Расчёт требуемой мощности шагового двигателя

Справочные материалы
Аватара пользователя
Predator
Мастер
Сообщения: 2885
Зарегистрирован: 30 авг 2014, 20:14
Репутация: 1611
Настоящее имя: Александр
Страна: Россия

Расчёт требуемой мощности шагового двигателя

#1 

Сообщение Predator » 15 сен 2014, 10:00

Как правильно расчитать нужную мощность шагового двигателя?

Это довольно распространённый вопрос у начинающих станкостроителей хоббийщиков.
Вопрос: Я никак не могу определить, какой же мощности нужны шаговые двигатели для моего станка с ЧПУ. Все перечитал, но никак не могу понять как это вычисляется? Помогите пожалуйста!

Вводные данные по станку:
Вес портала около 140 кг ±10 кг вместе с осью Z.
По осям ХY: Профильные направляющие Hiwin, привод осей осуществляется через зубчатую рейку.

Начинаем расчёт, для этого воспользуемся следующей формулой

F=ma

Где:
F — это сила в ньютонах, которую необходимо приложить к телу для того чтобы оно «двигалось с нужным ускорением»;
m — это масса тела в киллограммах, которое нужно ускорить;
a — это запланированное ускорение m/c2

Допустим нам нужно, чтобы портал имел ускорение 0,2 m/c2 (это нормальное ускорение для портала).

Получается F = 140 кг*0,2 = 28N, где N — это Ньютон (1N = 1 кг*m/c2)

28N + 15% (запас на трение) = 32,2N

32,2N + сила фрезерования, например 20 кг (200N) = 232,2N (23.22 кг) — это сила, которую нужно приложить к порталу.

Если бы мы надели на вал двигателя шестерню с радиусом 10 мм, то нам подошёл бы шаговый двигатель с моментом 26 кг/см (во всем диапазоне запланированных скоростей).
Но зачастую прямую передачу не используют, а делают редукцию, приблизительно равную 1:5, соответственно, требуемый момент уменьшается в 5 раз (также уменьшается и скорость), то есть 5,2 кг/см.

С моментом разобрались, теперь разберёмся со скоростью. Допустим редукция у нас всё та же 1:5, значит за 1 оборот вала двигателя мы переместимся на 20мм(диаметр шестерни) * Пи ÷ 5 = 12,5 мм
Дискретность перемещений, которую мы хотим получить например 0,01 мм (1 сотка), значит нам нужно 12,5 ÷ 0,01 = 1250 шагов на оборот.

Допустим нам нужна скорость портала 6000 мм/мин, то есть 100 мм/сек, то есть 100 ÷ 12,5 мм = 8 об/сек.
8 об/сек * 1250 шаг/об = 10000 Герц — частота следования шагов.

Далее заходим на любой понравившийся сайт продавца шаговых двигателей, скачиваем руководство и смотрим графики момента двигателей.
Изучив руководство, видим, что нам подходят две самые мощные модели из 86 серии типоразмер Nema34, при условии, что драйвер шагового двигателя всё отработает идеально.

Примечание: Все приведённые выше расчеты сделаны без учета инерции вала самого двигателя и прочих вращающихся элементов, так что для верности можно заложить ещё 10% или убавить требования по-ускорению, приблизительно на всё теже 10%.

© Точные машины. Все права защищены.

Великую цивилизацию не покорить извне — пока она не разрушит себя изнутри! © Уильям Дюрант

Тэги:

Аватара пользователя
BenAflek
Мастер
Сообщения: 882
Зарегистрирован: 29 окт 2014, 10:16
Репутация: 342
Настоящее имя: Владислав
Страна: Россия

Re: Расчёт требуемой мощности шагового двигателя

#2 

Сообщение BenAflek » 07 ноя 2014, 00:06

Александр, спасибо за статью, очень познавательно! :excellent:
Вангую...
Здесь должно что-то быть?...

