基于步进电机的三自由度直角型机械手设计（含全套CAD图纸） .doc

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1、摘 要在工业上，自动控制系统有着广泛的应用，如工业自动化机床控制、计算机系统、机器人等。其中工业机器人是相对较新的机械电子设备，它在现代化工业生产中正扮演着越来越重要的角色。全自动化工业机械手有能模仿人手和手臂的某些动作功能，用固定程序搬运，抓取物体或操作工具的自动操作装置，机械手主要由手部和运动机构组成。按照搬运或者抓去的物件形状、尺寸、重量、材料和作业环境等的要求的不同，手部有几种结构形式，吸附型，托持型和夹持型等。运动机构的功能是使手部完成各种动作：移动、转动等运动来实现规定的动作。机构的伸缩、升降和旋转等运动方式，称为机械手的自由度。本设计选用三自由度直角坐标型工业机器人，其工作方向为

2、四个直线方向，是通过滚珠丝杠来实现小臂与大臂的伸缩，升降。而这些动作都是通过在步进电机的带动下进行。在控制器的作用下，它将执行将工件从一条流水线抓取并运送到另一条流水线这一简单的动作。本篇论文主要对机械手的传动部分滚珠丝杠与步进电机进行了计算，计算内容主要包括工业机器人的传动机构的设计，以及其机械传动装置的选择。另外对控制部分的描述主要有单片机的控制方案，接线原理图以及程序流程图等。关键词：三自由度，直角坐标，工业机器人ABSTRACTIndustrially, automatic control systems have a wide range of applications, such

3、as automation machine tool control, computer systems, robotics. The industrial robot is a relatively new machinery and electronic equipment in the modern industry, it is playing a more and moreimportant role.Fully automated industrial machinery hand can imitate hand and arm some action function, wit

4、h fixed procedures handling, grasping an object or operation tool for automatic operation device, the manipulator is mainly composed of a hand and the movement mechanism. According to the transporting or catch to object shape, size, weight, materials and working environment of the different requirem

5、ents, hand there are several structure forms, adsorption, supporting and clamping type. Motion mechanism is the function of the hand to complete a variety of actions: moving, rotating movement to achieve the required action. Body stretching, lifting and rotating movement, known as the degrees of fre

6、edom manipulator. The design of three degree of freedom industrial robot in Cartesian coordinate type, which is composed of four linear direction, through ball screw to realize small arm and the arm stretching, lifting. These movements are all based on the stepper motor driven by. Under the action o

7、f the controller, it will perform a workpiece from one production line to crawl and transported to another line of this simple action. This paper focuses on the manipulator drive portion of the ball screw and the stepping motor were calculated, calculate the content mainly includes industrial robot

8、design of the transmission mechanism, and the mechanical transmission device selection. In addition to the control part of the description there are single-chip microcomputer control scheme, the wiring diagram and the program flow diagram.Key words ：three degrees of freedom, Cartesian coordinates ,

9、industrial robot目 录 1 绪论11.1 装配机械手的概述11.2 国内外研究现状与发展趋势12 工业机器人的总体设计22.1 工业机器人的组成及各部分关系概述22.2 工业机器人的设计分析32.2.1设计要求32.2.2总体方案拟定32.2.3工业机器人的主要技术参数42.3 控制系统的设计分析53 工业机的机械系统设计63.1 工业机器人的运动系统分析63.2 工业机器人的执行机构设计63.2.1末端执行机构设计63.2.2气缸的确定93.2.3手臂机构的计算设计133.2.4 基座的计算设计203.3 工业机器人的机械传动装置的选择263.3.1联轴器的选择 263.3.

10、2滚珠丝杠的选择274 机械手的单片机控制系统设计284.1 机械手单片机控制方案284.1.1控制系统的控制原理及控制要求284.1.2机械手的工作流程294.1.3驱动器的选择324.2 机械手单片机接线原理图的设计324.2.1电源电路324.2.2 时钟电路334.2.3 复位电路334.2.4 接线原理图344.3 机械手单片机程序流程图的设计344.4 汇编语言的设计395 结论42 1 绪论 1.1 装配机械手的概述机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在工业生产线中，机械手具有很广泛的用途。它是工作抓取和装配系统中的一个重 要组成部分。它的基本作用是从指定位

