Stegmotorval: En omfattande guide för att välja rätt stegmotor för din applikation

Stegmotorval: En omfattande guide för att välja rätt stegmotor för din applikation

Att välja rätt stegmotor är en kritisk uppgift som direkt påverkar prestandan, effektivitet, och livslängd för din ansökan. Oavsett om du är en efterlevnadsombud som vill säkerställa tillförlitligheten hos automatiseringssystem eller en del av en upphandlingsavdelning som syftar till att optimera leverantörsval, Att förstå nyanserna av stegmotorval är avgörande.

I den här guiden, we will delve into the intricacies of choosing the appropriate stepper motor, Undersöker de olika typerna tillgängliga, och tillhandahålla en jämförelseanalys för att hjälpa till i din beslutsprocess.

Förstå stegmotorns grunder

A stegmotor är en elektromekanisk anordning som omvandlar elektriska pulser till diskreta mekaniska rörelser. Till skillnad från konventionella motorer, Stegmotorer rör sig i exakta steg, Att göra dem idealiska för applikationer som kräver korrekt positionering och hastighetskontroll. Det här avsnittet kommer kort att beskriva de grundläggande egenskaperna hos stegmotorer.

Typer av stegmotorer

Stegmotorer komma i olika typer, var och en med unika attribut som gör dem lämpliga för specifika applikationer. Att förstå dessa typer är avgörande för att fatta ett informerat beslut.

1. Permanent Magnet Stepper Motors

Permanentmagnet (Pm) Stegmotorer använder en permanent magnet i rotorn och arbetar med attraktionen och avvisningen mellan rotorn och statorstatorerna. De är kända för sin enkelhet och kostnadseffektivitet. Dessa motorer är i allmänhet lämpade för applikationer som kräver lågt till måttligt vridmoment och måttlig precision.

2. Variabel motvilja stegmotorer

Variabel motvilja (Vr) Stegmotorer kännetecknas av en rotor gjord av mjukt järn, som anpassar sig för att minimera motvilja mellan rotorn och statorn. De används vanligtvis i applikationer som kräver hög hastighet och lågt vridmoment. VR-stegmotorer är mindre vanliga på grund av deras nedre vridmoment-till-inertiförhållande jämfört med andra typer.

3. Hybridstegsmotorer

Hybrid stepper motors combine the features of PM and VR motors, Erbjuder högt vridmoment och precision. De är den mest mångsidiga typen, Att göra dem lämpliga för ett brett utbud av applikationer. Hybridstegsmotorer är ofta valet för applikationer som kräver hög prestanda och precision.

Viktiga överväganden i steget för stegmotor

Att välja rätt stegmotor innebär att utvärdera flera viktiga faktorer. Dessa överväganden säkerställer att den valda motorn anpassar sig till din applikationens krav och begränsningar.

Vridmomentkrav

Vridmoment är en kritisk faktor i steget för stegmotor. Det är viktigt att bestämma vridmomentkraven i din applikation, inklusive både hållmoment och löpande vridmoment. Att hålla vridmoment är mängden vridmoment som behövs för att hålla motorn i läge när du inte rör sig, När man kör vridmoment krävs under drift. Att underskatta vridmomentkraven kan leda till prestandaproblem och motoriska fel.

Stegvinkel och upplösning

Stegvinkeln för en stegmotor bestämmer dess upplösning och precision. Ansökningar som kräver fin positionsnoggrannhet drar nytta av motorer med mindre stegvinklar. Det är viktigt att balansera stegvinkeln med hastigheten och vridmomentkraven för att säkerställa optimal prestanda.

Hastighet och acceleration

Hastighets- och accelerationsfunktionerna för en stegmotor måste matcha kraven i din applikation. Tänk på den maximala hastigheten som motorn måste uppnå och hur snabbt den måste accelerera till den hastigheten. Höghastighetsapplikationer kräver motorer med låg tröghet och höga vridmomentförhållanden.

Miljöförhållanden

Miljöfaktorer som temperatur, fuktighet, och exponering för damm eller kemikalier kan påverka motorprestanda. Det är avgörande att välja en motor som är utformad för att motstå miljöförhållandena för din applikation. Motorer med högre intrångsskydd (Pruta) Betyg erbjuder bättre motstånd mot miljöfaktorer.

