مشاوره محصول
آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد. فیلدهای ضروری علامت گذاری شده اند. *
موتور پله ای دنده ای یک موتور پله ای است که با یک گیربکس مکانیکی ترکیب شده است - یا مستقیماً در محفظه موتور تعبیه شده است یا به عنوان یک واحد کاهش گسسته بر روی شفت خروجی موتور نصب شده است. خود موتور پلهای یک موتور DC بدون جاروبک است که هر بار که یک پالس جریان به سیمپیچهای آن اعمال میشود، با افزایشهای زاویهای دقیق (گامها) حرکت میکند و کنترل موقعیت حلقه باز را بدون نیاز به رمزگذار یا دستگاه بازخورد فراهم میکند. گیربکس متصل به شفت خروجی، گشتاور موتور را چند برابر می کند در حالی که به طور متناسب سرعت خروجی آن را کاهش می دهد و - به طور بحرانی - وضوح زاویه ای آن را چند برابر می کند، به طوری که هر مرحله الکتریکی موتور پایه مربوط به چرخش فیزیکی بسیار کوچکتر شفت خروجی نهایی است.
برای درک اینکه چرا این ترکیب بسیار مفید است، یک موتور پله ای استاندارد NEMA 17 با زاویه گام 1.8 درجه (200 گام در هر دور کامل) را در نظر بگیرید. در عملیات تمام گام، بهترین افزایش موقعیتی که موتور می تواند ایجاد کند 1.8 درجه است. یک گیربکس 10:1 را به آن موتور وصل کنید و شفت خروجی تنها 0.18 درجه در هر مرحله الکتریکی حرکت می کند - ده برابر وضوح موقعیتی بهتر - در حالی که به طور همزمان ده برابر گشتاور نگهدارنده و دینامیکی موتور بدون دنده (منهای تلفات بازده گیربکس) ارائه می کند. این مزیت دوگانه از گشتاور بالاتر و وضوح بهتر از موتور پایه و درایور یکسان چیزی است که باعث می شود موتورهای پله ای دنده ای در اتوماسیون دقیق، روباتیک و کاربردهای ابزار دقیق که در آن اندازه جمع و جور، گشتاور نگهدارنده بالا و موقعیت یابی دقیق باید همزمان وجود داشته باشند، ضروری است.
نوع گیربکس کارایی، واکنش برگشتی، سطح صدا، ظرفیت بار و ضریب شکل فیزیکی مجموعه کامل موتور پله دنده ای را تعیین می کند. سه معماری گیربکس در موتورهای پله ای دنده ای تجاری استفاده می شود که هر کدام برای نیازهای کاربردی مختلف مناسب هستند.
یک گیربکس سیاره ای - که به دلیل چیدمان چرخ دنده های آن نامگذاری شده است، که در آن چندین چرخ دنده "سیاره" به دور یک چرخ دنده "خورشید" مرکزی در یک چرخ دنده حلقه ای می چرخند - نوع گیربکس غالب در کاربردهای موتور پله ای دنده دقیق است. بار به طور همزمان در چند چرخ دنده سیاره ای در مش تقسیم می شود و گشتاور ارسالی را در سطح کل منطقه تماس بزرگتر از یک جفت دنده منفرد توزیع می کند. این منجر به یک مونتاژ بسیار فشرده و با تراکم گشتاور بالا با تراز کواکسیال عالی بین محورهای ورودی و خروجی، عکسالعمل کم (معمولاً 1-5 دقیقه قوس برای درجههای دقیق)، و ظرفیت بار شعاعی و محوری بالا نسبت به قطر گیربکس میشود. موتورهای پلهای دندهای سیارهای در اندازههای قاب استاندارد NEMA (NEMA 8، 11، 14، 17، 23، 34) و در نسبتهای دندهای از 3.7:1 تا بیش از 100:1 از طریق پیکربندیهای تک یا چند مرحلهای موجود هستند. آنها برای سیستمهای CNC، رباتهای مشارکتی، دستگاههای پزشکی و هر برنامه موقعیتیابی دقیقی که در آن واکنش و ظرفیت بار حیاتی است، انتخاب ارجح هستند.
