Γραμμικός βηματικός κινητήρας, επίσης γνωστός ωςγραμμικός βηματικός κινητήρας, είναι ένας μαγνητικός πυρήνας ρότορα, αλληλεπιδρώντας με το παλμικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που παράγεται από τον στάτορα για να παράγει περιστροφή, γραμμικός βηματικός κινητήρας μέσα στον κινητήρα για να μετατρέψει την περιστροφική κίνηση σε γραμμική κίνηση. Οι γραμμικοί βηματικοί κινητήρες μπορούν να κάνουν γραμμική κίνηση ή γραμμική παλινδρομική κίνηση απευθείας. Εάν ένας περιστροφικός κινητήρας χρησιμοποιείται ως πηγή ενέργειας για μετατροπή σε γραμμική κίνηση, απαιτούνται γρανάζια, δομές έκκεντρου και μηχανισμοί όπως ιμάντες ή σύρματα. Η πρώτη εισαγωγή γραμμικών βηματικών κινητήρων έγινε το 1968 και το ακόλουθο σχήμα δείχνει μερικούς τυπικούς γραμμικούς βηματικούς κινητήρες.
Βασική αρχή εξωτερικά κινούμενων γραμμικών κινητήρων
Ο ρότορας ενός εξωτερικά κινούμενου γραμμικού βηματικού κινητήρα είναι ένας μόνιμος μαγνήτης. Όταν το ρεύμα ρέει μέσω της περιέλιξης του στάτη, η περιέλιξη του στάτη παράγει ένα διανυσματικό μαγνητικό πεδίο. Αυτό το μαγνητικό πεδίο ωθεί τον ρότορα να περιστρέφεται υπό μια ορισμένη γωνία, έτσι ώστε η κατεύθυνση του ζεύγους μαγνητικών πεδίων του ρότορα να συμπίπτει με την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου του στάτη. Όταν το διανυσματικό μαγνητικό πεδίο του στάτη περιστρέφεται κατά μια γωνία, ο ρότορας περιστρέφεται επίσης υπό μια γωνία με αυτό το μαγνητικό πεδίο. Για κάθε είσοδο ηλεκτρικού παλμού, ο ηλεκτρικός ρότορας περιστρέφεται κατά μία γωνία και κινείται ένα βήμα προς τα εμπρός. Εξάγει μια γωνιακή μετατόπιση ανάλογη με τον αριθμό των παλμών εισόδου και μια ταχύτητα ανάλογη με τη συχνότητα των παλμών. Η αλλαγή της σειράς ενεργοποίησης της περιέλιξης αντιστρέφει τον κινητήρα. Έτσι, η περιστροφή του βηματικού κινητήρα μπορεί να ελεγχθεί ελέγχοντας τον αριθμό των παλμών, τη συχνότητα και τη σειρά ενεργοποίησης των περιελίξεων του κινητήρα κάθε φάσης.
Ο κινητήρας χρησιμοποιεί μια βίδα ως εξερχόμενο άξονα και ένα εξωτερικό παξιμάδι κίνησης εμπλέκεται με τη βίδα έξω από τον κινητήρα, αποτρέποντας την περιστροφή του παξιμαδιού σε σχέση με το άλλο, επιτυγχάνοντας έτσι γραμμική κίνηση. Το αποτέλεσμα είναι ένας πολύ απλοποιημένος σχεδιασμός που επιτρέπει τη χρήση γραμμικών βηματικών κινητήρων απευθείας για ακριβή γραμμική κίνηση σε πολλές εφαρμογές χωρίς την εγκατάσταση εξωτερικού μηχανικού συνδέσμου.
Πλεονεκτήματα των εξωτερικά κινούμενων γραμμικών κινητήρων
Οι γραμμικοί βηματικοί κινητήρες ακριβείας με κοχλία μπορούν να αντικαταστήσουν τους κυλίνδρουςορισμένες εφαρμογές, επιτυγχάνοντας πλεονεκτήματα όπως ακριβής τοποθέτηση, ελεγχόμενη ταχύτητα και υψηλή ακρίβεια. Οι γραμμικοί βηματικοί κινητήρες με κοχλία χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, όπως η κατασκευή, η βαθμονόμηση ακριβείας, η μέτρηση ακριβείας ρευστού, η ακριβής μετακίνηση θέσης και πολλοί άλλοι τομείς με απαιτήσεις υψηλής ακρίβειας.
▲ Υψηλή ακρίβεια, επαναλαμβανόμενη ακρίβεια τοποθέτησης έως ±0,01 mm
Ο γραμμικός βηματικός κινητήρας με κοχλία μειώνει το πρόβλημα της καθυστέρησης παρεμβολής λόγω του απλού μηχανισμού μετάδοσης, της ακρίβειας τοποθέτησης, της επαναληψιμότητας και της απόλυτης ακρίβειας. Είναι ευκολότερο να επιτευχθεί από τον "περιστροφικό κινητήρα + βίδα". Η ακρίβεια επαναλαμβανόμενης τοποθέτησης της συνηθισμένης βίδας του γραμμικού βηματικού κινητήρα με κοχλία μπορεί να φτάσει τα ±0,05 mm και η ακρίβεια επαναλαμβανόμενης τοποθέτησης της σφαιρικής βίδας μπορεί να φτάσει τα ±0,01 mm.