Аватара пользователя
Electric
Ученик
Сообщения: 742
Зарегистрирован: 02 сен 2014, 03:30
Репутация: 385
Настоящее имя: Андрей
Страна: Россия

Re: Расчёт требуемой мощности шагового двигателя

#3 

Сообщение Electric » 07 ноя 2014, 13:30

Полностью согласен с предыдущим оратором, очень нужная информация. Александр, что ж ты так по-крупинкам всё даёшь, пиши еще :write:
Нам всё интересно :yoyo:
Что такое шаговое напряжение? Это напряжение, которое возникает между ногами при приближении к оголенному концу...

Аватара пользователя
Chuch
Новичок
Сообщения: 49
Зарегистрирован: 15 сен 2014, 18:54
Репутация: 16
Настоящее имя: Антон Николаевич
Город: Екатеринбург

Re: Расчёт требуемой мощности шагового двигателя

#4 

Сообщение Chuch » 07 ноя 2014, 19:07

Познавательно однако :famously:

Аватара пользователя
Predator
Мастер
Сообщения: 2885
Зарегистрирован: 30 авг 2014, 20:14
Репутация: 1611
Настоящее имя: Александр
Страна: Россия

Re: Расчёт требуемой мощности шагового двигателя

#5 

Сообщение Predator » 30 ноя 2014, 15:04

Electric писал(а):Александр, что ж ты так по-крупинкам всё даёшь, пиши еще :write:
Нам всё интересно :yoyo:
Как есть возможность так и пишу, сейчас мне не до писанины :happens:
Великую цивилизацию не покорить извне — пока она не разрушит себя изнутри! © Уильям Дюрант

Аватара пользователя
Electric
Ученик
Сообщения: 742
Зарегистрирован: 02 сен 2014, 03:30
Репутация: 385
Настоящее имя: Андрей
Страна: Россия

Re: Расчёт требуемой мощности шагового двигателя

#6 

Сообщение Electric » 30 ноя 2014, 17:45

Predator писал(а):Как есть возможность так и пишу, сейчас мне не до писанины :happens:

Да, я что, я ничего :happens:
Что такое шаговое напряжение? Это напряжение, которое возникает между ногами при приближении к оголенному концу...

Аватара пользователя
Monolite
Новичок
Сообщения: 29
Зарегистрирован: 14 дек 2014, 18:30
Репутация: 3
Настоящее имя: Николай
Город: Нижневартовск
Страна: Россия

Re: Расчёт требуемой мощности шагового двигателя

#7 

Сообщение Monolite » 15 дек 2014, 22:08

Спасибо за подробное описание расчетов мощности шаговиков.
Люди, включите голову!

Аватара пользователя
Predator
Мастер
Сообщения: 2885
Зарегистрирован: 30 авг 2014, 20:14
Репутация: 1611
Настоящее имя: Александр
Страна: Россия

Re: Расчёт требуемой мощности шагового двигателя

#8 

Сообщение Predator » 18 фев 2015, 02:33

Monolite писал(а):Спасибо за подробное описание расчетов мощности шаговиков.
Всегда - пожалуйста! :nicker:
Великую цивилизацию не покорить извне — пока она не разрушит себя изнутри! © Уильям Дюрант

Victor-80
Начинающий
Сообщения: 78
Зарегистрирован: 16 мар 2015, 12:56
Репутация: 14
Настоящее имя: Виктор

Расчёт мощности шагового двигателя

#9 

Сообщение Victor-80 » 16 мар 2015, 13:30

Нужная информация, спасибо коллега!