یک گیربکس خار از یک سری چرخ دنده های استوانه ای خارجی با دندانه های برش مستقیم که در یک قطار دنده ساده چیده شده اند استفاده می کند. هر جفت دنده در قطار مرحله ای از کاهش سرعت و ضرب گشتاور را فراهم می کند. موتورهای پلهای دندهای Spur سادهتر و ارزانتر از نسخههای سیارهای ساخته میشوند، و آنها را برای کاربردهای حساس به هزینه که در آنها مقداری عکسالعمل قابل قبول است و بارهای شعاعی روی شفت خروجی متوسط هستند، محبوب میکند. مجموعههای موتور پلهای چرخ دنده معمولی دارای واکنش برگشتی بالاتری نسبت به معادلهای سیارهای هستند (معمولاً 3 تا 10 درجه در محور خروجی، بسته به تعداد مراحل و کیفیت ساخت) و به دلیل تماس لغزشی بین دندانههای دنده برش مستقیم، انتقال گشتاور کارآمد کمتری دارند. آنها به خوبی برای برنامه هایی مانند فعال سازی سوپاپ، مکانیسم های تغذیه ساده، و اتوماسیون سبک که در آن هزینه بر دقت مطلق اولویت دارد، مناسب هستند.
یک گیربکس حلزونی از یک پیچ حلزونی (ورودی) استفاده می کند که با یک چرخ حلزونی (خروجی) مشبک شده است تا در یک مرحله فشرده به کاهش سرعت زیادی دست یابد. موتورهای پله ای چرخ دنده حلزونی می توانند به نسبت های کاهشی 5:1 تا 100:1 در یک مرحله دست یابند و بین محورهای شافت ورودی و خروجی 90 درجه فاصله ایجاد کنند - یک مزیت فیزیکی در کاربردهایی که درایو با زاویه راست مورد نیاز است. متمایزترین ویژگی یک موتور پله ای چرخ دنده حلزونی خود قفل شدن است: بالاتر از یک نسبت دنده معین (معمولاً بالای 20:1)، چرخ دنده حلزونی نمی تواند توسط بار به عقب هدایت شود، به این معنی که شفت خروجی موقعیت خود را به صورت مکانیکی بدون هیچ گونه جریان نگهدارنده الکتریکی حفظ می کند. این امر باعث می شود که موتورهای پله ای چرخ دنده کرمی برای کاربردهایی مانند دروازه های موتوردار، مکانیسم های بالابر و سکوهای کج شونده که اتلاف نیرو نباید باعث حرکت کنترل نشده شود، ارزشمند می شود. محدودیت قابل توجه کارایی است - تلفات اصطکاک دنده حلزونی زیاد است (معمولا راندمان 40-80٪ در مقابل 90-97٪ برای گیربکس های سیاره ای)، محدود کردن موتورهای پله ای چرخ دنده حلزونی به کاربردهای کم کار که در آن تولید گرما و مصرف انرژی نگرانی های مهمی نیستند.
جدول زیر تفاوت های کلیدی عملکرد بین سه نوع گیربکس اصلی مورد استفاده در مجموعه موتورهای پله ای دنده ای را برای کمک به انتخاب اولیه خلاصه می کند.
| معیارها | سیاره ای | Spur | کرم |
| واکنش متقابل معمولی | 1-5 دقیقه قوس الکتریکی (دقت) | 3-10 درجه (چند مرحله ای) | کم – متوسط |
| کارایی | 90-97٪ | 85-95٪ | 40-80٪ |
| چگالی گشتاور | خیلی بالا | متوسط | متوسط |
| قابلیت رانندگی در پشت | بله | بله | خود قفل شدن (نسبت بالا) |
| جهت شفت | کواکسیال (در خط) | کواکسیال یا افست | زاویه راست 90 درجه |
| سطح نویز | کم | متوسط | کم – متوسط |
| هزینه نسبی | متوسط-بالا | کم–Medium | کم–Medium |
| بهترین مورد استفاده | موقعیت یابی دقیق، رباتیک | اتوماسیون حساس به هزینه | درایو با زاویه راست، قفل خودکار |
نسبت دنده یک موتور پله ای دنده ای تنها تاثیرگذارترین مشخصات برای تعیین اینکه آیا یک مجموعه معین الزامات یک برنامه کاربردی را برآورده می کند یا خیر است. درک دقیق اینکه نسبت دنده چه تغییری در رفتار سیستم موتور ایجاد می کند و چه چیزی را تغییر نمی دهد برای انتخاب صحیح و طراحی سیستم ضروری است.
