电机技师论文之步进电机的选用（精选4篇）
电机技师论文之步进电机的选用 第1篇
步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。
步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。广泛应用于机电一体化产品中，如：数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。
选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩Mjmax大的电机，负载力矩大。
选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到机床所需的`脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。
选择功率步进电机时，应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率，使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量，使之最高速连续工作频率能满足机床快速移动的需要。
选择步进电机需要进行以下计算：
(1)计算齿轮的减速比
根据所要求脉冲当量，齿轮减速比i计算如下:
i=(φ.S)/(360.Δ) (1-1) 式中φ ---步进电机的步距角(/脉冲)
S ---丝杆螺距(mm)
Δ---(mm/脉冲)
(2)计算工作台，丝杆以及齿轮折算至电机轴上的惯量Jt。
Jt=J1+(1/i) (1-2)
式中Jt ---折算至电机轴上的惯量(Kg.cm.s)
J1、J2 ---齿轮惯量(Kg.cm.s)
Js ----丝杆惯量(Kg.cm.s) W---工作台重量(N)
S ---丝杆螺距(cm)
(3)计算电机输出的总力矩M
M=Ma+Mf+Mt (1-3)
Ma=(Jm+Jt).n/T1.0210 (1-4)
式中Ma ---电机启动加速力矩(N.m)
Jm、Jt---电机自身惯量与负载惯量(Kg.cm.s)
n---电机所需达到的转速(r/m
in)
T---电机升速时间(s)
Mf=(u.W.s)/(2πηi)10 (1-5)
Mf---导轨摩擦折算至电机的转矩(N.m)
u---摩擦系数
η---传递效率
Mt=(Pt.s)/(2πηi)10 (1-6)
Mt---切削力折算至电机力矩(N.m)
Pt---最大切削力(N)
(4)负载起动频率估算。数控系统控制电机的启动频率与负载转矩和惯量有很大关系，其估算公式为
fq=fq0 1/2 (1-7)
式中fq---带载起动频率(Hz)
fq0---空载起动频率
Ml---起动频率下由矩频特性决定的电机输出力矩(N.m)
若负载参数无法精确确定,则可按fq=1/2fq0进行估算.
(5)运行的最高频率与升速时间的计算。由于电机的输出力矩随着频率的升高而下降，因此在最高频率 时，由矩频特性的输出力矩应能驱动负载，并留有足够的余量。
(6)负载力矩和最大静力矩Mmax。负载力矩可按式(1-5)和式(1-6)计算，电机在最大进给速度时，由矩频特性决定的电机输出力矩要大于Mf与Mt之和，并留有余量。一般来说，Mf与Mt之和应小于(0.2 ～0.4)Mmax.
电机技师论文之步进电机的选用 第2篇
(1)根据机械负载特性、生产工艺、电网要求、建设费用、运行费用等综合指标，合理选择电动机的类型，
(2)根据机械负载所要求的过载能力、启动转矩、工作制及工况条件，合理选择电动机的功率，使功率匹配合理，并具有适当的备用功率，力求运行安全、可靠而经济，
(3)根据使用场所的环境，选择电动机的防护等级和结构形式。
(4)根据生产机械的最高机械转速和传动调速系统的要求，选择电动机的转速。
(5)根据使用的环境温度，维护检查方便、安全可靠等要求，选择电动机的绝缘等级和安装方式。
电机轴承的选用 第3篇
关键词：滚动轴承,游隙,润滑脂
