Selección de motor paso a paso: Una guía completa para seleccionar el motor paso a paso derecho para su aplicación
Seleccionar el motor paso a paso derecho es una tarea crítica que afecta directamente el rendimiento, eficiencia, y longevidad de su aplicación. Si es un oficial de cumplimiento que busca garantizar la confiabilidad de los sistemas de automatización o parte de un departamento de adquisiciones con el objetivo de optimizar la selección de proveedores, Comprender los matices de la selección del motor paso a paso es crucial.
En esta guía, we will delve into the intricacies of choosing the appropriate stepper motor, Examinando los diversos tipos disponibles, y proporcionar un análisis de comparación para ayudar en su proceso de toma de decisiones.
Comprender los conceptos básicos del motor paso a paso
A motor paso a paso es un dispositivo electromecánico que convierte pulsos eléctricos en movimientos mecánicos discretos. A diferencia de los motores convencionales, Los motores paso a paso se mueven en pasos precisos, haciéndolos ideales para aplicaciones que requieren posicionamiento preciso y control de velocidad. Esta sección describirá brevemente las características fundamentales de los motores paso a paso.
Tipos de motores paso a paso
Motores paso a paso Ven en varios tipos, cada uno con atributos únicos que los hacen adecuados para aplicaciones específicas. Comprender estos tipos es esencial para tomar una decisión informada.
1. Motores de paso de paso imán permanente
Imán permanente (PM) Los motores paso a paso usan un imán permanente en el rotor y operan en la atracción y repulsión entre los postes del rotor y el estator. Son conocidos por su simplicidad y rentabilidad.. Estos motores generalmente son adecuados para aplicaciones que requieren un par bajo a moderado y una precisión moderada.
2. Motores paso a paso de reticencia variable
Reticencia variable (realidad virtual) Los motores paso a paso se caracterizan por un rotor hecho de hierro blando, que se alinea para minimizar la reticencia entre el rotor y el estator. Generalmente se usan en aplicaciones que requieren alta velocidad y bajo par. Los motores de VR son menos comunes debido a su menor relación de torque a inercia en comparación con otros tipos.
3. Motores de paso híbrido
Motores de paso híbrido Combine las características de los motores PM y VR, Ofreciendo un alto par y precisión. Son el tipo más versátil, haciéndolos adecuados para una amplia gama de aplicaciones. Los motores paso a paso híbridos son a menudo la opción de referencia para aplicaciones que requieren alto rendimiento y precisión.
Consideraciones clave en la selección del motor paso a paso
Elegir el motor paso a paso derecho implica evaluar varios factores clave. Estas consideraciones aseguran que el motor seleccionado se alinee con los requisitos y restricciones de su aplicación..
Requisitos de par
El par es un factor crítico en la selección de motores paso a paso. Es esencial determinar los requisitos de torque de su aplicación., incluyendo tanto el par de retención como el torque de carrera. El par de retención es la cantidad de torque necesaria para mantener el motor en posición cuando no se mueve, Mientras se requiere un par ejecutivo durante la operación. La subestimación de los requisitos de torque puede conducir a problemas de rendimiento y falla del motor.
Ángulo de paso y resolución
El ángulo paso de un motor paso a paso determina su resolución y precisión. Aplicaciones que requieren beneficio de precisión posicional fina de motores con ángulos de pasos más pequeños. Es esencial equilibrar el ángulo de paso con los requisitos de velocidad y par para garantizar un rendimiento óptimo.
Velocidad y aceleración
Las capacidades de velocidad y aceleración de un motor paso a paso deben igualar las demandas de su aplicación. Considere la velocidad máxima que debe alcanzar el motor y qué tan rápido necesita acelerar a esa velocidad. Las aplicaciones de alta velocidad requieren motores con baja inercia y altas relaciones de par / inercia.
Condiciones ambientales
Factores ambientales como la temperatura, humedad, y la exposición al polvo o los productos químicos puede afectar el rendimiento del motor. Es crucial seleccionar un motor diseñado para resistir las condiciones ambientales de su aplicación.. Motores con mayor protección de entrada (IP) Las calificaciones ofrecen una mejor resistencia a los factores ambientales.
Análisis de comparación de tipos de motor paso a paso
Para ayudar en su proceso de selección, Proporcionamos un análisis de comparación de los diferentes tipos de motor paso a paso en función de varios criterios críticos..