نسبت دنده N به عنوان تعداد دورهای شفت ورودی مورد نیاز برای تولید یک دور از شفت خروجی تعریف می شود. نسبت دنده 10:1 به این معنی است که شفت موتور به ازای هر چرخش شفت خروجی گیربکس ده چرخش کامل را انجام می دهد. اثر ضرب گشتاور ساده است: گشتاور خروجی برابر است با گشتاور ورودی موتور ضرب در نسبت دنده و ضرب در راندمان گیربکس (η). برای موتوری که 0.5 نیوتن متر در شفت خود متصل به گیربکس سیاره ای 10:1 با راندمان 95 درصد است، گشتاور خروجی 0.5 × 10 × 0.95 = 4.75 نیوتن متر است. برعکس، سرعت شفت خروجی، سرعت موتور تقسیم بر نسبت دنده است - موتوری که با سرعت 600 دور در دقیقه از طریق یک گیربکس 10:1 کار می کند، 60 دور در دقیقه را در خروجی ارائه می دهد. این رابطه معکوس بین گشتاور و سرعت، مبادله مکانیکی اساسی است که نسبتهای دنده مدیریت میکنند.
یک موتور پله ای استاندارد 1.8 درجه در هر پله یک دور را در 200 مرحله کامل کامل می کند. از طریق یک گیربکس 10:1، شفت خروجی 0.18 درجه در هر مرحله کامل می چرخد که به 2000 مرحله در هر دور شفت خروجی نیاز دارد. از طریق یک گیربکس 50:1، هر مرحله شفت خروجی را فقط 0.036 درجه حرکت می دهد و 10000 پله در هر دور مورد نیاز است. این بهبود چشمگیر در وضوح زاویهای به این معنی است که موقعیتیابی بسیار خوب - مانند کنترل فوکوس یک شی میکروسکوپ، تنظیم زاویه آنتن یا نمایهسازی یک میز چرخشی - با سختافزار موتور پلهای استاندارد و یک درایور ساده گام به گام، بدون نیاز به میکرو استپ یا بازخورد سروو گرانقیمت قابل دستیابی است. ضرب رزولوشن یکی از با ارزش ترین ویژگی های عملی موتورهای پله ای دنده ای است و اغلب دلیل اصلی انتخاب یک موتور دنده ای نسبت به یک جایگزین درایو مستقیم است.
یک گیربکس اینرسی منعکس شده بار را که توسط موتور مشاهده می شود با ضریب مربعی از نسبت دنده کاهش می دهد. باری با ممان اینرسی 100 کیلوگرم در سانتی متر مربع که از طریق گیربکس 10:1 منعکس می شود به موتور فقط 1 کیلوگرم در سانتی متر مربع (100 / 10²) ظاهر می شود. این کاهش اینرسی برای دستیابی به عملکرد دینامیکی بهینه بسیار مهم است - موتورهای پله ای بیشترین واکنش را نشان می دهند و کمتر مستعد توقف هستند زمانی که اینرسی باری که باید شتاب دهند نزدیک به اینرسی روتور خود موتور باشد (اصل طراحی "تطبیق اینرسی"). با قرار دادن یک گیربکس مناسب، طیف وسیعی از اینرسی های بار در دنیای واقعی را می توان در محدوده تطبیق بهینه برای یک موتور پله ای معین، به حداکثر رساندن قابلیت شتاب و دقت گام بعدی رساند.