1 引言
电机常用的轴承有四种类型:即滚动轴承、滑动轴承、关节轴承和含油轴承。最常见的电机轴承是滚动轴承, 即有滚动体的轴承。对于滚动轴承的要求如下:机械强度大、滚动疲劳强度大、硬度高、耐磨耗性高、尺寸稳定性好。轴承型号的选择、轴承游隙的选择、油脂的选择、轴承密封形式的选择等方面问题, 是电机设计人员在设计过程中需要考虑的主要问题。本文仅以电机最常用的滚动轴承为例, 介绍电机对于滚动轴承的选择。
2 滚动轴承的类型
按所能承受载荷的方向或公称接触角的不同可分为向心轴承和推力轴承。
向心轴承包括径向接触轴承和向心角接触轴承。其中, 径向接触轴承:公称接触角α=0°, 主要承受径向载荷, 可承受较小的轴向载荷;向心角接触轴承:公称接触角α=0°~45°, 同时承受径向载荷和轴向载荷。
推力轴承包括推力角接触轴承和轴向接触轴承, 其中, 推力角接触轴承:公称接触角α=45°~90°, 主要承受轴向载荷, 可承受较小的轴向载荷;轴向接触轴承:公称接触角α=90°, 只能承受轴向载荷。
按滚动体的种类可分为球轴承和滚子轴承, 在外廓尺寸相同的条件下, 滚子轴承比球轴承的承载能力和耐冲击能力都好, 但球轴承摩擦小、高速性能好。
按工作时能否调心可分调心轴承和非调心轴承。
按安装轴承时内、外圈可否分别安装, 分为可分离轴承和不可分离轴承。
按公差等级可分为0、6、5、4、2级滚动轴承, 其中2级精度最高, 0级为普通级。另外还有用于圆锥滚子轴承的6x公差等级。
按照运动方式可分为回转运动轴承和直线运动轴承。
在实际应用中, 滚动轴承的结构形式有很多。作为标准的滚动轴承, 在国家标准中分13类, 其中, 最为常用的轴承大约有下列几类:调心球轴承、调心滚子轴承、圆锥滚子轴承、推力球轴承、深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承。
3 轴承形式的选择
(1) 负荷稳定的小型电动机, 前后轴承均采用滚珠轴承。
(2) 在中型电动机中, 负载端选用滚柱轴承, 非负载端选用滚珠轴承。
(3) 在重负载的大、中型电动机中, 两端轴承均选用滚柱轴承。
4 滚动轴承的计算
4.1 计算准则
(1) 对于一般转速的轴承, 即10r/min
(2) 对于高速轴承, 除疲劳点蚀外其工作表面的过热也是重要的失效形式, 因此除进行寿命计算外, 还应校验其极限转速。
(3) 对于低速轴承, 即n<1r/min, 可近似地认为轴承各元件是在静应力作用下工作的, 其失效形式为塑性变形, 应进行以不发生塑性变形为准则的强度计算。
4.2 重要概念
(1) 轴承的寿命:轴承在运转时, 其中任一元件出现疲劳点蚀前所经历的转数 (以106转为单位) 或工作小时数。
(2) 基本额定寿命L10
一批相同型号的轴承, 在相同运转条件下, 其中有10%的轴承出现疲劳点蚀时, 轴承所经历的转数为该批轴承的基本额定寿命L10。
物理意义:表示轴承达到基本额定寿命时, 出现疲劳点蚀的概率为10%。
(3) 预期计算寿命L′h
(4) 基本额定动载荷C
使轴承的基本额定寿命恰好为106转时, 轴承所能承受的载荷值, 用字母C表示。
(a) C反映了轴承承载能力的大小, 即承受外载荷的极限值 (不同型号轴承的C不同, C值查标准, C是通过大量的试验确定) 。
(b) C的确定 (与外载荷性质有关) :对于向心轴承指的是纯径向载荷, 径向基本额定动载荷Cr;对于推力轴承指的是纯轴向载荷, 轴向基本额定动载荷Ca;对于向心推力轴承指的是使套圈间产生纯径向位移的载荷的径向分量。
(c) 确定C的试验条件
内圈旋转、外圈固定, 寿命为106转, 不发生点蚀破坏的概率为90%、载荷平稳, 正常温度t=125℃。
注:在较高温度下工作的轴承 (t>125℃时) , 应引入温度系数ft修正高温轴承基本额定动载荷Ct, Ct=ftC
4.3 滚动轴承的当量动载荷
(1) 定义
为了计算轴承寿命, 须将实际载荷换算成当量动载荷P, 它是一个与实际载荷效果相当的假想载荷 (在P作用下, 轴承的寿命与实际载荷作用下相同) 。