11、置抓取工件运送到另一个指定的位置进行装配。 机械手臂代替了人工的繁杂劳动，并且操作精度高，提高了产品质量和生产效率。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械手和自动化的有机结合。在机械行业中它可以用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，装配机械手以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可 以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行 各种操作。它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产

12、品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。本课题主要应用于生产加工生产线，实现加工过程（上料、加工、下料）的自动化、无人化。通过对机械电子工程（机电一体化方向）专业大学本科的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的数控机床送料机械手设计，能够比较好地体现机械电子工程（机电一体化方向）专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能

13、够实现理论和实践的有机结合。1.2 设计背景与应用意义机械手工程是近二十多年来迅速发展起来的综合学科。它集中了机械工程、 电子工程、计算机工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新研究成果， 是当代科学技术发展最活跃的领域之一。装配机械手是 一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作， 主要用于搬运材料，传递工件。并且由于装配所具有的重要意义,装配领域将是未来机器人技术发展的焦点之一。其重要性在机器人应用中将跃居第一位。因此，各大型工厂都需要装配机器人来提高其工作效率，需要设计建议。2 工业机器人的总体设计2.1 工业机器人的组成及各部分关系概述图2-1 工业机器

14、人的组成图它主要由机械系统(执行系统、驱动系统)、控制检测系统及智能系统组成。执行系统：执行系统是工业机器人完成抓取工件，实现各种运动所必需的机械部件，它包括手部、腕部、机身等。（1）手部：又称手爪或抓取机构，它直接抓取工件或夹具。（2）腕部：又称手腕，是连接手部和臂部的部件，其作用是调整或改变手部的工作方位。（3）臂部：是支承腕部的部件，作用是承受工件的负荷，并把它传递到预定的位置。（4）机身：是支承手臂的部件，其作用是带动臂部自转、升降或俯仰运动。驱动系统：为执行系统各部件提供动力，并驱动其动力的装置。常用的机械传动、液压传动、气压传动和电传动。控制系统：通过对驱动系统的控制，使执行系统按

15、照规定的要求进行工作，当发生错误或故障时发出报警。检测系统：作用是通过各种检测装置、检测执行机构的整体运动情况，根据需要给控制系统以反馈，与规定要求进行比较，以保证运动符合要求。由图2-2表示机械手控制各部分关系。图2-2 各部分关系图2.2 工业机器人的设计分析2.2.1 设计要求综合运用所学知识,搜集有关资料独立完成三自由度直角坐标型工业机器人操作机和驱动单元的设计工作。（1）机械手最大抓重: 1kg（2）工件尺寸： 直径约23cm（3）自由度数: 3个自由度（4）坐标型式: 直角坐标（5）手指开合角度： 60（最大速度: 60度每秒）（6）Y轴大臂上下移动距离为： 20cm（最大速度10

16、cm/s） （7）Y轴小臂上下移动距离为： 10cm（最大速度10cm/s）（8）X轴小臂伸缩距离为： 10cm （最大速度10cm/s）（9）Z轴平移距离为： 10cm （最大速度10cm/s）（10）机械手（重复）定位精度： 0.5mm2.2.2 总体方案拟定在装配机械手的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。这两项功能实现的技术基础是完善的机械结构设计和精确的控制驱动。本次设计就是在这一思维下展开的。根据设计内容和需求确定装配机械手，利用步进电机控制平移运动；利用四台步进电机驱动滚珠丝杠旋转，从而使与滚珠丝杠螺母副固连在一起的手臂实现上下及其前后运动；末端夹持器则采用连杆式夹持器，用小型

17、气压缸驱动夹紧。由图2-3显示机械手外形轮廓。 图2-3 机械手外形图 2.2.3 工业机器人主要技术性能参数工业机器人的技术参数是说明其规格和性能的具体指标。主要技术参数有如下：（1）抓取重量：抓取重量是用来表明机器人所能承受负载能力的参数，这是一项主要参数。这项参数一般是指在正常速度下所抓取的物体的重量。（2）工件的极限尺寸：抓取工件的极限尺寸是用来表明机器人抓取功能的重要参数，它表示手部所能抓取的最大的工件尺寸，是设计手部的基础。（3）坐标形式和自由度：说明机器人机身、手部、基座等共有的自由度数及它们组成的坐标系特征。（4）运动行程范围：指执行机构直线移动距离的范围，即各运动自由度的运动