Аватара пользователя
Predator
Мастер
Сообщения: 2885
Зарегистрирован: 30 авг 2014, 20:14
Репутация: 1611
Настоящее имя: Александр
Страна: Россия

Re: Расчёт требуемой мощности шагового двигателя

#10 

Сообщение Predator » 05 фев 2016, 16:55

Victor-80 писал(а):Источник цитаты спасибо коллега!
Не за что, обращайтесь! ;)
Великую цивилизацию не покорить извне — пока она не разрушит себя изнутри! © Уильям Дюрант

Jack
Новичок
Сообщения: 27
Зарегистрирован: 25 окт 2015, 16:45
Репутация: 36
Настоящее имя: Джек
Страна: Singapore

Re: Расчёт требуемой мощности шагового двигателя

#11 

Сообщение Jack » 12 фев 2016, 11:29

Тоже скажу - спасибо! :thanks:

Judge Dredd
Новичок
Сообщения: 1
Зарегистрирован: 07 мар 2016, 18:23
Репутация: 2
Настоящее имя: Александр
Страна: Россия

Re: Расчёт требуемой мощности шагового двигателя

#12 

Сообщение Judge Dredd » 07 мар 2016, 18:41

Очень полезная информация.
Но хотелось бы узнать Вашего совета. Хочу собрать ЧПУ станок для сгибания проволоки. Для изгиба хочу поставить вот такой двигатель FL86STH156-6204 (Nema 34, 86 mm, 6.2A, 122kg\cm, 1.8°). Проволоку хочу гнуть вязальную(ГОСТ 3282-74) диаметром до 5 мм. Двигатель будет работать через шестерню(которая будет делить шаг в пополам) и драйвер будет работать с делением в пол шага. В итоге получается, что шаг будет 0,45°. Вопрос: потянет ли двигатель изгибать такую проволоку, если радиус изгиба будет 20мм?

Аватара пользователя
Predator
Мастер
Сообщения: 2885
Зарегистрирован: 30 авг 2014, 20:14
Репутация: 1611
Настоящее имя: Александр
Страна: Россия

Re: Расчёт требуемой мощности шагового двигателя

#13 

Сообщение Predator » 08 мар 2016, 21:24

Judge Dredd писал(а):Источник цитаты потянет ли двигатель изгибать такую проволоку, если радиус изгиба будет 20мм?
Думаю, что потянет.
Великую цивилизацию не покорить извне — пока она не разрушит себя изнутри! © Уильям Дюрант

Аватара пользователя
Predator
Мастер
Сообщения: 2885
Зарегистрирован: 30 авг 2014, 20:14
Репутация: 1611
Настоящее имя: Александр
Страна: Россия

Re: Расчёт требуемой мощности шагового двигателя

#14 

Сообщение Predator » 09 мар 2016, 20:17

Ну и всегда можно установить редуктор, если мощности самого двигателя не хватит. Хотя, 122 кг итак должен гнуть такую проволоку легко, тем более вязальную.
Великую цивилизацию не покорить извне — пока она не разрушит себя изнутри! © Уильям Дюрант

Аватара пользователя
Electric
Ученик
Сообщения: 742
Зарегистрирован: 02 сен 2014, 03:30
Репутация: 385
Настоящее имя: Андрей
Страна: Россия

Re: Расчёт требуемой мощности шагового двигателя

#15 

Сообщение Electric » 13 мар 2016, 14:44

Judge Dredd писал(а):Источник цитаты Очень полезная информация.
Мне тоже очень помогла в свое время, а теперь на форуме еще есть и калькулятор для подбора ШД. :excellent:
Что такое шаговое напряжение? Это напряжение, которое возникает между ногами при приближении к оголенному концу...

Аватара пользователя
Predator
Мастер
Сообщения: 2885
Зарегистрирован: 30 авг 2014, 20:14
Репутация: 1611
Настоящее имя: Александр
Страна: Россия

Re: Расчёт требуемой мощности шагового двигателя

#16 

Сообщение Predator » 13 мар 2016, 16:17

Electric писал(а):Источник цитаты Мне тоже очень помогла в свое время
Судя по всему, не только тебе, судя по количеству просмотров темы, многим помогает ;)
Великую цивилизацию не покорить извне — пока она не разрушит себя изнутри! © Уильям Дюрант

Аватара пользователя
BenAflek
Мастер
Сообщения: 882
Зарегистрирован: 29 окт 2014, 10:16
Репутация: 342
Настоящее имя: Владислав
Страна: Россия

Re: Расчёт требуемой мощности шагового двигателя

#17 

Сообщение BenAflek » 14 мар 2016, 11:10

Predator писал(а):Источник цитаты Судя по всему, не только тебе, судя по количеству просмотров темы, многим помогает ;)

Определенно! :confirm:
Саня, что-то ты давно никаких статеек не писал? :unknown:
Здесь должно что-то быть?...

