az alapvető léptetőmotor létrehoz forgó mozgás egy mágnes rotor mag felhasználásával impulzusok és az elektromágneses mező áthalad a mag körül. A lineáris működtető ezt a forgási mozgást lineáris mozgássá alakítja, a forgórész lépésszögének pontos függvényében, valamint az átalakítás végrehajtásához választott módszerrel.
a csavart használó lineáris működtető pontossága szintén függ a menetmagasságtól. A lineáris működtető forgórészének belsejében a forgórész közepén egy anya helyezkedik el, az anyában pedig egy megfelelő csavar van bekapcsolva. Annak érdekében, hogy a csavar tengelyirányban mozogjon, a csavart valamilyen módon meg kell akadályozni az anyával és a rotor szerelvényével való forgástól. A csavar elforgatásával lineáris mozgás érhető el, amikor a rotor megfordul. A forgásgátlást általában vagy belsőleg, egy tengelycsavar-szerelvény megragadásával, vagy külsőleg a csavar tengelyén lévő anyával hajtják végre, amely valamilyen módon megakadályozza a forgást, mégis szabadon a tengelye mentén.
a nyilvánvaló tervezési egyszerűség érdekében érdemes a rotációs-lineáris átalakítást közvetlenül a motor belsejében megvalósítani. Ez a megközelítés nagymértékben leegyszerűsíti számos alkalmazás tervezését azáltal, hogy lehetővé teszi a pontos lineáris mozgásra képes” motorcsökkenést ” anélkül, hogy külső mechanikus csatlakozásokat kellene telepíteni.
az első lineáris hajtómű golyós anya és csavar kombinációt használt. A golyóscsavar általában 90% – nál nagyobb hatékonyságot kínál, míg az Acme menetek általában 20-70% közötti hatékonyságot kínálnak, a menet körülményeitől függően.
bár a golyóscsavarok rendkívül hatékony eszközök a forgó mozgás lineáris mozgássá történő átalakítására, a golyós anya érzékeny az igazításra, terjedelmes és drága. Ezért a gömbanya nem praktikus megoldás a legtöbb alkalmazáshoz.
a legtöbb berendezéstervező ismeri a hibrid léptetőmotor alapú lineáris működtetőt. Ez a termék már több éve létezik, és mint minden más eszköz, megvannak az erősségei és korlátai. Néhány előnye a tervezés egyszerűsége, a tömörség, a kefe nélküli (ezért nem íves), a hihetetlen mechanikai előny, a tervezési rugalmasság és a megbízhatóság. Bizonyos esetekben azonban előfordulhat, hogy ezeket a lineáris működtetőket nem tervezik bizonyos eszközökbe, mert rutinszerű karbantartás nélkül nem tartósak.
vannak azonban olyan módszerek, amelyek leküzdik az ilyen akadályokat, és rendkívül tartós, hosszú élettartamú és karbantartás nélküli működtetőket biztosítanak. A léptetőmotorok kefe nélküli kialakításának köszönhetően az egyetlen kopásnak kitett alkatrész a rotorcsapágyak és az ólomcsavar/anya szerelvény menetkapcsolása. A golyóscsapágyak évek óta tartó fejlődése már biztosította a széles körű hosszú élettartamú típusok elérhetőségét. A közelmúltban javultak az ólomcsavar és a párosító anya alkatrészeinek élettartama és tartóssága.
megnövelt tartósság
először is meg kell nézni az alapvető kialakítást. Az esettanulmány jó modellje a 17-es méretű motor, amely a hibrid léptető mérettartományának kisebb végén található. Hagyományosan a lineáris működtető egy üreges tengely megmunkálásával készül csapágyminőségű fém anyagból, például bronzból. Ennek az üreges tengelynek belső menete van, amelyek viszont összekapcsolják az ólomcsavar menetét. Az üreges tengely a forgórész tengelye mentén van felszerelve. A vezetőcsavar anyagának népszerű választása a rozsdamentes acél, amely némi korrózióállóságot is kínál. A legtöbb esetben a használt menetek a gépi menetek (például a #10-32), amelyek lehetnek egyszeri vagy többszörös indítások, a hajtóműben kívánt felbontástól és sebességtől függően.
