Lựa chọn động cơ bước: Hướng dẫn toàn diện để chọn đúng động cơ Stepper cho ứng dụng của bạn

Lựa chọn động cơ bước: Hướng dẫn toàn diện để chọn đúng động cơ Stepper cho ứng dụng của bạn

Chọn đúng động cơ bước là một nhiệm vụ quan trọng, tác động trực tiếp đến hiệu suất, hiệu quả, và tuổi thọ của ứng dụng của bạn. Cho dù bạn là một nhân viên tuân thủ đang tìm cách đảm bảo độ tin cậy của các hệ thống tự động hóa hay một phần của bộ phận mua sắm nhằm mục đích tối ưu hóa lựa chọn nhà cung cấp, Hiểu về các sắc thái của lựa chọn động cơ bước là rất quan trọng.

Trong hướng dẫn này, Chúng tôi sẽ đi sâu vào những điều phức tạp của việc chọn Động cơ bước thích hợp, Kiểm tra các loại khác nhau có sẵn, và cung cấp một phân tích so sánh để hỗ trợ trong quá trình ra quyết định của bạn.

Tìm hiểu khái niệm cơ bản về động cơ bước

MỘT động cơ bước là một thiết bị cơ điện chuyển đổi các xung điện thành các chuyển động cơ học riêng biệt. Không giống như động cơ thông thường, Động cơ bước di chuyển theo các bước chính xác, Làm cho chúng lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu định vị chính xác và kiểm soát tốc độ. Phần này sẽ phác thảo ngắn gọn các đặc điểm cơ bản của động cơ bước.

Các loại động cơ bước

Động cơ bước có nhiều loại, mỗi thuộc tính duy nhất làm cho chúng phù hợp cho các ứng dụng cụ thể. Hiểu những loại này là điều cần thiết để đưa ra quyết định sáng suốt.

1. Động cơ bước nam châm vĩnh cửu

Nam châm vĩnh cửu (BUỔI CHIỀU) Động cơ bước sử dụng một nam châm vĩnh cửu trong rôto và hoạt động trên điểm thu hút và lực đẩy giữa các cực của rôto và stato. Họ được biết đến với sự đơn giản và hiệu quả chi phí. Các động cơ này thường phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu mô -men xoắn thấp đến trung bình và độ chính xác trung bình.

2. Động cơ bước miễn cưỡng thay đổi

Biến đổi miễn cưỡng (thực tế ảo) Động cơ bước được đặc trưng bởi một cánh quạt làm bằng sắt mềm, tự sắp xếp để giảm thiểu sự miễn cưỡng giữa rôto và stato. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu tốc độ cao và mô -men xoắn thấp. Động cơ bước VR ít phổ biến hơn do tỷ lệ mô-men xoắn thấp hơn của chúng so với các loại khác.

3. Động cơ bước lai

Động cơ bước lai Kết hợp các tính năng của động cơ PM và VR, Cung cấp mô -men xoắn cao và độ chính xác. Chúng là loại linh hoạt nhất, Làm cho chúng phù hợp cho một loạt các ứng dụng. Động cơ bước lai thường là sự lựa chọn cho các ứng dụng yêu cầu hiệu suất cao và độ chính xác.

Những cân nhắc chính trong lựa chọn động cơ Stepper

Chọn đúng động cơ bước liên quan đến việc đánh giá một số yếu tố chính. Những cân nhắc này đảm bảo rằng động cơ đã chọn phù hợp với các yêu cầu và ràng buộc của ứng dụng của bạn.

Yêu cầu mô -men xoắn

Mô -men xoắn là một yếu tố quan trọng trong lựa chọn động cơ bước. Điều cần thiết là xác định các yêu cầu mô -men xoắn của ứng dụng của bạn, bao gồm cả giữ mô -men xoắn và mô -men xoắn chạy. Giữ mô -men xoắn là lượng mô -men xoắn cần thiết để giữ cho động cơ ở vị trí khi không di chuyển, Trong khi cần có mô -men xoắn trong quá trình hoạt động. Đánh giá thấp các yêu cầu mô -men xoắn có thể dẫn đến các vấn đề về hiệu suất và lỗi vận động.