18、范围。根据行程范围和坐标形式就可确定机器人的工作范围。（5）运动速度：是反映机器人性能的重要参数。通常所指的运动速度是机器人的最大运动速度。它与定位精度，抓取的工件重量等参数有关，相互影响。当今社会国内外机器人的最大直线移动速度为1000mm/s左右，回转速度的最大值为180/s。（6）定位精度和重复定位精度：定位精度和重复定位精度是衡量机器人工作质量的一项重要指标。编程方式和存储容量。本课题设计中我采用的是三自由度直角坐标型机械手，其中机械手的小臂、大臂、基座与末端执行器分别通过步进电机、气压缸与单片机控制。机械手的有关技术参数见下表2-1。表2-1 三自由度直角坐标机器人机械手类型三自由度

19、直角坐标型抓取重量1Kg自由度3个（3个方向的移动）机座伸缩运动，前后移动范围100mm， 步进电机驱动 单片机控制大臂机构 伸缩运动，升降范围200mm， 步进电机驱动 单片机控制小臂机构 伸缩运动，伸缩范围100mm， 步进电机驱动 单片机控制末端执行器气压缸驱动 单片机控制2.3 控制系统的设计分析本课题采用单片机对机械手进行控制，初定8051系列，根据机械手的工作流程编制出单片机程序（可能在实际设计过程中会有改动）。机械手的工作流程图如图2-4所示。图2-4 机械手工作流程图 3 工业机的机械系统设计3.1 工业机器人的运动系统分析机械手的运动，可从该机械手的自由度，工作空间和机械结构

20、类型等三方面来讨论。（1）机械手的运动自由度所谓机械手的运动自由度是指确定一个机械手操作位置时所需要的独立运动参数的数目，它是表示机械手动作灵活程度的参数。本设计的机械手具有移动副一种运动副，具有手臂伸降，平移，前后往复三自由度,如图3-1所示。图3-1机械手机构简图（2）机械手的工作空间工作空间是指机械手正常运行时，手部参考点能在空间活动的最大范围，是机械手的主要技术参数。（3）机械手的机械结构类型直角坐标型为本设计所采用方案，这种运动形式是通过伸缩、平移和升降，共三个自由度组成的运动系统。3.2装配机械手的执行机构设计3.2.1 末端执行机构设计 装配机械手的末端执行机构设计是用来抓持工件

21、或工具的部件。手部抓持工件的准确、迅速和稳定程度都将直接影响到工业装配机械手的工作性能，它是工业装配机械手的关键部件之一。 1.设计时要注意的问题： 1) 末端执行机构应有足够的夹紧力，为使手指稳定的夹紧工件，除考虑工件在传送过程中的动载荷外，还应考虑工件夹持工件的重力。 2) 末端执行机构应有一定的开闭范围。应注意手部接近工件的运动路线及其方位的影响，以及工件尺寸的大小 。3) 应能保证末端执行机构内的工件能被准确定位。 4) 结构尽量紧凑重量轻，以利于接下来的手臂的结构设计。 5) 根据使用条件考虑其通用性。 2.总体的结构设计 采用连杆杠杆式夹持器，用小型压缸驱动夹紧，它的结构形式如图3

22、-2所示。连杆杠杆式夹持器采用四连杆机构传递撑紧力，即当气压缸工作时，推动推杆向上运动，使两钳爪向内收拢，从而带动弹性爪夹紧工件。与本设计的零件要求相符，且这种夹持器多用于实心圆柱零件的夹持。图3-2末端执行器其工件重量G=1公斤，V形手指的角度2 =120o，b=30mm R=12.5mm，摩擦系数为f=0.25。图3-3手爪受力分析图（1）根据手爪类别,计算夹紧力。采用摩擦锁紧方式，故受力分析得： （3-1）式中，m -工件质量；g -重力加速度；a -动态运动时产生的加速度；S -安全系数； -V型手爪张开的角度； -气爪夹头与工件的摩擦因素；由于手抓与工件材料都采用45钢，查表得 =0