(2) 当量动载荷P的确定
对于向心轴承, P=Fr;对于推力轴承, P=Fa;对于向心推力轴承及深沟球轴承、调心轴承等, P=XFr+yfa, X、Y分别为径向、轴向动载荷系数。引入载荷系数fP, 则P=fP (xft+YFa) , P=fPFr, P=fPFa。
4.4 滚动轴承寿命的计算公式
(1) 已知轴承的型号、P、n等, 求轴承的实际寿命Lh。计算公式:
式中, ε为试验常数, 对于球轴承ε=3, 滚子轴承ε=10/3;P为轴承所承受的当量动载荷;n为轴承的工作转速, r/min。Lh为已知型号的轴承在一定工作条件下的实际寿命。
(2) 已知轴承的转速n、P、预期计算寿命L′h, 求选用具有多大的基本额定动载荷C的轴承。计算公式:
公式的物理意义:表明在一定工作条件下以及预定寿命, 应选用多大基本额定动载荷的轴承。
(3) 说明
(a) 计算实际寿命时, 应使Lh≥L′h
(b) 选择轴承型号时, 应使计算基本额定动载荷值小于等于从标准中选取型号轴承的基本额定动载荷, 即C计C表
(c) 若Lh
4.5 滚动轴承的疲劳寿命与可靠度
(1) 根据某一可靠度R下的轴承预期寿命L (1-R) , 计算滚动轴承相应的基本额定寿命L′10 (即可靠度为90%时的寿命) , 其计算式为L′10=L (1-R) /α1
式中, α1为滚动轴承寿命的可靠性系数。
式中, R为设计要求的轴承的可靠度;m为威布尔分布的形状参数, 大量的统计资料表明, 球轴承:m=10/9;滚子轴承:m=3/2;圆锥滚子轴承:m=4/3。
求出L′10后, 从轴承手册或样本中选择轴承型号, 其额定寿命值L10应大于L′10。
(2) 根据某一可靠度下的轴承预期寿命L (1-R) , 计算相应的额定动载荷C′。
L (1-R) =α1 (C′/P) ε
相应的额定动载荷C′=QPL1/ε (1-R)
式中, Q为额定动载荷的可靠性修正系数, 按下式计算:
式中, 指数1/ (mε) :球轴承为3/10;滚子轴承为1/5;圆锥滚子轴承为9/40。
当可靠度R已确定时, 求出相应的额定动载荷C′值, 再根据C′值从轴承手册中选择轴承型号, 应满足C≥C′。
4.6 向心推力轴承的载荷计算
Fr1、Fr2为外界作用到轴上的径向力Fr在各轴承上产生的径向载荷, Fa的确定如下:
对于深沟球轴承、调心球轴承和调心滚子轴承, Fa=A (A外界作用到轴上的轴向作用力) ;对于向心推力轴承, 应考虑A和派生轴向力S及一对轴承的布置方式来确定Fa。
(1) Fr1、Fr2的确定
根据力的径向平衡条件, 当Fr的大小、作用点已知时, Fr1、Fr2可确定。
(2) Fa的确定
方法: (1) 确定轴承派生轴向力的大小、方向S1、S2;S大小的确定。S方向的确定:始终指向外圈厚度较小的一边。 (2) 根据A及S的大小和方向, 确定轴上合力的指向, 然后判断哪个轴承被压紧, 哪个轴承被放松。
以轴和与其相配合的轴承内圈为分离体, 如达到轴向平衡时, 应满足:A+S2=S1
当A+S2≠S1, 有两种情况:当A+S2>S1时, 则轴有向左窜动的趋势, 相当于轴承1被“压紧”, 轴承2被“放松”。
(3) 确定Fa:
当A+S2>S1, 轴承1被“压紧”, 轴承2被“放松”。
当A+S2
先通过派生轴向力及外加轴向载荷的计算与分析, 判定被“放松”或被“压紧”的轴承;然后确定被“放松”轴承的轴向力仅为其本身派生的轴向力, 被“压紧”轴承的轴向力则为除去本身派生的轴向力后其余各轴向力的代数和。
(3) P的确定
(4) 轴承的压力中心:对“6”类深沟球轴承, 支点在轴承宽度中点;对向心推力轴承, 支点在压力中心;滑动轴承:当B/d1时, e=0.5B;当B/d>1, 取e=0.5d, 但不小于 (0.25~0.35) B。对于调心轴承, e=0.5B。
4.7 滚动轴承的静载荷
基本额定静载荷C0 (Cor, Coa)
当量静载荷P0=X0Fr+Y0Fa
式中, X0、Y0分别为当量静载荷的径向、轴向载荷系数, 其值可查轴承手册。
