من أجل تحديد المواقع الآلية الدقيقة ، فكر في المحركات الخطية المستندة إلى السائر.

المحركات الخطية تولد القوة والحركة بشكل أساسي من خلال خط مستقيم. في نظام ميكانيكي نموذجي ، سيوفر عمود إخراج الجهاز حركة خطية باستخدام محرك دوار من خلال التروس أو الحزام والبكرة أو المكونات الميكانيكية الأخرى. المشكلة هي أن هذه المكونات يجب أن تقترن ومحاذاة. والأسوأ من ذلك ، أنها تضيف عناصر ارتداء مثل الاحتكاك ورد الفعل إلى نظام. لتلبية احتياجات تحديد المواقع الدقيقة ، يأتي بديل أكثر فعالية ومباشرة من المشغلات الخطية القائمة على السائر.

تبسط هذه الأجهزة تصميم آلة أو آلية تتطلب وضعًا خطيًا دقيقًا لأنها توفر تحويلًا من الدوران إلى الخط داخل المحرك مباشرة. تحرك المحركات درجة معينة من الحركة الدورانية لكل نبضة مدخلات كهربائية. توفر هذه الميزة "خطوة" المزعومة واستخدام LeadScrew دقيق تحديد موقع دقيق وقابل للتكرار.

أساسيات السائر
لمعرفة كيفية عمل المحركات ، من المفيد فهم أساسيات محركات السائر. تشمل أنواع مختلفة من محركات السائر التردد المتغير (VR) ، والمغناطيس الدائم (PM) ، والهجين. تتمحور هذه المناقشة على السائر الهجين ، الذي يوفر عزم الدوران العالي ودقة تحديد المواقع (1.8 أو 0.9 درجة خطوة). في أنظمة المشغل الخطي ، توجد الهجينة في أجهزة مثلxyالجداول ، محللات الدم ، معدات HVAC ، روبوتات القنوات الصغيرة ، آليات التحكم في الصمامات ، وأنظمة إضاءة المراحل الآلية.

تحت غطاء محرك السيارة الهجين يجلس دوار مغناطيسي دائم وجد صلب ملفوف مع لف ملف. تنشيط الملف يخلق مجالًا كهرومغناطيسيًا مع أعمدة شمال وجنوب. يقوم الجزء الثابت بإجراء المجال المغناطيسي ، مما تسبب في محاذاة الدوار مع الحقل. نظرًا لأن تنشيط وتنشيط لفائف لفائف يغير المجال المغناطيسي ، فإن كل نبضة أو خطوة تدخل تتسبب في تحريك الدوار 0.9 أو 1.8 درجة دورانية ، اعتمادًا على النموذج المختلط. في مشغل خطي السائر ، يشارك جوز الدقة الملولبة المضمّنة في الدوار مع Leadscrew (الذي يحل محل رمح تقليدي).

يوفر LeadScrew قوة خطية باستخدام المبدأ الميكانيكي البسيط للطائرة المائلة. تخيل عمودًا فولاذيًا مع منحدر أو طائرة مائلة ملفوفة حوله. يتم تحديد الميزة الميكانيكية أو تضخيم القوة بزاوية المنحدر والتي هي وظيفة قطر المسمار ، الرصاص (المسافة المحورية يتقدم خيط المسمار في ثورة واحدة) ، وملعب (تقاس المسافة المحورية بين أشكال الخيط المجاورة).

تترجم خيوط LeadsCrew قوة دورانية صغيرة إلى قدرة حمولة كبيرة ، اعتمادًا على انحدار المنحدر (خيوط الرصاص). يوفر الرصاص الصغير قوة أعلى ولكن السرعات الخطية المنخفضة. يمنح الرصاص الكبير قوة أقل ولكن سرعة خطية أعلى من نفس مصدر الطاقة الدوارة. في بعض التصميمات ، يتكون الجوز المضمّن في الدوار من برونز من الدرجة المحمولة يفسح المجال لتصنيع الخيوط الداخلية. لكن البرونز هو حل وسط هندسي بين التشحيم والاستقرار البدني. مادة أفضل هي لدغة حرارية مشحمة مع معامل أقل بكثير من الاحتكاك في واجهة خيط Nut-Screw.

