motorul pas cu pas de bază creează mișcare rotativă a unui miez rotor magnet prin utilizarea impulsurilor și a câmpului electromagnetic care trece în jurul miezului. Un actuator liniar convertește această mișcare de rotație într-o mișcare liniară, cu dependența precisă a unghiului pasului rotorului și a metodei alese pentru a realiza conversia.
actuatorul liniar care utilizează un șurub ar avea, de asemenea, precizia sa să depindă de pasul filetului. În interiorul rotorului unui actuator liniar, o piuliță este amplasată în centrul rotorului și un șurub corespunzător este cuplat în piuliță. Pentru ca șurubul să se miște axial, șurubul trebuie constrâns să se rotească cu ansamblul piuliței și rotorului prin anumite mijloace. Cu anti-rotația șurubului, mișcarea liniară se realizează pe măsură ce rotorul se rotește. Anti-rotație este de obicei realizată fie pe plan intern cu captivarea unui ansamblu de șurub arbore sau extern cu o piuliță pe arborele șurubului, care este un fel împiedicat de rotație, dar liber de-a lungul axei sale.
pentru simplitatea evidentă a designului, este logic să realizați conversia rotativă la liniară chiar în interiorul motorului. Această abordare simplifică foarte mult proiectarea multor aplicații, permițând o „scădere a motorului” capabilă de mișcare liniară precisă, fără a fi nevoie să instalați legături mecanice externe.
primul actuator liniar a folosit o combinație de piulițe cu bile și șuruburi. Șurubul cu bilă oferă de obicei o eficiență mai mare de 90%, în timp ce firele Acme oferă de obicei eficiență între 20% și 70%, în funcție de condițiile filetului.deși șuruburile cu bile sunt un mijloc extrem de eficient de a converti mișcarea rotativă în deplasare liniară, piulița cu bilă este sensibilă la aliniere, voluminoasă și costisitoare. Prin urmare, piulița cu bilă nu este o soluție practică pentru majoritatea aplicațiilor.
majoritatea proiectanților de echipamente sunt familiarizați cu actuatorul liniar cu motor pas cu pas hibrid. Acest produs a fost în jur de câțiva ani și, la fel ca orice alt dispozitiv, are punctele forte și limitările sale. Câteva dintre avantaje sunt simplitatea inerentă a designului, compactitatea, fără perii (deci fără arc), avantajul mecanic incredibil, flexibilitatea designului și fiabilitatea. Cu toate acestea, în unele cazuri, este posibil ca aceste actuatoare liniare să nu fie proiectate în anumite dispozitive, deoarece nu sunt durabile fără întreținerea de rutină.
cu toate acestea, există modalități de a depăși astfel de obstacole și de a oferi actuatoare care sunt extrem de durabile, cu o durată lungă de viață și fără întreținere. Datorită designului fără perii al motoarelor pas cu pas, singurele componente supuse uzurii sunt rulmenții rotorului și cuplarea filetului ansamblului șurubului/piuliței. Anii de progrese în rulmenții cu bile au oferit deja disponibilitatea tipurilor cu caracteristici extinse de viață lungă. Recent, au existat îmbunătățiri în viața și durabilitatea componentelor șurubului de plumb și a piuliței de împerechere.
durabilitate sporită
pentru început, este necesar să aruncăm o privire asupra designului de bază. Un model bun pentru un studiu de caz este motorul de dimensiune 17, care se află la capătul mai mic al gamei de dimensiuni hibride pas cu pas. În mod tradițional, un actuator liniar este realizat prin prelucrarea unui arbore gol dintr-un material metalic de calitate a rulmentului, cum ar fi bronzul. Acest arbore gol are fire interne, care, la rândul lor, angajează firele unui șurub de plumb. Arborele gol este instalat de-a lungul axei rotorului. O alegere populară pentru materialul șurubului cu plumb este oțelul inoxidabil, care oferă, de asemenea, o anumită rezistență la coroziune. În cea mai mare parte, tipul de fire utilizate sunt fire de mașină (cum ar fi a #10-32) care pot fi de pornire simplă sau multiplă, în funcție de rezoluția și viteza dorită în actuator.
