the basic stepper motor creates rotary motion of a magnet rotor core through the uses of pulses and the electromagnetic field passing around the core. Um atuador linear converte este movimento rotacional em um movimento linear, com o dependente preciso do ângulo de passo do rotor e o método escolhido para realizar a conversão.
O atuador linear que usa um parafuso também teria sua precisão ser dependente do passo de rosca. Dentro do rotor de um atuador linear, uma porca está localizada no centro do rotor e um parafuso correspondente está envolvido na porca. A fim de que o parafuso se mova axialmente, o parafuso deve ser impedido de rodar com a porca e rotor montagem por alguns meios. Com a anti-rotação do parafuso, o movimento linear é alcançado à medida que o rotor gira. Anti-rotação é normalmente realizado internamente com a ativação de um conjunto de parafuso de eixo ou externamente com uma porca no eixo de parafuso que é de alguma forma impedida de rotação, mas livre ao longo de seu eixo.para a simplicidade de projeto óbvia, faz sentido realizar a conversão rotativa para linear dentro do motor. Esta abordagem simplifica grandemente o design de muitas aplicações, permitindo uma “queda no motor” capaz de movimento linear preciso sem a necessidade de instalar ligações mecânicas externas.o primeiro Actuador linear utilizou uma combinação de porca e parafuso. O parafuso de bola geralmente oferece eficiência superior a 90%, enquanto as threads Acme tipicamente oferecem eficiências entre 20% e 70%, dependendo das condições de rosca.apesar de ballscrews serem um meio altamente eficiente para converter movimento rotativo em viagem linear, a porca é sensível ao alinhamento, volumosa e cara. Portanto, a porca de bola não é uma solução prática para a maioria das aplicações.a maioria dos projectistas de equipamentos conhece o actuador linear com motor híbrido estepador. Este produto existe há vários anos e, tal como qualquer outro dispositivo, tem as suas forças e limitações. Alguns dos benefícios são a simplicidade inerente de design, compacidade, escovação (portanto, não arcos), incrível vantagem mecânica, flexibilidade de design e confiabilidade. No entanto, em alguns casos, esses atuadores lineares não podem ser projetados em certos dispositivos porque eles não são duráveis sem manutenção de rotina.no entanto, existem formas de ultrapassar esses obstáculos e fornecer actuadores altamente duráveis com vida longa e sem manutenção. Devido ao design sem escovas do stepper motors, os únicos componentes sujeitos ao desgaste são os rolamentos do rotor e o engajamento da rosca do conjunto de folhas/porcas. Anos de avanços em rolamentos de esferas já proporcionaram a disponibilidade de tipos com características de longa vida extensas. Recentemente, tem havido melhorias na vida útil e durabilidade dos componentes de rosca e porca de acasalamento.
durabilidade aumentada
para começar, é necessário dar uma olhada no projeto básico. Um bom modelo para um estudo de caso é o tamanho 17 motor, que está na extremidade menor da Gama de tamanho stepper híbrido. Tradicionalmente, um atuador linear é feito por usinagem de um eixo oco a partir de um material metálico de tipo rolante, como bronze. Este eixo oco tem fios internos, que por sua vez envolvem os fios de um parafuso de chumbo. O eixo oco é instalado ao longo do eixo do rotor. Uma escolha popular para o material de quebra-chumbo é aço inoxidável, que também oferece alguma resistência à corrosão. Para a maior parte, o tipo de threads usados são threads de máquina (como um #10-32) que podem ser de simples ou múltiplos começos, dependendo da resolução e velocidade desejada no atuador.
O fio máquina, conhecido como um fio” V”, é escolhido porque é relativamente fácil para a forma de máquina e rolo. Embora seja uma escolha apropriada para a fabricação, é uma escolha pobre para a transmissão de energia. Um fio muito melhor é o fio Acme. Há algumas razões para isso.
O fio Acme, por design, é mais eficiente, resultando em perdas mais baixas, incluindo atrito, o que por sua vez significa menos desgaste e, em última análise, vida mais longa. Olhando para a geometria de parafuso básico, é fácil explicar isso. Um fio V tem um ângulo de 60 ° entre faces opostas, enquanto o Acme é de apenas 29°. (Figura 2)
assumindo que o atrito, o torque e o ângulo de chumbo são os mesmos, uma rosca V apenas produzirá aproximadamente 85% da força de um Acme. A eficiência é determinada usando a equação um ou dois, para uso com threads com uma forma V, dependente da direção de carga. A razão é simplesmente calculada dividindo a eficiência dos fios de 60° pelos fios de 29°. (Figura 3)
Figura 2. Comparação dos fios (a) 60° ‘V’ e (B) 29° Acme.
Figura 3. Equações de eficiência
Figura 4. Propriedades de fricção de bronze vs. plástico
os cálculos de eficiência não levam em consideração que a pressão de superfície será muito maior na linha V, aumentando assim as perdas.os fios de chumbo Acme são geralmente fabricados para a transmissão de energia, sendo dada maior atenção ao acabamento da superfície, à precisão do chumbo e às tolerâncias. Os fios V são utilizados principalmente como fios de fixação, pelo que o acabamento da superfície e a retidão não são controlados de perto.
de igual, se não maior, importância é a porca que dirige o parafuso. Esta porca é muitas vezes embutida no rotor do motor. O material tradicional da porca é um bronze de grau de rolamento, que se presta à usinagem necessária dos fios internos. Foi um compromisso adequado entre estabilidade física e lubrificação. Compromisso, é claro, é a palavra-chave, uma vez que não se destaca em nenhum dos dois. Um melhor material para uma porca de potência no atuador linear é um material termoplástico lubrificado. Isto é porque com novos plásticos projetados, os roscas de parafuso podem agora viajar com um coeficiente de atrito menor. A figura 4 contrasta as propriedades de fricção dos materiais do rotor.com base nisto, pode-se perguntar: Por que não usar uma porca de transmissão de plástico? Infelizmente, tão bom como o plástico é para os fios, não é um material estável o suficiente para os rotores diários de um motor híbrido. Com o possível aumento da temperatura do motor de 167 ° F durante a operação do motor, o plástico neste caso poderia expandir tanto quanto 0,004″; enquanto o latão, por exemplo, só pode expandir 0,001″ sob as mesmas condições térmicas.
As revistas de rolamentos são críticas no projeto do motor híbrido. O projeto do rotor híbrido deve manter um airgap de apenas alguns milésimos de uma polegada para o desempenho ideal. O airgap é definido como o espaço entre o diâmetro exterior do íman do rotor e o diâmetro interno do estator. Se o conjunto do rotor perdesse concentração, iria esfregar-se contra a parede do estator. Através da seleção de material,um designer gostaria de ter benefícios materiais tanto de longa vida de fio e de manter a estabilidade do diário. Por injeção moldando fios de plástico dentro de um conjunto de rotor metálico, este benefício mútuo de propriedades é alcançado.
O resultado é um produto extremamente melhorado com operação silenciosa, maior eficiência e expectativa de vida. As expectativas de vida podem ser ordens de magnitude maior do que uma porca de bronze em condições operacionais idênticas.