Для точного автоматизированного позиционирования подумайте о линейных приводах на основе Stepper-Motor.

Линейные приводы по существу генерируют силу и движение через прямую линию. В типичной механической системе выходной вал устройства будет обеспечивать линейное движение, используя вращающийся двигатель через шестерни, ремень и шкив или другие механические компоненты. Проблема в том, что эти компоненты должны быть связаны и выровнены. Что еще хуже, они добавляют элементы износа, такие как трение и обратная реакция в систему. Для более выгодных потребностей в позиционировании более эффективная и простая альтернатива поступает из линейных приводов на основе шаговых мот.

Эти устройства упрощают конструкцию машины или механизма, который требует точного линейного позиционирования, поскольку они обеспечивают поворотное в линейное преобразование непосредственно внутри двигателя. Приводы перемещают определенную степень вращающегося движения для каждого импульса электрического входа. Эта так называемая функция «ступени» и использование точного свинцового винта обеспечивают точное и повторяемое позиционирование.

Степпер-моторные основы
Чтобы увидеть, как работают приводные приводы, полезно понять основы шаговых двигателей. Различные виды шаговых двигателей включают переменное нежелание (VR), постоянный магнит (PM) и гибрид. Это обсуждение сосредоточено на гибридном ступени, которая обеспечивает высокое крутящее момент и тонкое разрешение позиционирования (1,8 или 0,9 °). В системах линейных приводов гибриды обнаружены в таких устройствах, какXYТаблицы, анализаторы крови, оборудование HVAC, небольшие гентри-роботы, механизмы контроля клапанов и автоматизированные системы освещения сцены.

Под капотом гибридного ступени находится ротор с постоянным магнитом, а статор, обернутый намоткой. Энергализация катушки создает электромагнитное поле с северными и южными полюсами. Статор проводит магнитное поле, в результате чего ротор выровняется с полем. Поскольку последовательно энергия и обезживание обмотков катушки изменяет магнитное поле, каждый входной импульс или шаг заставляет ротор постепенно перемещать 0,9 или 1,8 градуса вращения, в зависимости от гибридной модели. В линейном приводе с шагом моторный привод резьбовой точной гайки, встроенный в ротор, включается с свинцовым видом (который заменяет обычный вал).

Ведущий винт обеспечивает линейную силу, используя простой механический принцип наклонной плоскости. Представьте себе стальный вал с рампой или наклонной плоскостью, обернутой вокруг него. Механическое преимущество или усиление силы определяется углом рампа, который является функцией диаметра винта, свинца (осевое расстояние. Винтовая резьба продвигается в одной революции) и высота (осевое расстояние, измеренное между соседними формами резьбы).

Ведущие нити транслируют небольшую вращательную силу в большую способность нагрузки, в зависимости от крутизности рампа (вывод резьбы). Небольшой свинец обеспечивает более высокую силу, но более низкую линейную скорость. Большой свинец дает более низкую силу, но более высокую линейную скорость из того же источника вращающейся мощности. В некоторых конструкциях силовая гайка, встроенная в ротор, изготовлена ​​из бронзы класса подшипника, которая поддается обработке внутренних нитей. Но бронза - это инженерный компромисс между смазкой и физической стабильностью. Лучшим материалом является смазываемый термопластик с гораздо более низким коэффициентом трения на границе раздела гайка.

Ступенчатые последовательности
Схемы для вождения шагового двигателя включают в себя «Один фазу» и «Двухэтап».

В последовательности «одна фаза включена» для упрощенного двухфазного двигателя, шаг 1 показывает фазу A включенного статора. Это магнитно блокирует ротор, так как в отличие от полюсов привлекает. Поворот фаза A и B заставляет ротор двигаться на 90 ° по часовой стрелке (шаг 2). На этапе 3 фаза B составляет O и фаза A включена, но с полярностью обратно с шага 1. Приводит к вращению ротора еще 90 °. На шаге 4 фаза A включена O, а фаза B включается, с полярностью обратной с шага 2. Повторение этой последовательности приводит к движению ротора по часовой стрелке на шагах 90 °.

В последовательности «два фаза ON» обе моторные фазы всегда включены, и только полярность одного фазового переключателя. Это приводит к тому, что ротор выровняется между «средним» севером и «средними» южными магнитными полюсами. Поскольку обе фазы всегда включены, этот метод обеспечивает на 41,4% больше крутящего момента, чем «одна фаза на».