انتخاب یک موتور پله ای دنده ای مستلزم ارزیابی مجموعه ای از مشخصات وابسته به هم است که در مجموع تعیین می کند که آیا مونتاژ در برنامه مورد نظر به درستی عمل می کند یا خیر. تمرکز روی تنها یک یا دو پارامتر - مانند گشتاور و نسبت دنده - در حالی که نادیده گرفتن سایر پارامترها مانند عکس العمل، حداکثر سرعت شافت خروجی یا بار شعاعی مجاز منجر به خطاهای انتخابی می شود که تنها پس از نمونه سازی یا استقرار گران قیمت کشف می شوند.
موتورهای پله ای دنده ای در طیف وسیعی از کاربردهای اتوماسیون، رباتیک، پزشکی و ابزار دقیق به کار گرفته می شوند. ترکیبی از کنترل دقیق موقعیت حلقه باز، گشتاور خروجی بالا، ضریب فرم فشرده و الکترونیک کنترل ساده آنها را به طور منحصر به فردی برای مجموعه ای از پروفایل های کاربردی تکراری مناسب می کند.
موتورهای پلهای دندهای سیارهای در اتصالات رباتهای آموزشی، بازوهای رباتیک کوچک مشارکتی، دستکاریکنندههای رومیزی رومیزی و پلتفرمهای مفصلی درجه یک مورد استفاده قرار میگیرند. نسبت گشتاور بالا به اندازه یک استپر دنده سیاره ای NEMA 17 یا NEMA 23 به آن اجازه می دهد تا بخش های بازو را در برابر گرانش پشتیبانی و حرکت دهد و در عین حال موقعیت خود را بدون جریان مداوم در نگهدارنده های ساکن (با جریان نگهدارنده مناسب) حفظ کند. حذف حسگرهای بازخورد و سیمکشی، رابطها و تنظیم مرتبط، پیچیدگی سیستم را در مقایسه با گزینههای مبتنی بر سروو در برنامههایی که الزامات سرعت و دقت مطلق متوسط هستند، کاهش میدهد. بسیاری از کیت های بازوی روبات های محبوب دقیقاً به همین دلایل از موتورهای پله ای NEMA 17 با گیربکس های سیاره ای 5:1 یا 10:1 در مفاصل شانه و آرنج استفاده می کنند.
میزهای چرخشی CNC برای آسیاب و سنگ زنی از موتورهای پله ای دنده ای سیاره ای با نسبت بالا برای دستیابی به وضوح زاویه ای و گشتاور نگهدارنده مورد نیاز برای نمایه سازی دقیق قطعات و کانتورینگ محور چرخشی مداوم استفاده می کنند. محورهای چرخشی A و B مرکز ماشینکاری 5 محوره CNC معمولاً توسط مجموعههای پلهای هیبریدی کرم-سیارهای با نسبت دندههای 90:1 تا 180:1 هدایت میشوند، که وضوح زاویهای در سطح دوم قوس و گشتاور کافی برای مقاومت در برابر نیروهای برش را فراهم میکنند. خاصیت قفل شوندگی گیربکسهای حلزونی با نسبت بالا در اینجا بهعلاوه ارزشمند است، زیرا در هنگام اعمال نیروهای برشی در حین ماشینکاری، از عقبگردانی محور چرخشی جلوگیری میکند.
پمپهای دقیق توزیع مایع، درایوهای سرنگ، پمپهای پریستالتیک، مراحل میکروسکوپ موتوری، و سیستمهای پیپت خودکار، همگی به موتورهای پلهای چرخدنده برای ترکیبی از دوز دقیق یا کنترل موقعیت، اندازه فشرده و عملکرد قابل اعتماد حلقه باز بدون پیچیدگی بازخورد متکی هستند. کاربردهای پزشکی به موتورهای پله ای دنده ای با مواد سازگار با اتاق تمیز، تولید ذرات کم و در بسیاری از موارد مواد زیست سازگار یا قابل استریل شدن نیاز دارند. پلههای دندهای سیارهای کملغز در اندازههای قاب NEMA 8 و NEMA 11 انتخاب غالب برای ابزار دقیق پزشکی و آزمایشگاهی هستند که در آن فضا به شدت محدود است و دقت موقعیتی چند میکرومتری حرکت خطی (که از طریق یک پیچ سرب با گام ریز به دست میآید و به خروجی پله دندهای متصل میشود) مورد نیاز است.