A gép menet, az úgynevezett “V” menet, azért választják, mert viszonylag könnyű gép and roll formában. Annak ellenére, hogy ez egy megfelelő választás a gyártás, ez egy rossz választás az erőátvitel. Sokkal jobb szál az Acme szál. Ennek néhány oka van.
az Acme menet, a tervezés, hatékonyabb, ami kisebb veszteségeket, beleértve a súrlódást, ami viszont azt jelenti, kevesebb kopás és végül hosszabb élettartamot. Az alapvető csavargeometriát tekintve ezt könnyű megmagyarázni. A V szál szöge 60 6c (!) van az ellentétes arcok között, míg az Acme csak 29 fő (!). (2. ábra)
feltételezve, hogy a súrlódás, a nyomaték és az ólomszög megegyezik, a V menet az Acme erejének csak körülbelül 85% – át adja le. A hatékonyságot az egy vagy két egyenlet segítségével határozzuk meg, V alakú szálakkal történő használatra, a terhelés irányától függően. Az arányt egyszerűen úgy számítják ki, hogy elosztják a 60 6.számú szál hatékonyságát a 29. számú 29. számú szálral. (3. ábra)
2.ábra. Az (a) 60 (V) és (b) 29 (Acme) (Acme) szál összehasonlítása.
3.ábra. Hatékonysági egyenletek
4.ábra. A bronz vs. műanyag súrlódási tulajdonságai
a hatékonysági számítások nem veszik figyelembe, hogy a felületi nyomás sokkal nagyobb lesz a V szálon, ezáltal tovább növelve a veszteségeket.
az Acme menetes ólomcsavarokat általában erőátvitelre gyártják, így sokkal nagyobb figyelmet fordítanak a felületkezelésre, az ólom pontosságára és a tűrésekre. A V meneteket elsősorban rögzítő menetként használják, így a felületminőséget és az egyenességet nem ellenőrzik szorosan.
egyenlő, ha nem nagyobb jelentőségű az anya, amely meghajtja a csavart. Ez az anya gyakran be van ágyazva a motor rotorjába. A hagyományos anyaanyag egy csapágyminőségű bronz, amely alkalmas a belső menetek szükséges megmunkálására. Megfelelő kompromisszum volt a fizikai stabilitás és a kenhetőség között. Kompromisszum, természetesen, a kulcsszó, mivel egyikben sem jeleskedik. A lineáris működtető erőanyának jobb anyaga egy kenhető hőre lágyuló anyag. Ennek oka az, hogy az új műanyagok esetében a csavarmenetek alacsonyabb súrlódási együtthatóval haladhatnak. A 4. ábra szembeállítja a rotor menetanyagainak súrlódási tulajdonságait.
ennek alapján felmerülhet a kérdés: miért nem használ műanyag hajtóanyát? Sajnos, olyan jó, mint a műanyag a szálakhoz, ez nem elég stabil anyag a hibrid motor rotorcsapjaihoz. A motor működése során a motor hőmérsékletének lehetséges 167 Ft-os emelkedésével a műanyag ebben az esetben akár 0,004″ – ig is tágulhat; míg a sárgaréz például csak 0,001″ – ig terjedhet azonos hőmérsékleti körülmények között.
a csapágyfolyók kritikusak a hibrid motor kialakításában. A hibrid rotor kialakításának az optimális teljesítmény érdekében csak néhány ezred hüvelyk légteret kell fenntartania. A légtér a rotormágnes külső átmérője és az állórész belső átmérője közötti tér. Ha a rotorszerelvény elvesztette a koncentrikusságot, akkor az az állórész falához dörzsölődik. Anyagválasztás révén, a tervező azt szeretné, ha anyagi előnyei lennének mind a hosszú menet élettartamának, mind a folyóirat stabilitásának. Műanyag szálak fröccsöntésével egy fém rotorszerelvényen belül ez a tulajdonságok kölcsönös előnye érhető el.
az eredmény egy rendkívül továbbfejlesztett termék, csendes működéssel, nagyobb hatékonysággal és várható élettartammal. A várható élettartam nagyságrendekkel nagyobb lehet, mint egy bronz anya azonos üzemi körülmények között.