▲ Υψηλή ταχύτητα, έως 300m/min
Η ταχύτητα του γραμμικού βηματικού κινητήρα με κοχλία είναι 300m/min και η επιτάχυνση είναι 10g, ενώ η ταχύτητα του σφαιρικού κοχλία είναι 120m/min και η επιτάχυνση είναι 1,5g. Και η ταχύτητα του γραμμικού βηματικού κινητήρα με κοχλία θα βελτιωθεί περαιτέρω μετά την επιτυχή επίλυση του προβλήματος θερμότητας, ενώ η "περιστροφική" ταχύτητα του "σερβοκινητήρα & σφαιρικού κοχλία" είναι περιορισμένη σε ταχύτητα, αλλά είναι δύσκολο να βελτιωθεί περισσότερο.
Υψηλή διάρκεια ζωής και εύκολη συντήρηση
Ο γραμμικός βηματικός κινητήρας με κοχλία είναι κατάλληλος για υψηλή ακρίβεια επειδή δεν υπάρχει επαφή μεταξύ των κινούμενων και των σταθερών μερών λόγω του κενού στήριξης και δεν υπάρχει φθορά λόγω της παλινδρομικής κίνησης υψηλής ταχύτητας των κινητήρων. Η βίδα με σφαιρίδια δεν μπορεί να εγγυηθεί την ακρίβεια στην παλινδρομική κίνηση υψηλής ταχύτητας και η τριβή υψηλής ταχύτητας θα προκαλέσει φθορά του παξιμαδιού της βίδας, η οποία θα επηρεάσει την ακρίβεια της κίνησης και δεν θα μπορεί να καλύψει την απαίτηση για υψηλή ακρίβεια.
Επιλογή γραμμικού κινητήρα εξωτερικής κίνησης
Κατά την κατασκευή προϊόντων ή λύσεων που σχετίζονται με γραμμική κίνηση, προτείνουμε στους μηχανικούς να επικεντρωθούν στα ακόλουθα σημεία.
1. Ποιο είναι το φορτίο του συστήματος;
Το φορτίο του συστήματος περιλαμβάνει στατικό και δυναμικό φορτίο και συχνά το μέγεθος του φορτίου καθορίζει το βασικό μέγεθος του κινητήρα.
Στατικό φορτίο: η μέγιστη ώθηση που μπορεί να αντέξει ο κοχλίας σε ηρεμία.
Δυναμικό φορτίο: η μέγιστη ώθηση που μπορεί να αντέξει ο κοχλίας όταν βρίσκεται σε κίνηση.
2. Ποια είναι η γραμμική ταχύτητα λειτουργίας του κινητήρα;
Η ταχύτητα λειτουργίας του γραμμικού κινητήρα σχετίζεται στενά με το καλώδιο της βίδας, μία περιστροφή της βίδας ισούται με ένα καλώδιο του παξιμαδιού. Για χαμηλή ταχύτητα, συνιστάται να επιλέξετε μια βίδα με μικρότερο καλώδιο, ενώ για υψηλή ταχύτητα, συνιστάται να επιλέξετε μια μεγαλύτερη βίδα.
3. Ποια είναι η απαίτηση ακρίβειας του συστήματος;
Ακρίβεια βίδας: η ακρίβεια της βίδας μετριέται γενικά με τη γραμμική ακρίβεια, δηλαδή το σφάλμα μεταξύ της πραγματικής διαδρομής και της θεωρητικής διαδρομής μετά την περιστροφή της βίδας για έναν πικρό ξηρό κύκλο.
Ακρίβεια επαναλαμβανόμενης τοποθέτησης: η ακρίβεια επαναλαμβανόμενης τοποθέτησης ορίζεται ως η ακρίβεια του συστήματος ώστε να μπορεί να φτάσει στην καθορισμένη θέση επανειλημμένα, η οποία αποτελεί σημαντικό δείκτη για το σύστημα.
Αντίδραση: Αντίδραση της βίδας και του παξιμαδιού σε ηρεμία όταν οι δύο αξονικές κινήσεις είναι σχετικές. Καθώς αυξάνεται ο χρόνος εργασίας, η αντίδρασή της θα αυξηθεί επίσης λόγω φθοράς. Η αντιστάθμιση ή η διόρθωση της αντίδρασής της μπορεί να επιτευχθεί με το παξιμάδι εξάλειψης της αντίδρασής της. Όταν απαιτείται αμφίδρομη τοποθέτηση, η αντίδρασή της αποτελεί πρόβλημα.
4. Άλλες επιλογές
Τα ακόλουθα ζητήματα πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη κατά τη διαδικασία επιλογής: Είναι η τοποθέτηση του γραμμικού βηματικού κινητήρα σύμφωνη με τον μηχανικό σχεδιασμό; Πώς θα συνδέσετε το κινούμενο αντικείμενο στο παξιμάδι; Ποια είναι η ενεργός διαδρομή της βιδωτής ράβδου; Τι είδους κίνηση θα αντιστοιχιστεί;
Ώρα δημοσίευσης: 16 Νοεμβρίου 2022