Tarkkaa automaattista paikannusta varten ajattele askelmoottoripohjaisia ​​lineaarisia toimilaitteita.

Lineaariset toimilaitteet synnyttävät olennaisesti voimaa ja liikettä suoran linjan kautta. Tyypillisessä mekaanisessa järjestelmässä laitteen lähtöakseli antaisi lineaarista liikettä käyttämällä pyörivää moottoria hammaspyörien, hihnan ja hihnapyörän tai muiden mekaanisten komponenttien kautta. Ongelmana on, että nämä komponentit on kytkettävä ja kohdistettava. Mikä vielä pahempaa, ne lisäävät järjestelmään kuluvia elementtejä, kuten kitkaa ja välystä. Tarkempiin paikannustarpeisiin tehokkaampi ja selkeämpi vaihtoehto on askelmoottoripohjaiset lineaaritoimilaitteet.

Nämä laitteet yksinkertaistavat koneen tai mekanismin suunnittelua, joka vaatii tarkkaa lineaarista sijoittelua, koska ne tarjoavat pyörivästä lineaariseksi muunnoksen suoraan moottorin sisällä. Toimilaitteet liikuttavat tietyn asteen kiertoliikettä jokaista sähkötulopulssia kohden. Tämä niin kutsuttu "askelma"-ominaisuus ja tarkan johtoruuvin käyttö takaavat tarkan ja toistettavan paikantamisen.

Askelmoottorin perusteet
Jos haluat nähdä, kuinka toimilaitteet toimivat, on hyödyllistä ymmärtää askelmoottoreiden perusteet. Erilaisia ​​askelmoottoreita ovat muuttuva reluktanssi (VR), kestomagneetti (PM) ja hybridi. Tämä keskustelu keskittyy hybridiaskeltimeen, joka tarjoaa korkean vääntömomentin ja hienon paikannusresoluution (1,8 tai 0,9° askel). Lineaarisissa toimilaitejärjestelmissä hybridejä löytyy laitteista, kutenXYpöydät, veri-analysaattorit, LVI-laitteet, pienet portaalirobotit, venttiilien ohjausmekanismit ja automatisoidut lavavalaistusjärjestelmät.

Hybridiaskelimen konepellin alla on kestomagneettiroottori ja terässtaattori, joka on kääritty kelakäämityksellä. Kelan energisoiminen luo sähkömagneettisen kentän pohjois- ja etelänavan kanssa. Staattori johtaa magneettikenttää, jolloin roottori linjaa itsensä kentän kanssa. Koska kelan käämien peräkkäinen viritys ja jännitteenpoisto muuttaa magneettikenttää, jokainen tulopulssi tai askel saa roottorin siirtymään asteittain 0,9 tai 1,8 kiertoastetta hybridimallista riippuen. Lineaarisessa askelmoottoritoimilaitteessa roottoriin upotettu kierteinen tarkkuusmutteri kytkeytyy johtoruuviin (joka korvaa tavanomaisen akselin).

Johtoruuvi tuottaa lineaarisen voiman käyttämällä yksinkertaista kaltevan tason mekaanista periaatetta. Kuvittele teräsakseli, jonka ympärille on kiedottu ramppi tai kalteva taso. Mekaaninen etu tai voiman vahvistus määräytyy rampin kulman perusteella, joka on ruuvin halkaisijan, johdon (aksiaalinen etäisyys ruuvin kierteestä eteenpäin yhdellä kierroksella) ja nousu (aksiaalinen etäisyys vierekkäisten kierremuotojen välillä) funktio.

Johtoruuvin kierteet muuttavat pienen pyörimisvoiman suureksi kuormituskyvyksi riippuen rampin jyrkkyydestä (kierteen johto). Pieni johdin antaa suuremman voiman, mutta pienemmät lineaariset nopeudet. Suuri johdin antaa pienemmän voiman mutta suuremman lineaarisen nopeuden samasta pyörimisvoiman lähteestä. Joissakin malleissa roottoriin upotettu voimamutteri on valmistettu laakerilaatuisesta pronssista, joka soveltuu sisäisten kierteiden koneistukseen. Mutta pronssi on tekninen kompromissi voitelukyvyn ja fyysisen vakauden välillä. Parempi materiaali on voideltu kestomuovi, jonka kitkakerroin on paljon pienempi mutterin ja ruuvin kierrerajapinnassa.