Jämförelseanalys av stegmotortyper

För att hjälpa till i din urvalsprocess, Vi tillhandahåller en jämförelseanalys av de olika stegmotortyperna baserat på flera kritiska kriterier.

Vridmoment och hastighetsfunktioner

• Permanentmagnetmotorer: Erbjud måttligt vridmoment och hastighet, Lämplig för allmänna applikationer.
• Variabla motvilja motorer: Ge hög hastighet men lägre vridmoment, Perfekt för höghastighet, applikationer med låg belastning.
• Hybridmotorer: Leverera högt vridmoment och precision, Att göra dem lämpliga för krävande applikationer.

Kostnadsöverväganden

• Permanentmagnetmotorer: Generellt sett det mest kostnadseffektiva alternativet, Perfekt för budgetmedvetna projekt.
• Variabla motvilja motorer: Vanligtvis billigare än hybrider men mindre mångsidiga.
• Hybridmotorer: Högre kostnad, Motiverad av överlägsen prestanda och mångsidighet.

Precision och noggrannhet

• Permanentmagnetmotorer: Erbjuda måttlig precision, Lämplig för applikationer med mindre stränga noggrannhetskrav.
• Variabla motvilja motorer: Ge lägre precision på grund av deras design.
• Hybridmotorer: Leverera hög precision, Perfekt för applikationer som kräver exakt positionering.

Verkliga applikationer av stegmotorer

Stegmotorer hittar applikationer i många branscher, Från tillverkning och robotik till sjukvård och konsumentelektronik. Att förstå deras verkliga applikationer kan ge insikt i deras mångsidighet och användbarhet.

Tillverkning och automatisering

I tillverkning, Stegmotorer används i CNC -maskiner, 3D skrivare, och transportsystem, där exakt kontroll och repeterbarhet är väsentliga. Deras förmåga att arbeta i hårda miljöer gör dem idealiska för automatiserade produktionslinjer.

Robotik och flyg-

Stegmotorer är integrerade i robotik för rörelsekontroll och positionering. I flyg-, De är anställda i satellitpositioneringssystem och avionik, där precision och tillförlitlighet är avgörande.

Medicinsk utrustning

Inom det medicinska området, Stegmotorer används i bildsystem, infusionspumpar, och laboratorieutomatiseringsutrustning, där precision och tillförlitlighet är avgörande för patientsäkerhet och diagnostisk noggrannhet.

Stegmotorval

Fall 1: Skruva + Steg Motor Direct Drive

• Arbetsvillkorsanalys:
  • Friktionskoefficient: 0.1
  • Acceleration på grund av allvar: 10
  • Effektivitetsberäkning: Koppling + Lager + Skruv = 0.99 × 0.99 × 0.95 = 0.93
  • Soptoltridning: 0.1 × 10^-4 kg · m²
  • Skruvparametrar:
    • Leda: 40mm
    • Maximal driftshastighet: 0.5m/s
    • Accelerationstid: 0.5s
    • Ladda: 50kg
    • Skruvrotationens tröghet: 0.6 × 10^-4 kg · m²
• Beräkning av skruvparameter:
  • Rotationshastighet: N = v/a = 12,5rps = 750 rpm
  • Konstant hastighetsmoment: T = pb (μmg + F) / 2pi = 0.04 × 550 / (2 × 3.14 × 0.93) = 3,76 nm
  • Accelerationsmoment: J_total = 20.7 × 10^-4 kg · m², b = 157 rad/s², T = j_total × β = 0,32499nm
  • Total belastningsmoment: T = accelerationsmoment + Konstant hastighetsmoment = 4,085 nm
  • Säkerhetsfaktor: Välj en säkerhetsfaktor för 1.5, Valt vridmoment = 4.085 × 1.5 = 6.1275nm
• Slutsats: En stegmotor som kan mata ut minst 6,2 nm med en hastighet av 750 rpm/12,5RPS krävs

Fall 2: Stegmotorutgångsaxel som är direkt ansluten till remskivan via bältet för att köra rullen