تسلسل خطوة
تشمل مخططات قيادة محرك السائر "One Phase On" خطوة و "مرحلتين على مرحلتين".

في تسلسل "مرحلة واحدة على" لمحرك ثنائي الطور البسيط ، تُظهر الخطوة 1 المرحلة A من الجزء الثابت النشط. هذا يغلق مغناطيسي الدوار لأنه على عكس الأعمدة جذب. مرحلة الدوران A و B على يجعل الدوار يتحرك 90 درجة في اتجاه عقارب الساعة (الخطوة 2). في الخطوة 3 ، المرحلة B هي O والمرحلة A ON ، ولكن مع انعكاس القطبية من الخطوة 1. يسبب الدوار في تدوير 90 درجة أخرى. في الخطوة 4 ، يتم تشغيل المرحلة "أ" ويتم تشغيل المرحلة ب ، مع عكس قطبية من الخطوة 2. يؤدي تكرار هذا التسلسل إلى تحريك الدوار في اتجاه عقارب الساعة في خطوات 90 درجة.

في تسلسل "مرحلتين على" ، يتم تنشيط كلتا المرحلتين المحركتين دائمًا ، وفقط قطبية مفاتيح مرحلة واحدة. هذا يتسبب في محاذاة الدوار بين الشمال "المتوسط" و "متوسط" الأعمدة المغناطيسية الجنوبية. نظرًا لأن كلا المرحلتين دائمًا ، توفر هذه الطريقة عزم دوران بنسبة 41.4 ٪ أكثر من خطوة "مرحلة واحدة على".

لسوء الحظ ، على الرغم من أن البلاستيك يعمل بشكل جيد بالنسبة للخيوط ، إلا أنه ليس مستقرًا بما يكفي للمجلات الحاملة في تصميم السهول الهجين. ذلك لأنه في ظل حالة تحميل كامل مستمر ، يمكن للمجلات البلاستيكية توسيع أربعة أضعاف المجلات النحاسية. هذه الكمية غير مقبولة لأن تصميم المحرك يتطلب فجوة الهواء من الجزء الثابت إلى الدوران على بعد بضعة آلاف من البوصة. تتمثل وسيلة حول هذه المشكلة في حقن الخيوط البلاستيكية في العفن داخل غلاف نحاسي سيتم إدخاله في دوار المغناطيسية الدائمة. يزيد هذا النهج من الحياة الحركية ويوفر احتكاكًا منخفضًا مع الحفاظ على استقرار الحمل.

من بين الأنواع المختلفة من مشغلات Haydon ، تحتوي الأجهزة "الأسير" على آلية مضادة للمضادات. يوفر هذا التكوين أقصى قدر من السكتة الدماغية التي تصل إلى 2.5 بوصة. وتناسب تطبيقات مثل الاستغناء عن السوائل الدقيقة ، والتحكم في الخانق ، وحركة الصمام. أنواع أخرى منهايدونالمشغلات الخطية هي "الخطي غير المكعب" و "الخارجي" والتي تتناسب مع التطبيقات التي تحتاج إلى ضربة أطول مثل نقل أنابيب الدم بواسطة روبوتات غنري صغيرة ،xyأنظمة الحركة ، وأنظمة التصوير.