دریچههای توپی موتوری، شیرهای پروانهای و محرکهای دمپر HVAC از موتورهای پلهای دندهای برای هدایت عناصر سوپاپ به موقعیتهای زاویهای دقیق در پاسخ به اتوماسیون ساختمان یا سیگنالهای کنترل فرآیند استفاده میکنند. گشتاور خروجی بالای یک موتور پله ای دنده ای - اغلب 5 تا 50 نیوتن متر برای کاربردهای محرک سوپاپ - بر نیروهای نشستن و برکناری در دریچه های فرآیند غلبه می کند، در حالی که قابلیت خودنگهداری یک استپر پرانرژی (یا خود قفل مکانیکی یک نوع چرخ دنده حلزونی با نسبت بالا) بدون فشار سیال در برابر فشار مصرفی قدرت سیال را حفظ می کند. رابط کنترل ساده مرحله و جهت به راحتی با PLC و خروجی های سیستم مدیریت ساختمان (BMS) ادغام می شود.
در حالی که موتورهای پله ای استاندارد NEMA 17 اکثر محورها را در چاپگرهای سه بعدی FDM انجام می دهند، موتورهای پله ای دنده ای - به ویژه آنهایی که دارای گیربکس سیاره ای نسبت 3:1 تا 5:1 هستند - به طور فزاینده ای در مکانیزم محرک اکسترودر استفاده می شوند. یک استپر اکسترودر دنده ای نیروی چسبندگی بالاتری را بر روی رشته، کنترل پسرفت بهتر برای کاهش رشته و اکستروژن ثابت تر در نرخ جریان کم و بالا در مقایسه با یک موتور بدون چرخ دنده مستقیم با همان اندازه قاب ایجاد می کند. طرحهای اکسترودر Orbiter و Sherpa که در جامعه FDM محبوب هستند، از موتورهای NEMA 14 با چرخ دنده سیارهای فشرده یا موتورهای NEMA 17 با دنده سفارشی استفاده میکنند تا به این بهبود عملکرد اکسترودر در بستهای سبک وزن و قابل نصب روی هد چاپی دست یابند.
گیربکس در یک موتور پله ای دنده ای یک جزء کاملاً مکانیکی است - هیچ رابط الکتریکی ندارد و نیازی به تغییر در مدار اصلی درایور موتور پله ای ندارد. درایور به سیمپیچهای استپر موتور دقیقاً به همان روشی که برای موتورهای بدون دنده متصل میشود وصل میشود و سیگنالهای پله و جهت یکسان هر دو را کنترل میکنند. با این حال، گیربکس چندین ملاحظات کنترل عملی را معرفی می کند که باید در طراحی سیستم حرکتی و پیکربندی راننده در نظر گرفته شوند.
از آنجایی که گیربکس گامهای هر دور در محور خروجی را در نسبت دنده ضرب میکند، کنترلکننده حرکت باید هنگام ترجمه سرعت یا موقعیت شافت خروجی مطلوب به دستورات گام موتور، این را در نظر بگیرد. اگر در کاربرد به چرخش شفت خروجی با سرعت 30 دور در دقیقه از طریق گیربکس 10:1 نیاز باشد، موتور باید با سرعت 300 دور در دقیقه بچرخد که به سرعت گام 300 × 200 = 60000 گام در دقیقه (1000 گام در ثانیه) در گام کامل یا سرعت گام های ریز به نسبت بالاتر نیاز دارد. اکثر کنترلکنندههای استپر موتور اجازه ورود رقم گام در هر دور سیستم را میدهند - که باید تعداد گامهای کامل موتور ضربدر نسبت دنده و ضریب میکرواستپینگ باشد - به طوری که تمام موقعیتها و سرعتهای فرماندهی شده مستقیماً بر حسب محور خروجی مشخص میشوند.