Askelsekvenssit
Askelmoottorin ajokaavioihin kuuluu "yksivaiheinen" -askel ja "kaksivaiheinen" -askel.

Yksinkertaistetun kaksivaiheisen moottorin "yksi vaihe päällä" -sarjassa vaihe 1 näyttää jännitteisen staattorin vaiheen A. Tämä lukitsee roottorin magneettisesti, koska toisin kuin navat vetävät puoleensa. Vaiheen A o ja B kytkeminen päälle saa roottorin liikkumaan 90° myötäpäivään (vaihe 2). Vaiheessa 3 vaihe B on o ja vaihe A päällä, mutta napaisuus on vaihdettu vaiheesta 1. Tämä saa roottorin pyörimään vielä 90°. Vaiheessa 4 vaihe A sammutetaan ja vaihe B käynnistetään ja napaisuus vaihdetaan vaiheesta 2. Tämän sekvenssin toistaminen saa roottorin liikkumaan myötäpäivään 90° askelin.

"Kaksivaiheisessa päällä" -sekvenssissä molemmat moottorin vaiheet ovat aina jännitteisiä ja vain yhden vaiheen napaisuus vaihtuu. Tämä saa roottorin kohdistamaan itsensä "keskimääräisen" pohjoisen ja "keskimääräisen" eteläisen magneettinavan välillä. Koska molemmat vaiheet ovat aina päällä, tämä menetelmä tarjoaa 41,4 % enemmän vääntömomenttia kuin "yksi vaihe päällä" -askel.

Valitettavasti vaikka muovi toimii hyvin kierteisiin, se ei ole tarpeeksi vakaa hybridiaskelmaisen mallin laakeritapeille. Tämä johtuu siitä, että jatkuvassa täyskuormituksessa muoviset tapit voivat laajentua neljä kertaa niin paljon kuin messinkitapit. Tätä määrää ei voida hyväksyä, koska moottorin rakenne edellyttää, että staattorin ja roottorin välinen ilmaväli on vain muutama tuuman tuhannesosa. Eräs tapa kiertää tämä ongelma on ruiskuvalaa muovilangat messinkiholkin sisään, joka työnnetään kestomagneettiroottoriin. Tämä lähestymistapa pidentää moottorin käyttöikää ja tarjoaa alhaisen kitkan säilyttäen samalla laakerin vakauden.

Erityyppisistä Haydon-toimilaitteista "vankeudessa olevissa" laitteissa on sisäänrakennettu pyörimisen estomekanismi. Tämä kokoonpano tarjoaa enintään 2,5 tuuman iskunpituuden ja sopii sovelluksiin, kuten tarkkaan nesteen annosteluun, kaasun säätöön ja venttiilin liikkeeseen. MuunlaisiaHaydonlineaariset toimilaitteet ovat "ei-vangitsevia" ja "ulkoisia lineaarisia", jotka sopivat sovelluksiin, jotka vaativat pidemmän iskun, kuten veriputkien siirtoon pienten portaalirobottien avulla,XYliikejärjestelmät ja kuvantamisjärjestelmät.