静载荷校核计算按轴承静载能力选择轴承C0≥S0P0式中, S0为静强度安全系数。
注: (a) 若轴承转速n>10r/min, 应按寿命选择轴承; (b) 若轴承n10r/min, 应按静强度选择轴承; (c) 对高速、重载或有冲击、振动载荷的场合, 应按动载荷选择轴承, 再按静强度进行校核; (d) 转速较高轴承, 还应校核极限转速, 即n工nlim (工作时实际转速小于等于轴承极限转速) 。
5 游隙的选择
游隙是内圈、外圈与滚动体之间的间隙量, 其大小对疲劳寿命、振动、噪声、温升和旋转精度等影响很大。根据轴承所处的状态, 游隙分为原始游隙、配合游隙、有效游隙、工作游隙。
(1) 原始游隙△0。轴承未安装, 无负荷状态下的间隙量, 也叫理论游隙或几何游隙, 由轴承制造厂控制。
(2) 配合游隙△f。轴承安装后, 内圈因过盈而膨胀, 外圈因过盈而收缩, 引起游隙减少, 减少后的游隙就是配合游隙。游隙减少量一般约为过盈量的70%~90%。
(3) 有效游隙△u。电机空载运转时, 由于内外套圈的温度差, 引起轴承游隙减少, 减小后的游隙就是有效游隙。
δt-因内、外圈温度差引起的游隙减小量, mm;a-材料线胀系数, 轴承钢线胀系数约为12.510-6, ℃-1;△T-内、外圈温度差, ℃;d-轴承内径, mm;D-轴承外径, mm。
(4) 工作游隙△=△u+δw。轴承在承受工作载荷运转时, 滚动体和滚道接触处会发生弹性变形, 导致游隙增大, 此时的游隙称作工作游隙。δw为载荷引起的游隙增加量, mm。大部分电机轴承所承受的载荷比较小, 对δw可忽略。通常按照工作游隙比零略大一些的游隙值来选择原始游隙。
6 润滑脂的选择
电机轴承负荷在大多数应用情况下低于容许载荷, 寿命通常不是由材料疲劳决定, 而是由润滑脂决定的。
6.1 润滑的目的
(1) 润滑可以降低滚动轴承内部的摩擦, 减少磨损和发热量; (2) 轴承的摩擦发热使轴承升温, 油润滑可以到起到冷却作用, 从而降低轴承的工作温度, 延长使用寿命; (3) 良好的润滑状态, 可在滚动体与滚道间形成一层使两者隔开的油膜, 可以使接触压力减小; (4) 轴承零件表面覆盖一层润滑剂, 可以防止表面氧化生锈。
6.2 润滑方式的选择
轴承常用的润滑方式有油润滑和脂润滑两类。
润滑方式的选择与轴承的速度有关。选择润滑方式时, 可查阅各类润滑方式的dn值界限表。润滑剂包括润滑脂、润滑油、固体润滑剂。润滑脂是常用的, 润滑油一般在高速、高温条件下使用, 固体润滑剂用于特殊场合。用速度因素dn值作为选择润滑剂的条件:dn间接反映了轴颈的圆周速度。当dn< (1.5~2) 105mmr/min时, 采用脂润滑, 否则用油润滑。脂润滑优点:不容易流失、便于密封和维护, 充填一次, 可运转较长时间。油润滑优点:摩擦阻力小、能散热, 可在高速、高温环境下使用。润滑油的粘度根据速度因素dn和工作温度t来确定。
7 密封方式的选择
电机轴承的密封形式主要有两种:防尘盖和密封圈。密封圈又分为非接触式、接触式和组合式。接触式有毛毡圈密封和密封圈密封;非接触式分为间隙密封和迷宫式密封;组合式密封是毛毡迷宫式密封。
滚动轴承的密封方式的选择与润滑的种类、工作环境、温度、密封表面的圆周速度有关。
毛毡圈密封适用场合:脂润滑, 要求环境清洁, 轴颈圆周速度V<4~5m/s, 工作温度不超过90℃。密封圈密封适用场合:脂或油润滑, 轴颈圆周轴速度V<4~5m/s, 工作温度-40℃~100℃。
间隙密封圈适用场合:脂润滑, 要求环境干燥清洁。
迷宫式密封圈适用场合:脂润滑或油润滑, 工作温度不高于密封用脂的滴点。密封效果可靠。
组合密封圈适用场合:适用于脂润滑或油润滑, 密封效果可靠。
参考文献
电机轴承润滑脂的正确选用 第4篇
随着化工企业对设备连续运行的需要, 电动机能够长周期安全平稳运行成为一个企业创造效益、提高行业竞争力的重要因素, 甚至关系到企业的生存与发展。电机轴承故障的40%由润滑不良导致, 提高润滑质量可以提高轴承寿命2-5倍。滚动轴承的70%使用润滑脂来润滑。因此, 正确选择润滑脂其重要性不容忽视。