Capacidades de torque y velocidad
- Motores de imán permanentes: Ofrecer un par moderado y la velocidad, Adecuado para aplicaciones de uso general.
- Motores de reticencia variable: Proporcionar al gran torque pero un par inferior, Ideal para alta velocidad, aplicaciones de baja carga.
- Motores híbridos: Entregar alto par y precisión, haciéndolos adecuados para aplicaciones exigentes.
Consideraciones de costos
- Motores de imán permanentes: Generalmente la opción más rentable, Ideal para proyectos conscientes del presupuesto.
- Motores de reticencia variable: Típicamente más asequible que los híbridos pero menos versátiles.
- Motores híbridos: Mayor costo, justificado por un rendimiento superior y versatilidad.
Precisión y precisión
- Motores de imán permanentes: Ofrecer precisión moderada, Adecuado para aplicaciones con requisitos de precisión menos estrictos.
- Motores de reticencia variable: Proporcionar una precisión más baja debido a su diseño.
- Motores híbridos: Entregar alta precisión, Ideal para aplicaciones que requieren posicionamiento exacto.
Aplicaciones del mundo real de motores paso a paso
Pasepper Motors encuentra aplicaciones en numerosas industrias, Desde la fabricación y la robótica hasta la atención médica y la electrónica de consumo. Comprender sus aplicaciones del mundo real puede proporcionar información sobre su versatilidad y utilidad.
Fabricación y automatización
En fabricación, Se utilizan motores paso a paso en máquinas CNC, 3impresoras D, y sistemas transportadores, donde el control preciso y la repetibilidad son esenciales. Su capacidad para operar en entornos hostiles los hace ideales para líneas de producción automatizadas..
Robótica y aeroespacial
Los motores paso a paso son integrales en robótica para el control del movimiento y el posicionamiento. En aeroespacial, se emplean en sistemas de posicionamiento satelital y aviónica, donde la precisión y la fiabilidad son primordiales.
Dispositivos médicos
En el campo de la medicina, Se utilizan motores paso a paso en los sistemas de imágenes, bombas de infusión, y equipos de automatización de laboratorio, donde la precisión y la confiabilidad son críticas para la seguridad del paciente y la precisión del diagnóstico.
Caja de selección de motor paso a paso
Caso 1: Tornillo + Accionamiento directo del motor paso a paso
- Análisis de condiciones de trabajo:
- Coeficiente de fricción: 0.1
- Aceleración debido a la gravedad: 10
- Cálculo de eficiencia: Enganche + Cojinete + Tornillo = 0.99 × 0.99 × 0.95 = 0.93
- Inercia de acoplamiento: 0.1 × 10^-4 kg · m²
- Parámetros de tornillo:
- Dirigir: 40milímetro
- Velocidad de funcionamiento máxima: 0.5EM
- Tiempo de aceleración: 0.5s
- Carga: 50kg
- Inercia rotacional de tornillo: 0.6 × 10^-4 kg · m²
- Cálculo de parámetros de tornillo:
- Velocidad de rotación: N = v/a = 12.5RPS = 750rpm
- Torque de velocidad constante: T = Pb (μmg + F) / 2pi = 0.04 × 550 / (2 × 3.14 × 0.93) = 3.76nm
- Par de aceleración: J_total = 20.7 × 10^-4 kg · m², b = 157 rad/s², T = j_total × β = 0.32499 nm
- Torque de carga total: T = par de aceleración + Torque de velocidad constante = 4.085 nm
- Factor de seguridad: Seleccione un factor de seguridad de 1.5, Torque seleccionado = 4.085 × 1.5 = 6.1275 nm
- Conclusión: Se requiere un motor paso a paso que pueda emitir al menos 6.2 nm a una velocidad de 750 rpm/12.5RPS
Caso 2: Eje de salida del motor paso a paso conectado directamente a la polea a través de la correa al rodillo de accionamiento
- Parámetros:
- Diámetro de la polea: 3cm, Peso: 0.01kg
- Inercia del rotor: 0.023kg · cm²
- Peso del cinturón: 0.04kg
- Diámetro del rodillo: 6cm, Peso: 0.15kg
- Torque de fricción del eje del rotor: 0.03KGF · CM