• Parametrar:
  • Remskiva: 3cm, Vikt: 0.01kg
  • Rotortröghet: 0.023kg · cm²
  • Bältesvikt: 0.04kg
  • Rulldiameter: 6cm, Vikt: 0.15kg
  • Rotorxelfriktionsmoment: 0.03kgf · cm
  • Krav: Rullen ska accelereras från vila till 300 rpm inom 0,1s med en stegmotor (stegvinkel 1.8 °)
• Beräkningar:
  • Total belastningströghet på motoraxeln J = J1 + J2 + J3 + J4 = 0,293 kg · cm²
  • Motorhastighet = 300 × (60/30) = 600 rpm
  • Kör pulsfrekvens F2 = 6 × 600 / 1.8 = 2000ppar
  • Krävs vridmoment T = 2.93 × 10^-5 × (1.8Π/180) (2000 – 0) / 0.1 + 0.0029 = 0,0213Nm
  • Säkerhetsfaktor SF = 1.5, sedan t = 32 mn · m (0.327kgf · cm)
• Slutsats: En stegmotor med detta vridmoment kan uppfylla kraven vid 2000pps

Fall 3: Accelerationsmomentberäkning för en lasttröghet på 2 kg · cm²

• Parametrar:
  • Tröghet: 2kg · cm²
  • Accelerationstid: 0.1s
  • Friktionsmoment: 0
  • Stegvinkel: 1.8°
  • Rotationströghet: 2kg · cm²
  • Friktionsmoment: 0.3kgf · cm²
  • Rotortröghet: 0.5kg · cm²
  • Accelerationstid: 40MS
  • Pulsfrekvens: 1600pps
• Beräkningar: T = j × (ω2 – ω1) / t = 2 × (157 – 0) / 0.1 = 314Nm
• Slutsats: Välj en stegmotor med utgångsmoment som uppfyller kraven

Fall 4: Stegmotorval för ett bältesöverföringssystem

• Parametrar:
  • Belastningsvikt: 50kg
  • Synkron remskiva: 120mm
  • Reduktionsförhållanden R1 = 10, R2 = 2
  • Last- och maskinfriktionskoefficient: 0.6
  • Maximal lasthastighet: 30m/min
  • Accelerationstid: 200MS
• Beräkningar:
  • Belastning tröghet reflekterad på motoraxeln
  • Obligatorisk motorhastighet
  • Vridmoment krävs för att köra lasten, inklusive det vridmoment som behövs för att övervinna friktion och vridmomentet som behövs för lastacceleration
• Slutsats: Välj en stegmotormodell som uppfyller lastkraven baserat på beräkningsresultaten

Fall 5: Servomotorval för en kulskruvstruktur

• Parametrar:
  • Belastningsvikt: 200kg
  • Skruvledare: 20mm
  • Skruvdiameter: 50mm
  • Skruvvikt: 40kg
  • Friktionskoefficient: 0.2
  • Mekanisk effektivitet: 0.9
  • Belastningsrörelse hastighet: 30m/min
• Beräkningar:
  • Belastning tröghet reflekterad på motoraxeln
  • Obligatorisk motorhastighet
  • Vridmoment krävs för att köra lasten, inklusive det vridmoment som behövs för att övervinna friktion och vridmomentet som behövs för att accelerera lasten och skruven
• Slutsats: Välj en stegmotor som uppfyller lastkraven genom att jämföra vridmomentfrekvensens karakteristiska kurvor för olika stegmotormodeller

Fall 6: Stegmotorval för automatiserad utrustning

• Parametrar:
  • Ladda: 5kg
  • Stroke: 100mm
  • Precision: 0.1mm
• Beräkningar:
  • Krav på statisk vridmoment: 0.5Nm
  • Dynamiskt vridmomentkrav: 0.8Nm
• Slutsats: Välj en tvåfas stegmotor med en stegvinkel på 1,8 ° och en nominell ström på 2A, matchas med en konstant strömdrivning, mata ut en ström på 2A och en spänning på 24V

Slutsats

Att välja rätt stegmotor är en komplex uppgift som kräver noggrann övervägande av olika faktorer, inklusive vridmoment, fart, precision, och miljöförhållanden. Genom att förstå de olika typerna av stegmotorer och deras respektive styrkor, Du kan fatta ett informerat beslut som säkerställer optimal prestanda för din ansökan.

Oavsett om du är en Compliance Officer som säkerställer reglering av efterlevnad av automatiseringssystem eller en del av ett upphandlingsteam som optimerar leverantörsval, Den här guiden ger den kunskap som krävs för att navigera i komplikationerna med STEPLE MOTOR Selection med förtroende.