Ajattele tarkat automatisoidut paikannuksen askelmoottoripohjaiset lineaariset toimilaitteet.

Lineaariset toimilaitteet tuottavat pääasiassa voimaa ja liikettä suoran linjan kautta. Tyypillisessä mekaanisessa järjestelmässä laitteen lähtöakseli tarjoaisi lineaarisen liikkeen kiertomoottorilla hammaspyörien, hihnan ja hihnapyörän tai muiden mekaanisten komponenttien läpi. Ongelma on, että nämä komponentit on kytketty ja kohdistettava. Vielä pahempaa, ne lisäävät kulutuselementtejä, kuten kitka ja takaisku järjestelmään. Hienompien paikannustarpeiden saavuttamiseksi tehokkaampi ja suoraviivaisempi vaihtoehto tulee Stepper-Motor-pohjaisista lineaarisista toimilaitteista.

Nämä laitteet yksinkertaistavat koneen tai mekanismin suunnittelua, joka vaatii tarkan lineaarisen sijoittamisen, koska ne tarjoavat kierto-lineaarisen muuntamisen suoraan moottorin sisällä. Toimilaitteet siirtävät tiettyä kiertoliikettä jokaiselle sähköisän syöttöpulssille. Tämä ns. ”Askel” -ominaisuus ja tarkan lyijyruuvin käyttö tarjoaa tarkan ja toistettavan paikannuksen.

Askelmoottori perustiedot
Toimilaitteiden toimivuuden näkemiseksi on hyödyllistä ymmärtää Stepper -moottorien perusteet. Erityyppisiä askelmoottoreita ovat muuttuva vastahakoisuus (VR), pysyvä magneetti (PM) ja hybridi. Tämä keskustelu keskittyy hybridi -askeleen, joka tarjoaa korkean vääntömomentin ja hienon paikannuksen resoluutiota (1,8 tai 0,9 ° askel). Lineaarisissa toimilaitejärjestelmissä hybridejä löytyy laitteistaXyPöydät, verialysaattorit, LVI-laitteet, pienet porttirobotit, venttiilin hallintamekanismit ja automatisoidut vaihevalaistusjärjestelmät.

Hybridi-askelten konepellin alla istuu pysyvä magneettiroottori ja teräs staattori, joka on kääritty kela käämityksellä. Kelan energisointi luo sähkömagneettisen kentän pohjoisen ja etelän kanssa. Staattori johtaa magneettikentän, aiheuttaen roottorin kohdistamaan itsensä kentän kanssa. Koska kelan käämien peräkkäin energinen ja deenergisointi muuttaa magneettikenttää, jokainen syöttöpulssi tai askel aiheuttaa roottorin liikuttavan asteittain 0,9 tai 1,8 kiertoastetta hybridimallista riippuen. Askelmoottorisessa lineaarisessa toimilaitteessa roottoriin upotettu kierteitetty tarkkuusmutteri sitoutuu lyijyruuviin (joka korvaa tavanomaisen akselin).

Leadscrew tarjoaa lineaarisen voiman kaltevan tason yksinkertaisella mekaanisella periaatteella. Kuvittele teräsakseli, jossa on ramppi tai kalteva taso, kääritty sen ympärille. Mekaaninen etu tai voiman monistus määritetään rampin kulmalla, joka on ruuvin halkaisijan, lyijyn funktio (aksiaalinen etäisyys Ruuvin kierre etenee yhdessä vallankumouksessa) ja sävelkorkeuden (aksiaalinen etäisyys mitattuna viereisten kierteisten muodosten välillä).