Аватара пользователя
Predator
Мастер
Сообщения: 2885
Зарегистрирован: 30 авг 2014, 20:14
Репутация: 1611
Настоящее имя: Александр
Страна: Россия

Re: Расчёт требуемой мощности шагового двигателя

#18 

Сообщение Predator » 14 мар 2016, 12:00

BenAflek писал(а):Источник цитаты Саня, что-то ты давно никаких статеек не писал?
Про что писать, никто ничем не интересуется :unknown:
Великую цивилизацию не покорить извне — пока она не разрушит себя изнутри! © Уильям Дюрант

Аватара пользователя
Electric
Ученик
Сообщения: 742
Зарегистрирован: 02 сен 2014, 03:30
Репутация: 385
Настоящее имя: Андрей
Страна: Россия

Re: Расчёт требуемой мощности шагового двигателя

#19 

Сообщение Electric » 03 май 2016, 18:01

Predator писал(а):Источник цитаты Про что писать

Ну, вот какие-нибудь нужные расчеты для постройки станка.
Что такое шаговое напряжение? Это напряжение, которое возникает между ногами при приближении к оголенному концу...

buzzlighty
Новичок
Сообщения: 3
Зарегистрирован: 07 ноя 2016, 04:45
Репутация: 2
Настоящее имя: Кирилл
Город: Киев
Страна: Украина

Re: Расчёт требуемой мощности шагового двигателя

#20 

Сообщение buzzlighty » 07 ноя 2016, 16:55

Очень дельная статья, спасибо!

Хотел бы попросить проверить мои расчеты, так как я столкнулся с проблемой. Буду очень благодарен.

Есть станок с платформой весом 20кг
Двигается по направляющим с линейным подшипником, т.е. трение можно не учитывать на данном этапе
Диаметр шестерни 0.03 м
Редуктора нет

1. Необходимо выйти на скорость 0.25 м/с и двигаться равномерно. На скорость, допустим, надо выйти за 1 с.
Для этого используем формулу скорости и через нее выразим ускорение V = V0 + at -> a = (V-V0)/t
Максимальное ускорение в этом случае будет а = V/t = (0.25 - 0) / 1 = 0.25 м/с2

2. Теперь соответствуя вашим расчетам подберем момент для двигателя:
F = 0.25 * 20 = 5Н
M = 0.015 * 5 = 0.075 Н*м = 7.5 Н*см
Нам необходим двигатель с моментом 7.5 Н*см. Например я выбрал движок с такими хар-ками:

Максимальный крутящий момент: 0.52 (Н*м)
Масса: 0.37 (кг)

Неужели такой маленький моторчик весом 370 грамм может двигать такую хрень 20кг ?
Возьмем например самый мощный двигатель из этой же линейки весом 10кг и крутящим 24 Н*м. По нашим подсчетам он сможет ускорять с ускорением 1м*с и диаметром шестерни 30мм толкать болванку весом 1600 кг???

3. Последний вопрос это выбор удерживающего момента, например в двигателе который я выбрал он равняется 0.52 Н*М, столько же сколько и крутящий момент.
Нам необходимо разогнаную до 0.25 м/с болванку весом 20 кг остановить без потери точности позиционирования. Подходят ли для этого расчеты из пункта 2??

Понимаю что много текста, но у меня уже второй день диссонанс и я не могу понять ошибаюсь я или нет, вроде же все правильно.

Спасибо за внимание.
Последний раз редактировалось buzzlighty 21 дек 2016, 22:05, всего редактировалось 2 раза.


Вернуться в «Справочная»

Сейчас на форумах

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 0 гостей