23、.25 (3-2) 其驱动力为: (3-3)所以 实际驱动力： （3-4）取传动效率0.94，并取。若被抓取工件的为匀速取a = 0时，则： 所以夹持工件时所需夹紧气缸的驱动力为345N 。3.2.2气缸的确定1.气缸工作压力的确定由液压传动与气压传动取气缸工作压力2.气缸内径D和活塞杆直径d 的确定本课题设计的气缸属于双向作用气缸。单活塞杆双作用气缸是使用最为广泛的一种普通气缸。因其只在活塞一侧有活塞杆，所以压缩空气作用在活塞两侧的有效面积不等。活塞左行时活塞杆产生推力，活塞右行时活塞杆产生拉力。 （3-5） （3-6）式中，- 活塞杆上的推力，N-活塞杆的拉力，N- 气缸工作时的总阻力，N

24、p - 气缸工作压力，PaD-活塞直径，md -活塞杆直径，m气缸工作时的总阻力与众多因素有关，如运动部件惯性力、密封处摩擦力、背压阻力等。以上因素可以载荷率 的形式计入公式，如要求气缸的静推力和静拉力，则在计入载荷率后： （3-7） （3-8）计入载荷率就能保证气缸工作时的特性。若气缸动态参数要求较高；且工作频率高，其载荷率一般取 = 0.3 0.5，速度高时取小值，速度低时取大值。若气缸动态参数要求一般，且工作频率低，基本是匀速运动，其载荷率可取 = 0.7 0.85。由以上分析得双向作用气缸的直径: （3-9）代入有关数据，可得 查机械设计手册圆整，得D=40mm由d / D = 0.2

25、 0.3 ,可得活塞杆直径: d = (0.2 0.3)D = 8 12mm圆整后，取活塞杆直径d=12mm3.缸筒壁厚和外径的设计缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算: （3-10）式中， - 缸筒壁厚，mmD- 气缸内径，mm - 气缸试验压力，一般取 = 1.5p（Pa）p -气缸工作压力 （Pa） -缸筒材料许用应力（Pa）本课题手爪夹紧气缸缸筒材料采用为:铝合金ZL106, =3MPa代入己知数据，则壁厚为: 取，则缸筒外径为：手部活塞杆行程长L计算活塞杆的位移量气缸（活塞）行程与其使用场合及工作机构的行程比

26、有关。多数情况下不应使用满行程，以免活塞与缸盖相碰撞，尤其用于夹紧等机构。为保证夹紧效果，必须按计算行程多加10 20mm的行程余量。L = 6.5 + 20 = 26.5mm 故查有关手册圆整为l = 27mm校核：（1）活塞杆稳定性的验算：当活塞杆的长度L较小时（L 10d），可以只按强度条件校核计算活塞杆直径d 有： （3-11）其中, 则： 所以设计满足要求（2）气缸推力验算： （3-12） 由以上计算可知气缸可能产生的推力大于夹紧工件所需的推力所以该气缸满足要求。4.消耗气量的计算气缸的耗气量与缸径、行程、工作频率和从换向阀到气缸的连接管路容积（死容积）有关，气缸每分钟消耗的压缩空气

27、流量Q为： （3-13）式中，D-气缸缸径，md -活塞杆直径，ms -活塞行程，mn -气缸活塞每分钟往复次数此公式未考虑气缸内的死容积，因此计算值比实际值偏小，设计时要根据具体情况加以修正。 5.气缸进排口的计算气缸的进排气口当量直径的大小与气缸的耗气量有关，除特殊情况外，一般气缸的进气口、排气口尺寸相同。气缸进排气口当量直径用下式计算 （3-14）式中Q-工作压力下气缸的耗气量，m3 / s V-空气流经进排气口的速度，一般取V = 10 15m/ s把计算出来的气缸进排气口当量直径进行圆整后，按照GB/T1403893气缸气口螺纹选择合适的气口螺纹。故，6.手抓部分总质量估算 （3-1

28、5）其中：手爪部分和活塞杆材料采用45钢，缸筒和端盖连接材料采用铝合金ZL106查相关手册， 45号钢密度为7.85kg/ ZL106的密度为 2.73 kg /手抓部分总质量约为m = 0.2491+1.1191+1 = 2.3682kg3.2.3 手臂机构的设计Y轴小臂手臂的结构设计1. 初选电机为90BYG250C2.滚珠丝杠的选择根据电机以及末端执行机构 拟使用条件 负载重量 W=5KG最大行程 Smax=100mm 快速进给速度 Vmax=100mm/s 加减速时间常数 t=0.15s 预期寿命 Lh=30000h 直线运动导程摩擦系数 =0.02 电机转速 Nmax=600r/mi