Leadscrew -kierteet kääntävät pienen pyörimisvoiman suureen kuormituskyvyyn riippuen rampin jyrkyydestä (kierteisen lyijy). Pieni lyijy tarjoaa korkeamman voiman, mutta pienemmät lineaariset nopeudet. Suuri lyijy antaa alhaisemman voiman, mutta suuremman lineaarisen nopeuden samasta kiertovoiman lähteestä. Joissakin malleissa roottoriin upotettu voimamutteri on valmistettu laakerilaatuisesta pronssista, joka soveltuu sisäisten lankojen koneisiin. Mutta pronssi on tekniikan kompromissi voitelun ja fyysisen vakauden välillä. Parempi materiaali on voideltu kestomuovi, jolla on paljon pienempi kitkakerroin mutteriruuvin kierteellä.

Askeljaksot
Askelmoottorin ajamisjärjestelmät sisältävät ”yhden vaiheen” askel ja “kaksivaiheinen” askel.

"Yhden vaiheen" -sekvenssissä yksinkertaisen kaksivaiheisen moottorin osalta vaihe 1 näyttää energisen staattorin vaiheen A. Tämä lukitsee magneettisesti roottorin, koska toisin kuin pylväät houkuttelevat. Vaiheen A O ja B kääntäminen saa roottorin liikkumaan 90 ° myötäpäivään (vaihe 2). Vaiheessa 3 vaihe B on O ja vaihe A päällä, mutta napaisuus kääntyy vaiheesta 1. Syy roottorin kiertämiseen vielä 90 °. Vaiheessa 4 vaihe A käännetään O ja vaihe B kytketään päälle, polaarisuus käännetään vaiheesta 2. Tämän sekvenssin toisto saa roottorin liikkumaan myötäpäivään 90 ° vaiheessa.

Kahden vaiheen sekvenssissä molemmat moottorifaasit ovat aina virrassa ja vain yhden vaihekytkimen napaisuus. Tämä saa roottorin kohdistamaan itsensä "keskimääräisen" pohjoisen ja "keskimääräisen" eteläisen magneettisen napojen välillä. Koska molemmat vaiheet ovat aina päällä, tämä menetelmä tarjoaa 41,4% enemmän vääntömomenttia kuin "yhden vaiheen" askel.

Valitettavasti, vaikka muovi toimii hyvin letisteille, se ei ole riittävän vakaa laakerilehdille hybridi -askelmallissa. Tämä johtuu siitä, että jatkuvan täyden kuormituksen olosuhteissa muoviset lehdet voivat laajentua neljä kertaa niin paljon kuin messinkerehet. Tätä määrää ei voida hyväksyä, koska moottorin suunnittelu vaatii staattorin ja roottorin ilma-aukon olevan vain muutaman tuhannen tuumaa. Tapa tämä ongelma on injektiomuotin muovikierrot messinki-holkin sisällä, joka asetetaan pysyvään magneettiroottoriin. Tämä lähestymistapa lisää moottorin käyttöikää ja tarjoaa alhaisen kitkan säilyttäen samalla laakeri-lehden vakauden.

Erityyppisistä Haydon-toimilaitteista ”vankeilla” laitteilla on sisäänrakennettu antirotaation antirotaatiomekanismi. Tämä kokoonpano tarjoaa enintään 2,5 tuuman iskun ja sopii sovelluksiin, kuten tarkkuuden nesteon, kaasunhallinta ja venttiilin liikkuminen. MuunlaistaHaydonLineaariset toimilaitteet ovat ”ei -kytkettyjä” ja ”ulkoisia lineaarisia”, jotka sopivat pidemmälle aivohalvausta tarvitseville sovelluksille, kuten pienten porttirobotien veriputkien siirtäminen,XyLiikejärjestelmät ja kuvantamisjärjestelmät.

Toimilaite
Sovellusesimerkki näyttää parhaiten, kuinka toimilaite koot. Harkitse seuraavia parametreja:

Lineaarinen voima, joka vaaditaan kuorman siirtämiseen = 15 lb (67 n)
Lineaarinen etäisyys, m, kuorma on siirrettävä = 3 tuumaa (0,0762 m)
Aika,t, tarvitaan kuorman siirtämiseen sekunneissa = 6 sekuntia
Kohdesyklien lukumäärä = 1 000 000

Askelmoottorisen lineaarisen toimilaitteen koostamiseksi on neljä vaihetta: 1) Määritä toimilaitteen alkuperäisen voiman luokitus tarvittavan elämän saavuttamiseksi; 2) Määritä nopeus millimetreinä/sekunnissa; 3) valitse oikea toimilaitteen kehyksen koko; ja 4) Määritä oikean ruuvin resoluutio voimavaatimusten perusteella.