تحجيم المحرك
يوضح مثال التطبيق أفضل كيفية حجم مشغل. النظر في المعلمات التالية:

القوة الخطية المطلوبة لتحريك الحمل = 15 رطل (67 ن)
المسافة الخطية ، م ، يجب نقل الحمل = 3 بوصة (0.0762 م)
وقت،t، مطلوب لتحريك الحمل في ثوانٍ = 6 ثوانٍ
العدد المستهدف للدورات = 1،000،000

هناك أربع خطوات لتغيير حجم مشغل خطي السائر: 1) تحديد تصنيف القوة الأولي للمشغل اللازم لتلبية الحياة المطلوبة ؛ 2) تحديد السرعة في ملليمتر/ثانية ؛ 3) اختر حجم إطار المشغل المناسب ؛ و 4) تحديد دقة المسمار المناسبة بناءً على متطلبات القوة.

أفضل طريقة للتنبؤ بالحياة هي من خلال اختبار التطبيق ، وهو موصى به للغاية. تقنية باستخدامالحمل في المئة مقابل عدد الدوراتمنحنى بمثابة تقريب جيد الأول. لا يوجد لدى محركات السائر ليس لها فرش لارتداءها ، وتستخدم الدقة التي تعمل بالكرات الطويلة ، وبالتالي فإن مكون التآكل الرئيسي هو الجوز الكهربائي. لذلك ، فإن عدد الدورات التي يستمر الجهاز مع استمرار تلبية مواصفات التصميم هي وظيفة الحمل.

الرجوع إلىالحمل في المئة مقابل عدد الدوراتالرسم البياني لتحديد عامل التحجيم الصحيح للمشغل لتحمل 1،000،000 دورة. هذا يتبين أن 50 ٪ - عامل 0.5. القوة المصنفة الأولية ، N ، المطلوبة لتلبية الحمل بعد 1،000،000 دورة هي 15 رطل/0.5 = 30 رطل أو 133 ن.

الآن حدد الطاقة الميكانيكية الخطية المطلوبة في واط:

P_خطي= (n × م)/ر

في مثالنا ، يصبح هذا (133 × 0.0762)/6 = 1.7 واط

مع هذه البيانات ، استخدمحجم إطار المشغلجدول لتحديد حجم الإطار الصحيح. تتطلب جميع المشغلات الخطية الساكب الحركية محركًا إرسال نبضات إلى المحرك. لاحظ أن الجدول يسرد الطاقة لكل من محرك L/R (جهد ثابت) ومحرك مروحية (تيار ثابت). ما لم يكن التطبيق يعمل بالبطارية (كما هو الحال في جهاز محمول محمول) ، يوصي الشركات المصنعة بشدة بمحرك مروحية لتحقيق أقصى أداء. في هذا المثال ، تكشف مراجعة مواصفات طاقة محرك Chopper في الجدول عن سلسلة Haydon 43000 (الحجم 17 الهجينة) أكثر ما يلتقي بمتطلبات 1.7 W. يلبي هذا الاختيار متطلبات التحميل دون تصميم النظام.

بعد ذلك ، حساب السرعة الخطية (IPS). هذا يعطى من قبلم/رويأتي إلى 3 in./6 ثانية = 0.5 IPS. مع حجم الإطار المحسن (الحجم 17 الهجين) والسرعة الخطية (0.5 IPs) في متناول اليد ، استخدم ما هو مناسبالقوة مقابل السرعة الخطيةمنحنى لتحديد الدقة الصحيح للـ LeadsCrew. في هذه الحالة ، فإن دقة الرصاص المطلوبة هي 0.00048 بوصة.

أذكر أن Leadscrew يتقدم بناءً على عدد خطوات الإدخال إلى المحرك. يتم التعبير عن منحنيات الأداء في كل من "IPS" و "الخطوات/ثانية". للتحقق من اختيارك ، تحقق من القوة بمعدل الخطوة المطلوب من خلال الإشارة إلىقوة مقابل معدل النبضالمنحنى ، حيث: الدقة المختارة = 0.00048 في.

يوضح رسم 1،041 كقيمة المحور السيني (معدل النبض) ورسم خط عمودي من هذه النقطة إلى المنحنى أن قيمة المحور ص (القوة) هي 30. لذلك ، يكون التحديد صحيحًا.