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数控机床课程设计
所有运动部件，无论是旋转运动还是直线运动部件，都成为电动机的负载惯量。总的惯量可以通过计算各个被驱动部件的惯量，并以一定的规律将其加起来即可。
a.计算滚珠丝杠惯量J丝
J丝?0.77D4L?10?12?0.77?204?500?10?12 ?6.16?10?5kg?m2式中 D——丝杆直径，mm；
L——丝杆长度，mm。
b.计算沿直线轴移动物体的惯量JL
?S?JL???M?10?6?2???5?800?????10?6 ?2??9.8?5.17?10?5kg?m2式中 S——丝杆导程，mm；M——移动部件质量，kg。
c.计算负载惯量J负
22J负?J丝?JL?11.33?10kg?md．计算总惯量Jr
?52
初步选择90BYG5502型步进电机，由表3-3可知转子惯量J电机?3.8kg?cm2，总惯量为负载惯量和电机转子惯量之和
Jr?J负?J电机?11.33?10?5?3.8?10?4?5.13?10?4kg?m2
联轴器的惯量J11：
J11?0.77?904?42?10?12?2121.8×10?6kg?m2
2)步进电动机转轴上的等效负载转矩M的计算 a．空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩Mamax
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vamax3000namax?P?5?600r/min
Mamax?Jrnamax9.6T?5.13?10-4?6009.6?0.4?0.08025N?m式中 namax——空载丝杠最快转速，r/min；
P——丝杆导程，mm；
vamax——空载工作台最快移动速度，mm/min； Jr——折算到电机轴上的总惯量，kg?m2；
T——系统时间常数，由任务书可知T=0.4s。
b．切削时折算到电机轴上的加速度力矩Mtmax
nvtmax400tmax?P?5?80r/minM?J
rntmax9.6T?5.13?10-4?80tmax9.6?0.4?0.01N?m式中 ntmax——满载丝杠最快转速，r/min；
P——丝杆导程，mm；
vtmax——满载工作台最快移动速度，mm/min； Jr——折算到电机轴上的总惯量，kg?m2；
T——系统时间常数，由任务书可知T=0.4s。
c．折算到电机轴上的摩擦力矩Mf
MFoS0.003?f?2??i?10?3?800?52??0.8?1?10?3?2.4?10?3N?m 式中 Fo——导轨摩擦力，N；S——丝杆导程，mm；
?——传动链总传动效率，取??0.8；i——齿轮降速比，为1。d．由丝杠预紧引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩Mo
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FamaxS21??o?10?32??i1899?5??1?0.9582?10?3 2??0.8?1?0.15N?mMo?????式中 Famax——最大轴向载荷，N；S——丝杆导程，mm；
?——传动链总传动效率，取??0.8；
?o——滚珠丝杠未预紧时的传动效率，取??0.958；
i——齿轮降速比，为1。
e．折算到电机轴上的切削负载力矩Mt
Mt?FtS1899?5?10?3??10?3?1.5N?m 2??i2??0.8?1式中 Ft——进给方向最大切削力，N；S——丝杆导程，mm；
?——传动链总传动效率，取??0.8；i——齿轮降速比，为1。
所以，快速空载启动时所需力矩为
M1?Mamax?Mf?Mo?0.08025?0.0024?0.15
?0.23265N?m最大切削负荷时所需力矩为
M2?Mat?Mf?Mo?Mt?0.01?0.0024?0.15?1.5 ?1.6624N?m快速空载时所需力矩为
M3?Mf?Mo?0.0024?0.15?0.1524N?m
比较M1、M2，取其中的最大值，作为所需最大力矩Mmax?1.6624N?m。 3)步进电动机的初选。
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要考虑一定的
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安全系数?，取??3，则步进电机的最大静转矩应满足
T?3Mmax?3?1.6624?4.9872N?m
由表2-3可知，90BYG5502型步进电机转矩T?5N?m?4.9872N?m。所以所选步进电机合适。步进电机具体外形尺寸和安装尺寸见图2-2。
表2-3 步进电机型号及其性能参数
表2-4 步进电机外形及安装参数
图2-2 步进电机外形尺寸图
4）步进电动机的性能校核
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