firul mașinii, cunoscut sub numele de fir „V”, este ales deoarece este relativ ușor de prelucrat și rulat. Chiar dacă este o alegere potrivită pentru fabricație, este o alegere slabă pentru transmisia de putere. Un fir mult mai bun este firul Acme. Există câteva motive pentru acest lucru.
firul Acme, prin proiectare, este mai eficient, rezultând pierderi mai mici, inclusiv frecare, ceea ce înseamnă la rândul său o uzură mai mică și, în cele din urmă, o durată de viață mai lungă. Privind geometria de bază a șurubului, este ușor de explicat acest lucru. Un fir V are un unghi de 60 de centime între fețele opuse, în timp ce Acme este de numai 29 de centime. (Figura 2)
presupunând că fricțiunea, cuplul și unghiul de plumb sunt aceleași, un fir În V va furniza doar aproximativ 85% din forța unui Acme. Eficiența este determinată folosind ecuația unu sau doi, pentru utilizarea cu fire având o formă de V, în funcție de direcția de încărcare. Raportul este calculat pur și simplu prin împărțirea eficienței celor 60 de fire de la centimi la cele 29 de fire de la centimi. (Figura 3)
Figura 2. Comparația dintre (a) 60 ‘V’ și (B) 29 ‘ v ‘ fire de acme.
Figura 3. Ecuații de eficiență
Figura 4. Proprietățile de frecare ale bronzului vs.plastic
calculele de eficiență nu iau în considerare faptul că presiunea de suprafață va fi mult mai mare pe firul V, crescând astfel pierderile.
Acme thread leadscrews sunt, în general, fabricate pentru transmisia de putere, o atenție atât de mult mai aproape este acordată finisaj de suprafață, precizie de plumb și toleranțe. Firele V sunt utilizate în principal ca fire de fixare, astfel încât finisajul suprafeței și rectitudinea nu sunt controlate îndeaproape.
de importanță egală, dacă nu mai mare, este piulița care acționează șurubul. Această piuliță este adesea încorporată în rotorul motorului. Materialul tradițional de piuliță este un bronz de calitate a rulmentului, care se pretează la prelucrarea necesară a firelor interne. A fost un compromis adecvat între stabilitatea fizică și lubrifiere. Compromisul, desigur, este cuvântul cheie, deoarece nu excelează la niciunul. Un material mai bun pentru o piuliță de putere în actuatorul liniar este un material termoplastic lubrifiat. Acest lucru se datorează faptului că, cu noile materiale plastice proiectate, firele șuruburilor se pot deplasa acum cu un coeficient de frecare mai mic. Figura 4 contrastează proprietățile de frecare ale materialelor filetului rotorului.
pe baza acestui lucru, s-ar putea întreba: de ce să nu folosiți o piuliță de antrenare din plastic? Din păcate, la fel de bun ca plasticul pentru fire, nu este un material suficient de stabil pentru jurnalele rotorului unui motor hibrid. Cu o posibilă creștere a temperaturii motorului de 167 CTF în timpul funcționării motorului, plasticul în acest caz s-ar putea extinde până la 0,004″; în timp ce alama, de exemplu, se poate extinde doar 0,001″ în aceleași condiții termice.
jurnalele de rulmenți sunt critice în proiectarea motorului hibrid. Designul rotorului hibrid trebuie să mențină un airgap de doar câteva miimi de inch pentru performanțe optime. Airgap este definit ca spațiul dintre diametrul exterior al magnetului rotorului și diametrul interior al statorului. Dacă ansamblul rotorului ar pierde concentricitatea, s-ar freca de peretele statorului. Prin selectarea materialului, un designer ar dori să aibă beneficii materiale atât de viață lungă a firului, cât și de stabilitate a jurnalului. Prin turnarea prin injecție a firelor de plastic într-un ansamblu rotor metalic, se obține acest beneficiu reciproc al proprietăților.
rezultatul este un produs extrem de îmbunătățit, cu funcționare silențioasă, eficiență mai mare și speranțe de viață. Speranțele de viață pot fi ordine de mărime mai mari decât o piuliță de bronz în condiții de funcționare identice.