29、n（1）设定螺距根据电机最大的转速与快速进给速度 （3-16）（2）计算基本动态额定负载各动作模式下的轴向负载的计算1）加速时加速度 （3-17）轴向负载 （3-18） 2）匀速时轴向负载 （3-19）3）减速时轴向负载 （3-20）各动作模式1次循环所需的时间（s）螺距为10的负载条件根据上述两表所示条件计算轴向均负载与平均转速 （3-21） （3-22）计算所需基本动态额定负载C根据预期寿命，扣除停止时间后的净运行使用寿命 （预计夹紧1s上下运动5s）将运行系数带入公式中 （3-23）因此选择BSBR2510丝杠（3） 容许屈曲载荷危险速度计算 研讨丝杠轴全场L 与危险速度Nc 屈曲载荷P

30、k L=最大行程+螺母长度+余量+末端尺寸=100+80+20+115=315mm下面就屈曲载荷进行讨论，设负载作用点间距 （3-24）式中：开始引起压曲的负载：负载作用点距离E：杨氏模量I：丝杠轴最小惯性矩 （3-25）n：由丝杠的支撑方式决定系数铰支铰支n=1 固定铰支n=2(选用) 固定铰支n=4 固定自由n=0.25 （3-26）式中:屈曲载荷：安全系数（0.5）说明容许轴向负载充分满足使用条件由于电机速度比较慢 肯定安全 无需校核危险速度（4） 最终选型结果适合的滚珠丝杠的形式为 BSBR2510-315支座型号为BRW103 校核驱动电机（1）传动系统等效转动惯量计算1）电机转子转

31、动惯量 （3-27）2）滚珠丝杆的转动惯量的折算 (3-28)3）手臂上下移动惯量的折算工作台是移动部件，其移动质量折算到滚珠丝杠轴上下移动的惯量可按下式进行计算： (3-29)式中，L是丝杆导程（cm）；M为工作台质量（kg）。所以4）联轴器转动惯量 (3-31)5)系统等效转动惯量 (3-32)(2)验算矩频特性步进电机最大静转矩是指电机的定位转矩，从附件中查得步进电机的名义启动转矩与最大静转矩的关系为查的。所以 (3-33)步进电机空载启动是指电机在没有外加工作负载下的启动。步进电机所需空载启动力矩可按下式计算： (3-34)式中：为空载启动力矩为空载启动时运动部件由静止升速到最大快进速

32、度，折算到电机轴上的加速力矩（N.m）为空载时折算到电机轴上的摩擦力矩（N.m）有关的各项力矩值计算如下：1）加速力矩 (3-35) （3-36）式中：为传动系统的等效转动惯量；为电机的最大角加速度；为与运动部件最大快进速度对应的电机最大转速；t为运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的时间；为运动部件最大快进速度；为初选步进电机的步距角；为脉冲当量； （3-37） （3-38）2)空载摩擦力矩 （3-39）式中:M为运动部件的总重量；为导轨摩擦系数；为传动系统总效率；（）L为滚珠丝杠的最大行程； （3-40）3）附加摩擦力矩 （3-41）式中；为滚珠丝杠预紧力；（为最大轴向负载的）为滚珠丝

33、杠未预紧时的传动效率，现取 （3-42）所以，步进电机所需空载启动力矩： （3-43）初选电机型号应满足步进电机所需空载启动力矩小于步进电机名义启动转矩，即从上式可知电机初步满足要求。（3）启动矩频特性校核步进电机启动有升速启动和突跳启动。升速启动是步进电机从静止状态开始逐渐升速，在零时刻，启动频率为零。突跳启动很少使用。在一段时间内，按一定的升速规律升速。启动结束时，步进电机达到了最高运行速度。从下图中，可查得图3-4 90BYG250C 矩频特性图纵向：空载启动力矩。对应的允许启动频率。步进电机90BYG250C启动频率，所以步进电机不会丢步。（4）运行矩频特性校核步进电机的最高快进运行频