二、电机轴承润滑脂工作原理及性能要求
(1) 、工作原理
电机转动时, 润滑脂内的三维纤维网状结构经过剪切作用在滚动体、轴承座和轴承座圈上形成的一层油膜而起到润滑作用。随着不断的剪切作用析出润滑脂并在轴承盖的空腔内不断地循环流动, 轴承温度得到冷却并趋近于一个平衡值。
(2) 、性能要求
首先, 应具备适应南北方、室内外、昼夜温差性能;润滑性、抗磨性、抗氧化性、流动性好, 润滑脂本身不含有固形物, 在-25～120℃时, 起动力矩小、运转力矩低、耗能少、温升低;其次, 应具有防水、防锈、防腐蚀性和绝缘性, 可适用于苛刻的工作环境;同时, 具有良好的减振作用, 降低噪声、保护环境, 并且寿命长。
三、轴承润滑脂选择原则
正确选用润滑脂主要考虑其在减摩、防护、密封等方面所发挥的作用。保证设备处于良好润滑状态, 防止设备损坏, 延长操作周期, 减少维修工作量, 降低润滑脂消耗和生产成本的重要措施。
3.1、滑动轴承润滑脂
润滑脂应具有良好的粘附性;对于潮湿或淋水的环境应选用防水性好的钙基、铝基或锂基润滑脂;高温环境里, 润滑脂的最高允许温度应满足工作要求;大负荷、低转速时应选用锥入度小的润滑脂, 高转速时还应考虑机械安定性好、粘度低等特性。
3.2、滚动轴承润滑脂
(1) 工作温度润滑点的工作温度超过润滑脂上限后, 温度每升高10～15℃, 润滑脂寿命减少1/2, 当润滑脂基础油损失50～60%时, 润滑脂润滑能力丧失。所以, 高温时应考虑抗氧化性好、热蒸发损失小、滴点高等因素。
(2) 速度根据经验, 转速为20000r/min的主轴, 选用球轴承, 脂的锥入度为220～250;转速为10000r/min时, 脂的锥入度为175～205;转速为1000r/min时, 脂的锥入度在245～295范围内。
(3) 负荷高负荷采用粘度、抗磨性、极压性、稠化剂含量高的润滑脂;中、低负荷采用中等粘度、短纤维润滑脂。
(4) 环境根据不同的工作条件选择适宜的润滑脂, 比如防水、防尘、防锈、防化学介质等。
(5) 填充量一般填充至容积的1/3～1/2, 低转速轴承可填充至2/3以上。
除此之外, 还应该考虑润滑脂的经济性。
3.3、利用设备运转速度选择润滑脂
润滑脂的选用受轴承转速限制。滚动轴承的速度因数极限为350000, 滑动轴承的速度极限为5m/s, 云华齿轮的速度极限为10m/s, 润滑涡轮的速度极限为5m/s。当设备运转速度超过极限时, 不宜采用润滑脂进行润滑。
3.4、利用设备运转负荷选择润滑脂
根据设备运转负荷来选择润滑脂。对中负荷和高负荷的运转设备应该选择极压型润滑脂产品进行润滑, 否则会损伤设备。
四、润滑脂的品种与应用
国内轴承润滑脂市场包含众多品牌, 产品主要有SKF公司系列产品、长城系列润滑脂、壳牌AvaniaRLQ2、美孚HP222、美孚MoBulux2、雪佛龙SRI2、日本协同、重庆一坪7014、7019等产品。该表 (表2-3) 根据设备的工作条件和润滑脂的使用特性, 同时结合轴承的速度指数、负荷比等列举了国内外几种润滑脂。
五、结束语
注:Ka-轴承系数, 深沟球轴承、角接触滚珠轴承Ka=1;锥形轴承、滚针轴承、球型轴承Ka=2;轴向负荷圆柱滚子轴承Ka=3;N-转速, r/min;dm-轴承名称直径, dm=D+d/2, D为轴承外径, d为轴承内径, mm;
注:Pr-轴承径向负荷, KN;P-轴瓦所受负荷, KN;B-轴瓦宽度, mm;C-轴承额定动态负荷, kN;d-轴瓦内径, mm。
注:Y-可以选用, N-不能选用, T-推荐选用
轴承的良好润滑是电机安全、平稳运行的重要保证之一, , 应根据电机的运转速度、运转负荷、工作环境等因素, 选择恰当、合理的润滑脂, 不但增加了轴承的使用寿命又起到了抗磨损、防腐蚀、降低噪声等效果, 保证设备长周期、可靠、经济运行。
参考文献
【1】朱廷彬·润滑脂技术大全·中国石化出版社, 2009
【2】陈国志·轴承润滑脂的使用·哈尔滨轴承, 2004
