základní krokový motor vytváří rotační pohyb magnetu rotoru core se využívá impulsů a elektromagnetické pole kolem jádra. Lineární pohon převádí tento rotační pohyb na lineární pohyb, s přesným závislým úhlem kroku rotoru a metodou zvolenou pro dosažení konverze.
lineární pohon, který používá šroub, by měl také svou přesnost závislou na rozteči závitu. Uvnitř rotoru lineárního pohonu je matice umístěna ve středu rotoru a odpovídající šroub je zapojen do matice. Aby se šroub mohl pohybovat axiálně, musí být šroub nějakým způsobem omezen v otáčení maticí a sestavou rotoru. Při otáčení šroubu se dosahuje lineárního pohybu při otáčení rotoru. Anti-rotace je obvykle dosaženo buď interně s zaujetí hřídele šroubu nebo externě s maticí na šroub, hřídel, který je nějakým způsobem zabráněno otáčení zdarma podél své osy.
pro zřejmou konstrukční jednoduchost má smysl provést rotační lineární konverzi přímo uvnitř motoru. Tento přístup značně zjednodušuje konstrukci mnoha aplikací tím, že umožňuje „pokles motoru“ schopný přesného lineárního pohybu bez nutnosti instalace vnějších mechanických vazeb.
první lineární pohon použil kombinaci kuličkové matice a šroubu. Kulový šroub obvykle nabízí účinnost vyšší než 90%, zatímco závity Acme obvykle nabízejí účinnost mezi 20% a 70%, v závislosti na podmínkách závitu.
ačkoli kuličkové šrouby jsou vysoce účinným prostředkem pro převod rotačního pohybu na lineární pojezd, kuličková matice je citlivá na vyrovnání, objemná a nákladná. Proto kuličková matice není praktickým řešením pro většinu aplikací.
většina konstruktérů zařízení je obeznámena s lineárním pohonem založeným na hybridním krokovém motoru. Tento produkt existuje již několik let a stejně jako jakékoli jiné zařízení má své silné stránky a omezení. Některé z výhod jsou inherentní jednoduchost designu, kompaktnost, bezkartáčový (tedy bez oblouku), neuvěřitelná mechanická výhoda, konstrukční flexibilita a spolehlivost. V některých případech však tyto Lineární pohony nemusí být konstruovány do určitých zařízení, protože nejsou odolné bez běžné údržby.
existují však způsoby, jak překonat takové překážky a poskytnout pohony, které jsou vysoce odolné s dlouhou životností a bez údržby. Vzhledem k stepper motors střídavý design, pouze komponenty vystaveny opotřebení, jsou ložiska rotoru a nit zapojení leadscrew/matice sestavy. Roky pokroku v kuličkových ložiscích již poskytly dostupnost typů s rozsáhlými charakteristikami dlouhé životnosti. V poslední době došlo ke zlepšení životnosti a trvanlivosti komponentů olověnéšrouby a matice.
zvýšená trvanlivost
nejprve je třeba se podívat na základní konstrukci. Dobrým modelem pro případovou studii je motor velikosti 17, který je na menším konci rozsahu velikostí hybridního kroku. Tradičně je lineární pohon vyroben obráběním dutého hřídele z kovového materiálu ložiska, jako je bronz. Tento dutý hřídel má vnitřní závity, což zapojit závity leadscrew. Dutý hřídel je instalován podél osy rotoru. Oblíbenou volbou pro olovošroubový materiál je nerezová ocel, která také nabízí určitou odolnost proti korozi. Typ použitých závitů jsou většinou závity stroje (například #10-32), které mohou mít jeden nebo více startů, v závislosti na rozlišení a rychlosti požadované v ovladači.
strojový závit, známý jako závit „V“, je vybrán, protože je relativně snadné obrábění a válcování. I když je to vhodná volba pro výrobu, je to špatná volba pro přenos energie. Mnohem lepší vlákno je vlákno Acme. Existuje několik důvodů.
vlákno Acme je konstrukčně účinnější, což má za následek nižší ztráty, včetně tření, což zase znamená menší opotřebení a nakonec delší životnost. Při pohledu na základní geometrii šroubu je snadné to vysvětlit. Závit V má úhel 60° mezi protilehlými plochami, zatímco Acme je pouze 29°. (Obrázek 2)
za předpokladu, že tření, točivý moment a úhel náběhu jsou stejné, závit V dodá pouze přibližně 85% síly Acme. Účinnost se stanoví pomocí rovnice jedna nebo dvě, pro použití se závity, které mají tvar V, V závislosti na směru zatížení. Poměr se jednoduše vypočítá vydělením účinnosti 60° závitů 29° závity. (Obrázek 3)
Obrázek 2. Porovnání vláken (a) 60° ‚V‘ A (b) 29° Acme.
Obrázek 3. Rovnice účinnosti
Obrázek 4. Třecí vlastnosti bronzu vs. plastu
účinnost výpočty neberou v úvahu, že povrchový tlak bude mnohem vyšší na V. vlákno, čímž se dále zvyšuje ztráty.
Acme závit leadscrews jsou obecně vyráběny pro přenos energie, mnohem větší pozornost je věnována povrchové úpravy, vést přesnost a tolerance. V závity se primárně používají jako spojovací závity, takže povrchová úprava a přímost nejsou přísně kontrolovány.
stejného, ne-li většího významu je matice, která pohání šroub. Tato matice je často zabudována do rotoru motoru. Tradiční maticový materiál je ložiskový bronz, který se hodí k požadovanému obrábění vnitřních závitů. Byl to vhodný kompromis mezi fyzickou stabilitou a mazivostí. Kompromis je samozřejmě Klíčové slovo, protože nevyniká ani v jednom. Lepším materiálem pro výkonovou matici v lineárním pohonu je mazaný termoplastický materiál. Je to proto, že u nových umělých plastů mohou Šroubové závity nyní cestovat s nižším koeficientem tření. Obrázek 4 kontrastuje s třecími vlastnostmi materiálů se závitem rotoru.
Na základě toho by se člověk mohl zeptat: proč nepoužívat plastovou hnací matici? Bohužel, stejně dobrý jako plast je pro závity, není dostatečně stabilní materiál pro rotorové čepy hybridního motoru. S možným teploty motoru vzestup 167°F během provozu motoru, plastová, v tomto případě by se mohl rozšířit tak moc, jako 0.004″; vzhledem k tomu, mosaz, například, může pouze rozšířit 0.001″ za stejných teplotních podmínek.
ložiskové čepy jsou rozhodující pro konstrukci hybridního motoru. Konstrukce hybridního rotoru musí udržovat airgap jen několik tisícin palce pro optimální výkon. Airgap je definován jako prostor mezi vnějším průměrem magnetu rotoru a vnitřním průměrem statoru. Pokud by sestava rotoru ztratila soustřednost, otírala by se o stěnu statoru. Prostřednictvím výběru materiálu, návrhář by si přál mít materiální výhody jak dlouhé životnosti závitu, tak stability ložiska. Vstřikováním plastových závitů uvnitř sestavy kovového rotoru se dosáhne tohoto vzájemného prospěchu vlastností.
výsledkem je extrémně vylepšený produkt s tichým provozem, vyšší účinností a očekávanou životností. Životnost může být řádově větší než bronzová matice za stejných provozních podmínek.