Bước góc và độ phân giải

Góc bước của động cơ bước xác định độ phân giải và độ chính xác của nó. Các ứng dụng yêu cầu lợi ích chính xác vị trí tốt từ động cơ với các góc bước nhỏ hơn. Nó rất cần thiết để cân bằng góc bước với các yêu cầu về tốc độ và mô -men xoắn để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

Tốc độ và gia tốc

Khả năng tốc độ và gia tốc của động cơ bước phải phù hợp với nhu cầu của ứng dụng của bạn. Hãy xem xét tốc độ tối đa mà động cơ phải đạt được và mức độ cần tăng tốc đến tốc độ đó. Các ứng dụng tốc độ cao yêu cầu động cơ có quán tính thấp và tỷ lệ mô-men xoắn cao.

Điều kiện môi trường

Các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, và tiếp xúc với bụi hoặc hóa chất có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ. Điều quan trọng là chọn một động cơ được thiết kế để chịu được các điều kiện môi trường của ứng dụng của bạn. Động cơ có bảo vệ xâm nhập cao hơn (IP) Xếp hạng cung cấp khả năng chống lại các yếu tố môi trường tốt hơn.

Phân tích so sánh các loại động cơ bước

Để hỗ trợ trong quá trình lựa chọn của bạn, Chúng tôi cung cấp một phân tích so sánh các loại động cơ bước khác nhau dựa trên một số tiêu chí quan trọng.

Khả năng mô -men xoắn và tốc độ

• Động cơ nam châm vĩnh cửu: Cung cấp mô -men xoắn và tốc độ vừa phải, Thích hợp cho các ứng dụng đa năng.
• Động cơ miễn cưỡng biến đổi: Cung cấp tốc độ cao nhưng mô -men xoắn thấp hơn, Lý tưởng cho tốc độ cao, Ứng dụng tải thấp.
• Động cơ lai: Cung cấp mô -men xoắn và độ chính xác cao, làm cho chúng phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu.

Cân nhắc chi phí

• Động cơ nam châm vĩnh cửu: Nói chung là lựa chọn hiệu quả nhất về chi phí, Lý tưởng cho các dự án có ý thức về ngân sách.
• Động cơ miễn cưỡng biến đổi: Thông thường giá cả phải chăng hơn so với các giống lai nhưng ít linh hoạt hơn.
• Động cơ lai: Chi phí cao hơn, được chứng minh bằng hiệu suất vượt trội và tính linh hoạt.

Độ chính xác và độ chính xác

• Động cơ nam châm vĩnh cửu: Cung cấp độ chính xác vừa phải, Thích hợp cho các ứng dụng có yêu cầu chính xác ít nghiêm ngặt hơn.
• Động cơ miễn cưỡng biến đổi: Cung cấp độ chính xác thấp hơn do thiết kế của họ.
• Động cơ lai: Cung cấp độ chính xác cao, Lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu định vị chính xác.

Ứng dụng trong thế giới thực của động cơ Stepper

Động cơ Stepper tìm thấy các ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp, Từ sản xuất và robot đến chăm sóc sức khỏe và điện tử tiêu dùng. Hiểu các ứng dụng trong thế giới thực của họ có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về tính linh hoạt và tiện ích của họ.

Sản xuất và tự động hóa

Trong sản xuất, Động cơ bước được sử dụng trong máy CNC, 3máy in D, và hệ thống băng tải, Trường hợp kiểm soát chính xác và độ lặp lại là điều cần thiết. Khả năng hoạt động của họ trong môi trường khắc nghiệt làm cho chúng lý tưởng cho các dây chuyền sản xuất tự động.

Robotics và hàng không vũ trụ

Động cơ bước là không thể thiếu trong robot để kiểm soát và định vị di chuyển. Trong hàng không vũ trụ, Chúng được tuyển dụng trong các hệ thống định vị vệ tinh và hệ thống điện tử hàng không, Trường hợp độ chính xác và độ tin cậy là tối quan trọng.