- Requisito: El rodillo debe acelerarse de descanso a 300 rpm dentro de 0.1s usando un motor paso a paso (ángulo de paso 1.8 °)
- Cálculos:
- Inercia de carga total en el eje del motor J = J1 + J2 + J3 + J4 = 0.293kg · cm²
- Velocidad del motor = 300 × (60/30) = 600 rpm
- Frecuencia de pulso de conducción F2 = 6 × 600 / 1.8 = 2000pps
- Torque requerido t = 2.93 × 10^-5 × (1.8Π/180) (2000 – 0) / 0.1 + 0.0029 = 0.0213nm
- Factor de seguridad SF = 1.5, Entonces t = 32mn · m (0.327KGF · CM)
- Conclusión: Un motor paso a paso con este par puede cumplir con los requisitos en 2000pps
Caso 3: Cálculo de torque de aceleración para una inercia de carga de 2 kg · cm²
- Parámetros:
- Inercia de carga: 2kg · cm²
- Tiempo de aceleración: 0.1s
- Par de fricción: 0
- Ángulo de paso: 1.8°
- Inercia rotacional del eje del motor: 2kg · cm²
- Par de fricción: 0.3kgf · cm²
- Inercia del rotor: 0.5kg · cm²
- Tiempo de aceleración: 40EM
- Frecuencia de pulso: 1600PPS
- Cálculos: T = j × (ω2 – ω1) / t = 2 × (157 – 0) / 0.1 = 314 nm
- Conclusión: Seleccione un motor paso a paso con par de salida que cumpla con los requisitos
Caso 4: Selección de motor paso a paso para un sistema de transmisión de correa
- Parámetros:
- Cargar peso: 50kg
- Diámetro de la polea sincrónico: 120milímetro
- Ratios de reducción R1 = 10, R2 = 2
- Coeficiente de fricción de carga y máquina: 0.6
- Velocidad de carga máxima: 30m/mi
- Tiempo de aceleración: 200EM
- Cálculos:
- Inercia de carga reflejada en el eje del motor
- Velocidad del motor requerida
- El par requerido para conducir la carga, Incluyendo el par necesario para superar la fricción y el torque necesario para la aceleración de la carga
- Conclusión: Seleccione un modelo de motor paso a paso que cumpla con los requisitos de carga en función de los resultados del cálculo
Caso 5: Selección de servo motor para una estructura de tornillo de bola
- Parámetros:
- Cargar peso: 200kg
- Cable de tornillo: 20milímetro
- Diámetro de tornillo: 50milímetro
- Peso del tornillo: 40kg
- Coeficiente de fricción: 0.2
- Eficiencia mecánica: 0.9
- Velocidad de movimiento de carga: 30m/mi
- Cálculos:
- Inercia de carga reflejada en el eje del motor
- Velocidad del motor requerida
- El par requerido para conducir la carga, Incluyendo el par necesario para superar la fricción y el par necesario para la aceleración de la carga y el tornillo
- Conclusión: Seleccione un motor paso a paso que cumpla con los requisitos de carga comparando las curvas características de la frecuencia de torque de diferentes modelos de motor paso a paso.
Caso 6: Selección de motor paso a paso para equipos automatizados
- Parámetros:
- Carga: 5kg
- Ataque: 100milímetro
- Precisión: 0.1milímetro
- Cálculos:
- Requisito de torque estático: 0.5Nuevo Méjico
- Requisito de torque dinámico: 0.8Nuevo Méjico
- Conclusión: Seleccione un motor paso a paso de dos fases con un ángulo de paso de 1.8 ° y una corriente nominal de 2A, emparejado con una unidad de corriente constante, Salir una corriente de 2a y un voltaje de 24V
Conclusión
Seleccionar el motor paso a paso derecho es una tarea compleja que requiere una cuidadosa consideración de varios factores, incluido el par, velocidad, precisión, y condiciones ambientales. Al comprender los diferentes tipos de motores paso a paso y sus respectivas fortalezas, Puede tomar una decisión informada que garantice un rendimiento óptimo para su aplicación..
Ya sea que sea un oficial de cumplimiento, garantizar la adherencia regulatoria en los sistemas de automatización o parte de un equipo de adquisiciones que optimiza la selección de proveedores, Esta guía proporciona el conocimiento necesario para navegar las complejidades de la selección de motores paso a paso con confianza.