34、率可按下式计算； （3-44）式中：为部件最大快进速度；为脉冲当量；所以，快进力矩的计算公式：式中：为快进时，折算到电机轴上的摩擦力矩，为附加摩擦力矩。算得： 从90BYG250C运行矩频特性图中，可知对应的允许快进频率；所以所用的电机都满足快速进给运行矩频特性要求。 综上所述，所选用的步进电机90BYG250C符合要求，可以使用。3.2.4基座的计算设计1. 初选电机为90BYG250C2.滚珠丝杠的选择根据电机以及末端执行机构 拟使用条件 负载重量 W=50KG最大行程 Smax=100mm 快速进给速度 Vmax=100mm/s 加减速时间常数 t=0.15s 预期寿命 Lh=30000

35、h 直线运动导程摩擦系数 =0.02电机转速 Nmax=600r/min（1）设定螺距根据电机最大的转速与快速进给速度 （2）计算基本动态额定负载各动作模式下的轴向负载的计算1）加速时加速度轴向负载2）匀速时轴向负载 3）减速时轴向负载 各动作模式1次循环所需的时间（s）螺距为10的负载条件根据上述两表所示条件计算轴向均负载与平均转速 计算所需基本动态额定负载C根据预期寿命，扣除停止时间后的净运行使用寿命 （预计夹紧1s前后运动5s）将运行系数带入公式中 （3-45）因此选择BSBR2510丝杠（3） 容许屈曲载荷危险速度计算 研讨丝杠轴全场L 与危险速度Nc 屈曲载荷Pk L=最大行程+螺母

36、长度+余量+末端尺寸=100+80+20+115=315mm下面就屈曲载荷进行讨论，设负载作用点间距 （3-46）式中：开始引起压曲的负载：负载作用点距离E：杨氏模量I：丝杠轴最小惯性矩 （3-47）n：由丝杠的支撑方式决定系数铰支铰支n=1 固定铰支n=2(选用) 固定铰支n=4 固定自由n=0.25 式中:屈曲载荷：安全系数（0.5）说明容许轴向负载充分满足使用条件由于电机速度比较慢 肯定安全 无需校核危险速度（4） 最终选型结果适合的滚珠丝杠的形式为 BSBR2510-315支座型号为BRW103 校核驱动电机（1）传动系统等效转动惯量计算1）电机转子转动惯量 2）滚珠丝杆的转动惯量的折

37、算 （3-48）3）手臂上下移动惯量的折算工作台是移动部件，其移动质量折算到滚珠丝杠轴上下移动的惯量可按下式进行计算：式中，L是丝杆导程（cm）；M为工作台质量（kg）。所以4）联轴器转动惯量 5)系统等效转动惯量 (2)验算矩频特性步进电机最大静转矩是指电机的定位转矩，从附件中查得步进电机的名义启动转矩与最大静转矩的关系为查的。所以步进电机空载启动是指电机在没有外加工作负载下的启动。步进电机所需空载启动力矩可按下式计算： 式中：为空载启动力矩为空载启动时运动部件由静止升速到最大快进速度，折算到电机轴上的加速力矩（N.m）为空载时折算到电机轴上的摩擦力矩（N.m）有关的各项力矩值计算如下：1）

38、加速力矩 （3-49） （3-50）式中：为传动系统的等效转动惯量；为电机的最大角加速度；为与运动部件最大快进速度对应的电机最大转速；t为运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的时间；为运动部件最大快进速度；为初选步进电机的步距角；为脉冲当量； 2)空载摩擦力矩 (3-51)式中:M为运动部件的总重量；为导轨摩擦系数；为传动系统总效率；（）L为滚珠丝杠的最大行程； 3）附加摩擦力矩 (3-52)式中；为滚珠丝杠预紧力；（为最大轴向负载的）为滚珠丝杠未预紧时的传动效率，现取 所以，步进电机所需空载启动力矩： 初选电机型号应满足步进电机所需空载启动力矩小于步进电机名义启动转矩，即从上式可知电机初步满足要求。（3）启动矩频特性校核步进电机启动有升速启动和突跳启动。升速启动是步进电机从静止状态开始逐渐升速，在零时刻，启动频率为零。突跳启动很少使用。在一段时间内，按一定的升速规律升速。启动结束时，步进电机达到了最高运行速度。从下图中，可查得图3-5 90BYG250C 矩频特性图纵向：空载启动力矩。对应的允许启动频率。步进电机90BYG250C启动频率，所以步进电机不会丢步。（4）运行矩频特性校核步进电机