Thiết bị y tế

Trong lĩnh vực y tế, Động cơ bước được sử dụng trong các hệ thống hình ảnh, bơm truyền dịch, và thiết bị tự động hóa trong phòng thí nghiệm, Trường hợp độ chính xác và độ tin cậy là rất quan trọng đối với độ chính xác của an toàn và chẩn đoán bệnh nhân.

Trường hợp lựa chọn động cơ bước

Trường hợp 1: Vít + Động cơ bước trực tiếp

• Phân tích điều kiện làm việc:
  • Hệ số ma sát: 0.1
  • Gia tốc do trọng lực: 10
  • Tính toán hiệu quả: Khớp nối + Ổ đỡ trục + Vít = 0.99 × 0.99 × 0.95 = 0.93
  • Kết hợp quán tính: 0.1 × 10^-4 kg · mét vuông
  • Thông số vít:
    • Chỉ huy: 40mm
    • Tốc độ hoạt động tối đa: 0.5bệnh đa xơ cứng
    • Thời gian tăng tốc: 0.5S
    • Trọng tải: 50Kilôgam
    • Quán tính xoay vòng: 0.6 × 10^-4 kg · mét vuông
• Tính toán tham số vít:
  • Tốc độ quay: N = v/a = 12,5rps = 750rpm
  • Mô -men xoắn tốc độ không đổi: T = pb (μmg + F) / 2pi = 0.04 × 550 / (2 × 3.14 × 0.93) = 3,76nm
  • Mô -men xoắn tăng tốc: J_total = 20.7 × 10^-4 kg · mét vuông, b = 157 rad/s², T = j_total × = 0.32499nm
  • Tổng mô -men xoắn tải: T = mô -men tăng tốc + Mô -men xoắn tốc độ không đổi = 4.085nm
  • Yếu tố an toàn: Chọn một yếu tố an toàn của 1.5, Mô -men xoắn được chọn = 4.085 × 1.5 = 6.1275nm
• Phần kết luận: Một động cơ bước có thể xuất ra ít nhất 6,2nm với tốc độ 750 vòng/phút/12.5rps là bắt buộc

Trường hợp 2: Trục đầu ra động cơ bước kết nối trực tiếp với ròng rọc qua đai để lái con lăn

• Tham số:
  • Đường kính ròng rọc: 3cmt, Cân nặng: 0.01Kilôgam
  • Quán tính cánh quạt: 0.023kg · cm²
  • Trọng lượng đai: 0.04Kilôgam
  • Đường kính con lăn: 6cmt, Cân nặng: 0.15Kilôgam
  • Mô -men ma ma sát trục cánh quạt: 0.03KGF · cm
  • Yêu cầu: Con lăn phải được tăng tốc từ phần còn lại lên 300 vòng / phút trong vòng 0,1 bằng cách sử dụng động cơ bước (Bước góc 1,8 °)
• Tính toán:
  • Tổng số quán tính tải trên trục động cơ J = J1 + J2 + J3 + J4 = 0,293kg · cm²
  • Tốc độ động cơ = 300 × (60/30) = 600rpm
  • Ổ đĩa tần số xung f2 = 6 × 600 / 1.8 = 2000pps
  • Mô -men xoắn bắt buộc T = 2.93 × 10^-5 × (1.8Π/180) (2000 – 0) / 0.1 + 0.0029 = 0,0213nm
  • Yếu tố an toàn sf = 1.5, Sau đó t = 32mn · m (0.327KGF · cm)
• Phần kết luận: Một động cơ bước với mô -men xoắn này có thể đáp ứng các yêu cầu ở 2000pps