Toimilaitteen mitoitus
Sovellusesimerkki osoittaa parhaiten, kuinka toimilaite mitoitetaan. Harkitse seuraavia parametreja:

Kuorman siirtämiseen tarvittava lineaarinen voima = 15 lb (67 N)
Lineaarinen etäisyys, m, kuormaa on siirrettävä = 3 tuumaa (0,0762 m)
aika,t, tarvitaan kuorman siirtämiseen sekunneissa = 6 sekuntia
Jaksojen tavoitemäärä = 1 000 000

Lineaarisen askelmoottoritoimilaitteen mitoitus on neljä vaihetta: 1) Määritä toimilaitteen alkuvoima, joka tarvitaan vaaditun käyttöiän saavuttamiseksi; 2) Määritä nopeus millimetreinä/sekunnissa; 3) Valitse oikea toimilaitteen rungon koko; ja 4) Määritä oikea ruuvin resoluutio voimavaatimusten perusteella.

Paras tapa ennustaa elinikää on sovellustestaus, joka on erittäin suositeltavaa. Tekniikka, jossa käytetäänProsenttikuormitus vs. syklien lukumääräkäyrä toimii hyvänä ensimmäisenä approksimaationa. Askelmoottoreissa ei ole kuluvia harjoja, ja niissä käytetään tarkkoja, pitkäikäisiä kuulalaakereita, joten pääasiallinen kulumiskomponentti on voimamutteri. Siksi syklien määrä, jonka laite kestää, vaikka se silti täyttää suunnitteluvaatimukset, on kuormituksen funktio.

KatsoProsenttikuormitus vs. syklien lukumääräkaaviosta määrittääksesi oikean mitoituskertoimen, jotta toimilaite kestää 1 000 000 sykliä. Tämä osoittautuu 50 %:ksi – kerroin 0,5. Alkuperäinen nimellisvoima, N, joka vaaditaan kuormitukseen 1 000 000 syklin jälkeen, on siis 15 lb/0,5 = 30 lb tai 133 N.

Määritä nyt tarvittava lineaarinen mekaaninen teho watteina:

P_lineaarinen= (N × m)/t

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

Käytä näiden tietojen kanssaToimilaitteen rungon kokotaulukko oikean kehyksen koon valitsemiseksi. Kaikki askelmoottorin lineaaritoimilaitteet vaativat taajuusmuuttajan pulssien lähettämiseksi moottoriin. Huomaa, että taulukossa on lueteltu teho sekä L/R-taajuusmuuttajalle (vakiojännite) että katkaisijakäytölle (vakiovirta). Ellei sovellus ole akkukäyttöinen (kuten kannettavassa kannettavassa laitteessa), valmistajat suosittelevat chopper-asemaa maksimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi. Tässä esimerkissä taulukon katkaisijan tehon spesifikaatioiden tarkastelu paljastaa, että Haydon 43000 -sarja (koko 17 hybridi) täyttää parhaiten 1,7 W:n vaatimuksen. Tämä valinta täyttää kuormitusvaatimukset ilman järjestelmän liiallista suunnittelua.

Laske seuraavaksi lineaarinen nopeus (ips). Tämän antaam/tja tulee 3 tuumaa/6 s = 0,5 ips. Kun sinulla on optimoitu kehyskoko (koko 17 hybridi) ja lineaarinen nopeus (0,5 ips) kädessäsi, käytä sopivaaVoima versus lineaarinen nopeuskäyrä määrittää toimilaitteen johtoruuvin oikean resoluution. Tässä tapauksessa tarvittava johtoruuvin resoluutio on 0,00048 tuumaa.

Muista, että johtoruuvi etenee moottorin syöttövaiheiden määrän perusteella. Suorituskykykäyrät ilmaistaan ​​sekä "ips"- että "steps/sec". Vahvista valintasi tarkistamalla voima vaaditulla askeltaajuudella kohdastaForce vs. pulssinopeuskäyrä, jossa: Valittu resoluutio = 0,00048 tuumaa/askel Vaadittu lineaarinen nopeus = 0,5 ips Vaadittu askelnopeus = (0,5 ips)/ (0,00048 tuumaa/askel) = 1 041 askelta.

Piirrä 1 041 X-akselin arvoksi (pulssinopeudeksi) ja piirretään kohtisuora viiva tästä pisteestä käyrälle osoittaa, että Y-akselin arvo (voima) on 30. Siksi valinta on oikea.