Paras tapa ennustaa elämä on sovellustestauksen avulla, jota on erittäin suositeltavaa. Tekniikka käyttämälläProsentti kuormitus verrattuna syklien lukumääräänKäyrä toimii hyvänä ensimmäisenä likiarvona. Stepper-moottoreilla ei ole harjaa kulutettavaksi, ja ne käyttävät tarkkuutta, pitkäaikaisia ​​kuulalaakereita, joten pääkulutuskomponentti on voimamutteri. Siksi laitteen syklien lukumäärä kestää samalla kun tapaavat suunnittelumäärityksiä, on kuormituksen funktio.

KatsoProsentti kuormitus verrattuna syklien lukumääräänKaavio toimilaitteen oikean mitoituksen määrittämiseksi kestämään 1 000 000 sykliä. Tämä osoittautuu 50% - tekijä 0,5. Alkuperäinen nimellisvoima, N, vaaditaan kuorman täyttämiseen 1 000 000 syklin jälkeen, on siksi 15 lb/0,5 = 30 lb tai 133 N.

Määritä nyt vaadittava lineaarinen mekaaninen teho Wattsissa:

P_lineaarinen= (N × m)/t

Esimerkissämme tästä tulee (133 × 0,0762)/6 = 1,7 W

Käytä näitä tietojaToimilaitteen kehyksen kokoTaulukko valitaksesi oikean kehyksen koon. Kaikki askelmoottoriset lineaariset toimilaitteet vaativat aseman pulssien lähettämiseksi moottorille. Huomaa, että taulukossa luetellaan sekä L/R -aseman (vakiojännite) että CHOPPER -aseman (vakiovirta) tehon. Ellei sovellusta ole akkukäyttöinen (kuten kannettavassa kannettavassa laitteessa), valmistajat suosittelevat CHOPPER -asemaa maksimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi. Tässä esimerkissä taulukon Chopper Drive Power -spesifikaatioiden katsaus paljastaa Haydon 43000 -sarjan (koko 17 hybridi), joka vastaa eniten 1,7-W: n vaatimusta. Tämä valinta täyttää kuormitusvaatimukset ilman järjestelmän suunnittelua.

Laske seuraavaksi lineaarinen nopeus (IPS). Tämän annetaanm/tja tulee 3 in./6 sek = 0,5 IPS. Optimoidulla rungon koolla (koko 17 hybridi) ja lineaarisella nopeudella (0,5 ips) kädessä, käytä sopivaaVoima vs. lineaarinen nopeusKäyrä toimilaitteen lyijyruuvin asianmukaisen resoluution määrittämiseksi. Tässä tapauksessa tarvittava lyijyruuvin resoluutio on 0,00048 tuumaa.

Muista, että lyijäruuvi etenee moottorin syöttövaiheiden lukumäärän perusteella. Suorituskykykäyrät ilmaistaan ​​sekä IPS: ssä että "vaiheissa/sekunnissa". Tarkista valintasi tarkistamalla voima vaaditulla askelopeudella viittaamallaVoima vs. pulssiKäyrä, missä: Valittu resoluutio = 0,00048 in./Step Vaadittu lineaarinen nopeus = 0,5 iP: n vaadittava askelopeus = (0,5 IPS)/(0,00048 in./step) = 1,041 vaihetta.

1 041 piirtäminen x-akselin arvoksi (pulssi) ja piirtämällä kohtisuora viiva tästä pisteestä käyrälle osoittaa Y-akselin arvo (voima) on 30. Siksi valinta on oikea.