موتورهای پله ای دنده ای اغلب در کاربردهایی استفاده می شوند که به گشتاور نگهدارنده بالا در سرعت های خروجی پایین نیاز دارند، به این معنی که موتور ممکن است با جریان نامی کامل برای دوره های طولانی انرژی داشته باشد. بر خلاف سروو موتورها که جریان را متناسب با بار میکشند، یک موتور پلهای جریان کامل فاز را به طور پیوسته میکشد چه در حال حرکت باشد و چه در حالت ایستاده تحت بار. این منجر به تولید گرمای مداوم در سیمپیچهای موتور میشود که باید با تهویه مناسب یا فرورفتگی حرارتی مدیریت شوند. بسیاری از درایورهای موتور پله ای دارای ویژگی کاهش خودکار جریان هستند (معمولاً کاهش جریان به 50 تا 70 درصد جریان در حال اجرا زمانی که موتور برای 100 تا 500 میلی ثانیه ساکن بوده است) که به طور قابل توجهی تولید گرمای آماده به کار را کاهش می دهد و به شدت برای کاربردهای موتور پله ای دنده ای توصیه می شود که در آن گیربکس نگه داشتن مکانیکی کافی بدون جریان نگهدارنده کامل الکتریکی را فراهم می کند.
موتورهای پلهای تشدید فرکانس متوسط را نشان میدهند - محدوده سرعتی که در آن فرکانس نوسان طبیعی موتور با فرکانس تحریک پله منطبق است و باعث لرزش، نویز و کاهش بالقوه گام میشود. گیربکس تا حدی بار را از رزونانس موتور با عمل به عنوان یک فیلتر پایین گذر مکانیکی جدا می کند: انطباق توری دنده و صاف شدن اینرسی از مراحل دنده، گشتاورهای گام ضربه ای را قبل از رسیدن به شفت خروجی کاهش می دهد. این بدان معناست که موتورهای پلهای دندهای معمولاً در سرعتهای مستعد تشدید نرمتر از موتورهای غیردندهای معادل که بار یکسان را هدایت میکنند، کار میکنند، که یک مزیت عملی اضافی فراتر از مزایای گشتاور اولیه و وضوح است. استفاده از میکرواستپینگ (حالتهای 1/8، 1/16 یا 1/32 گام) در سطح راننده باعث کاهش بیشتر ارتعاش و نویز موتور میشود و برای همه کاربردهای موتور پلهای با دنده دقیق توصیه میشود.
تصمیم برای استفاده از موتور پلهای دندهای در مقابل موتور پلهای با درایو مستقیم - یا در واقع در مقابل سروو موتور دندهای - باید بر اساس تحلیل روشنی از گشتاور، سرعت، وضوح، دقت و هزینه مورد نیاز برنامه باشد تا عادت یا آشنایی با قطعات. هر رویکرد دارای عملکرد واقعی و مشخصات هزینه ای است که در سناریوهای خاص به نفع آن است.
موتورهای پله ای دنده ای معمولاً دستگاه هایی با تعمیر و نگهداری کم هستند که به درستی مشخص شده و در پارامترهای رتبه بندی شده خود کار کنند. موتور پله ای خود یک طراحی بدون جاروبک بدون سایش کموتاتور است و یاتاقان های توپ در موتور و گیربکس برای عمر طولانی در شرایط بارگذاری معمولی طراحی شده اند. با این حال، ملاحظات نگهداری خاصی در طول عمر عملیاتی مجموعه اعمال می شود.
آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد. فیلدهای ضروری علامت گذاری شده اند. *
تلفن: +86 0579-86817938-836
تلفن: +86 15258922705
ایمیل: [email protected]
اضافه کردن: شماره 2 خیابان Zengping، Dongyang، ژجیانگ، چین
حق نشر © شرکت موتور ژجیانگ دونگ ژنگ با مسئولیت محدود تمامی حقوق محفوظ است.
تولید کنندگان موتور دنده DC