К сожалению, хотя пластик хорошо работает для нитей, он недостаточно устойчив для подшипников в гибридном дизайне шаговых. Это потому, что при непрерывном состоянии полной нагрузки пластиковые журналы могут расширяться в четыре раза больше, чем медные журналы. Это количество неприемлемо, потому что моторная конструкция требует, чтобы воздушный зазор к роторе составлял всего несколько тысяч дюймов. Способ обойти эту проблему заключается в том, чтобы внедрить пластиковые нити плесени внутри латунной рукава, которая будет вставлена ​​в ротор с постоянным магнитом. Этот подход увеличивает моторную жизнь и обеспечивает низкое трение при сохранении стабильности подшипника-журнала.

Из различных типов приводов Хейдона «в плену» устройства имеют встроенный механизм антиротации. Эта конфигурация обеспечивает максимальный ход до 2,5 дюймов. И соответствует таким приложениям, как точная дозировка жидкости, управление дроссельной заслонкой и движение клапана. Другие видыХейдонЛинейные приводы - это «нераптурные» и «внешние линейные», которые соответствуют приложениям, нуждающимся в более длинном ударе, таком как передача трубок крови с помощью небольших гентри -роботов,XYСистемы движения и системы визуализации.

Определение привода
Пример приложения Best показывает, как размер привода. Рассмотрим следующие параметры:

Линейная сила, необходимая для перемещения нагрузки = 15 фунтов (67 Н)
Линейное расстояние, м, нагрузка должна быть перемещена = 3 дюйма (0,0762 м)
Время,t, необходимо перемещать нагрузку за секунды = 6 сек.
Целевое количество циклов = 1 000 000

Существует четыре шага по размеру линейного привода с шагом: 1) определить первоначальный рейтинг силы привода, необходимый для удовлетворения требуемого срока службы; 2) определить скорость в миллиметрах/второй; 3) выберите правильный размер кадра привода; и 4) определить правильное разрешение винта на основе требований к силе.

Лучший способ предсказать жизнь - это прикладное тестирование, что настоятельно рекомендуется. Техника с использованиемПроцентная нагрузка по сравнению с количеством цикловКривая служит хорошим первым приближением. Степперские двигатели не имеют кистей для износа, и они используют точность, длинные шариковые подшипники, поэтому основной компонент износа-это силовая гайка. Следовательно, количество циклов, которые длится устройство, в то время как все еще соответствует спецификациям проектирования, является функцией нагрузки.

СмПроцентная нагрузка по сравнению с количеством цикловДиаграмма, чтобы определить правильный коэффициент размера для привода, чтобы противостоять 1 000 000 циклов. Оказывается, составляет 50% - коэффициент 0,5. Первоначальная номинальная сила N, необходимая для удовлетворения нагрузки после 1 000 000 циклов, составляет 15 фунтов/0,5 = 30 фунтов или 133 n.

Теперь определите требуемую линейную механическую мощность в ваттах:

P_{линейный}= (N × m)/t

В нашем примере это становится (133 × 0,0762)/6 = 1,7 Вт.

С этими данными используйтеРазмер рамы приводаТаблица, чтобы выбрать правильный размер кадра. Все линейные приводы с шагом требуют диска для отправки импульсов в двигатель. Обратите внимание, что в таблице перечислены мощность как для привода L/R (постоянное напряжение), так и для накопителя (постоянный ток). Если приложение не включено в питание аккумулятора (как в портативном устройстве), производители настоятельно рекомендуют накопитель для максимальной производительности. В этом примере обзор спецификаций мощности привода Chopper в таблице показывает серию Haydon 43000 (гибрид размера 17), наиболее близко соответствует требованиям 1,7 Вт. Этот выбор соответствует требованиям нагрузки без переизбывания системы.

Затем вычислите линейную скорость (IPS). Это даном/ти приходит в 3 дюйма/6 с = 0,5 IPS. С оптимизированным размером кадра (размер 17 гибрид) и линейной скоростью (0,5 IPS) в руке используйте соответствующийСила против линейной скоростиКривая, чтобы определить правильное разрешение ведущего вида привода. В этом случае необходимое разрешение свинца составляет 0,00048 в.

Напомним, что ведущие достижения на основе количества входных шагов к двигателю. Кривые производительности выражаются как в «IPS», так и в «шагах/сек». Чтобы проверить свой выбор, проверьте силу при необходимой скорости шага, ссылаясь наСкорость пульса силы против пульсаКривая, где: выбрано разрешение = 0,00048 дюйма/step требуется линейная скорость = 0,5 IPS Требуется скорость шага = (0,5 IPS)/(0,00048 дюйма/шtep) = 1 041 шага.

Построение 1,041 в качестве значения оси x (частота импульса) и рисование перпендикулярной линии от этой точки до кривой показывает значение оси y (сила) составляет 30. Следовательно, выбор правильный.