Trường hợp 3: Tính toán mô -men gia tốc cho quán tính tải trọng 2kg · cm²

• Tham số:
  • Tải trọng quán tính: 2kg · cm²
  • Thời gian tăng tốc: 0.1S
  • Mô -men xoắn ma sát: 0
  • Bước góc: 1.8°
  • Quán tính xoay trục động cơ: 2kg · cm²
  • Mô -men xoắn ma sát: 0.3KGF · CM²
  • Quán tính cánh quạt: 0.5kg · cm²
  • Thời gian tăng tốc: 40bệnh đa xơ cứng
  • Tần số xung: 1600PPS
• Tính toán: T = j × (2 – 1) / t = 2 × (157 – 0) / 0.1 = 314nm
• Phần kết luận: Chọn một động cơ bước với mô -men xoắn đầu ra đáp ứng các yêu cầu

Trường hợp 4: Lựa chọn động cơ bước cho một hệ thống truyền tải đai

• Tham số:
  • Trọng lượng tải: 50Kilôgam
  • Đường kính ròng rọc đồng bộ: 120mm
  • Tỷ lệ giảm R1 = 10, R2 = 2
  • Tải và hệ số ma sát máy: 0.6
  • Tốc độ tải tối đa: 30m/của tôi
  • Thời gian tăng tốc: 200bệnh đa xơ cứng
• Tính toán:
  • Quán tính tải được phản ánh với trục động cơ
  • Tốc độ động cơ cần thiết
  • Mô -men xoắn cần thiết để lái tải, bao gồm mô -men xoắn cần thiết để vượt qua ma sát và mô -men xoắn cần thiết để tăng tốc tải
• Phần kết luận: Chọn mô hình động cơ bước đáp ứng các yêu cầu tải dựa trên kết quả tính toán

Trường hợp 5: Lựa chọn động cơ servo cho cấu trúc vít bóng

• Tham số:
  • Trọng lượng tải: 200Kilôgam
  • Vít chì: 20mm
  • Đường kính vít: 50mm
  • Trọng lượng vít: 40Kilôgam
  • Hệ số ma sát: 0.2
  • Hiệu quả cơ học: 0.9
  • Tải tốc độ di chuyển: 30m/của tôi
• Tính toán:
  • Quán tính tải được phản ánh với trục động cơ
  • Tốc độ động cơ cần thiết
  • Mô -men xoắn cần thiết để lái tải, bao gồm mô -men xoắn cần thiết để khắc phục ma sát và mô -men xoắn cần thiết cho việc gia tốc tải và vít
• Phần kết luận: Chọn một động cơ bước đáp ứng các yêu cầu tải bằng cách so sánh các đường cong đặc trưng tần số mô-men xoắn của các mô hình động cơ bước khác nhau

Trường hợp 6: Lựa chọn động cơ bước cho thiết bị tự động

• Tham số:
  • Trọng tải: 5Kilôgam
  • Đột quỵ: 100mm
  • Độ chính xác: 0.1mm
• Tính toán:
  • Yêu cầu mô -men xoắn tĩnh: 0.5Nm
  • Yêu cầu mô -men xoắn động: 0.8Nm
• Phần kết luận: Chọn một động cơ bước hai pha với góc bước 1,8 ° và dòng điện định mức là 2A, phù hợp với một ổ đĩa dòng không đổi, xuất ra dòng điện 2A và điện áp là 24V

Phần kết luận

Chọn đúng động cơ bước là một nhiệm vụ phức tạp đòi hỏi phải xem xét cẩn thận các yếu tố khác nhau, bao gồm mô -men xoắn, tốc độ, độ chính xác, và điều kiện môi trường. Bằng cách hiểu các loại động cơ bước khác nhau và điểm mạnh tương ứng của chúng, Bạn có thể đưa ra quyết định sáng suốt, đảm bảo hiệu suất tối ưu cho ứng dụng của bạn.

Cho dù bạn là nhân viên tuân thủ đảm bảo tuân thủ quy định trong các hệ thống tự động hóa hay một phần của nhóm mua sắm tối ưu hóa lựa chọn nhà cung cấp, Hướng dẫn này cung cấp kiến ​​thức cần thiết để điều hướng sự phức tạp của lựa chọn động cơ Stepper với sự tự tin.