 = 15 раз.

Читать еще:  Чип тюнинг двигателя ланос шевроле

Осталось провериться по последнему фактору:

Определение преобразования крутящего момента в осевое усилие.

ШВП это преобразователь вращательного движения в поступательное с коэффициентом редукции крутящего момента в осевое усилие, определяемым однозначно через шаг винта. Определить редукцию ШВП можно использовав закон сохранения энергии. Так как момент в системе СИ измеряется в Нм, то вращательное движение рассматриваем на окружности радиуса 1м.

Из закона сохранения энергии работа проделанная при прохождении длины окружности радиусом 1м, должна равняться работе при осевом перемещении гайки ШВП за один оборот. Коэфф редукции усилия определяется как отношение длины окружности радиусом 1м, к шагу винта в метрах.

Определим редукцию усилия. За один оборот точка на окружности радиусом 1м, пройдет ровно 2* Пи * 1м = 6. 2832м. За один оборот ШВП, гайка сместится на шаг винта, то есть на 5мм. Редукция усилия равна 6.2832/0.005м = 1256 раз. То есть ШВП преобразует крутящий момент в линейное усилие с фактором умножения 1256. Если учесть КПД винтовой пары (хрен его знает, примем за 95%) то реальная редукция чуток уменьшится и составит 1256*0.95 = 1193 раза.

Серва мощностью 180Вт и номинальными оборотами 6000об/мин, имеет крутящий момент 0.286Нм. Просчитаем какое усилие такая серва разовьет на гайке ШВП, через редуктор 1:15.

Общая редукция = 15 * 1193 = 17895 раз. Множим момент на общую редукцию и получим линейное усилие на гайке ШВП. Итак 17895м-1 * 0.286Нм = 5118Н. Что и требовалось доказать.

Вывод: Серва мощностью 180Вт уверенно справится с поставленной задачей.

Можно еще учесть КПД редуктора от сервы к ШВП, но это делается элементарно.

Итак, полет разобран, спасибо за внимание

Мощность

Для расчета максимальной мощности двигателей нам понадобится частота вращения, которая выражается в оборотах в минуту

(об/мин) =

или в радианах в секунду

(рад/с) =

через круговую частоту

Подставив радиус колеса, получим

рад/с

об/мин.

Мощность двигателей пропорциональна крутящему моменту и частоте вращения:

Подставив сюда формулы для крутящего момента и частоты, получим:

Используя собственные значения, получим

Вт

Опять же, мы получили суммарную мощность для всех двигателей, в нашем случае двигателя два, поэтому необходимо разделить результат на два и, как и в случае с расчетом крутящего момента, если используются зубчатые передачи, разделить на передаточное число зубчатых передач.

Обратите внимание, что мы рассчитали механическую мощность вырабатываемую двигателями, а не электрическую мощность, которую они потребляют. Необходимо учитывать КПД двигателей, который будет отличаться в зависимости от модели двигателя. Выбирать нужно двигатели, естественно, с бóльшим КПД.

Для обеспечения оптимальных характеристик лучше использовать двигатели с запасом по мощности, как минимум в два раза.

Для нашего примера двухколесного робота, с использованием передаточного числа равного 10, характеристики устанавливаемых двигателей должны быть следующими:

  • частота вращения — 477 · 10 ≈ 5000$ об/мин
  • вращающий момент — 50 мН·м/10 = 5 мН·м
  • электрическая мощность — 5 Вт (я взял КПД равный 90%)
голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector