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外部驅動式、貫通軸式和固定軸式直線步進電機的選用

信息發布來源:直線步進電機供應商振合機電

  一般來說,實現精確線性定位的一個常用方法是將電機(旋轉運動)和滑動絲桿副配對制成一套線性定位系統。基于該線性執行機構,可構建許多與之相關的不同結構。這里我們將討論幾種不同的方法,通過滑動絲桿副和步進電機創建線性執行機構。步進電機是運動控制應用中的常用選項,因為操作正確的話,它是不需要位置反饋就可以實現準確定位的經濟解決方案。  直線步進電機有三種常用類型,分別是外部驅動式、貫通軸式和固定軸式。  一,外部驅動式 見圖1

  圖1,外部驅動式直線步進電機,57000步進電機

  該結構最簡單的方法是將絲桿副直接作為電機軸。螺桿上的螺母必須限制旋轉以實現直線運動,該類型直線步進電機通常被稱為外部驅動式。  行程是一個重要考慮因素,在60~500mm行程的線性滑動系統中一般選擇外部驅動式電機。這種情況下,線性滑塊和螺母連接以防止螺母旋轉,同時支撐負載,保證螺母不受潛在的側向力影響。常用的導軌有線性滑動導軌和滾珠導軌兩種,下圖展示了不同類型的導軌結構

  圖2 滑動組件線性導軌,RGS06+57000步進電機

  圖3 循環滾珠導軌,BGS06+57000步進電機

  長絲桿確實會帶來一些風險,最大的風險是在行程中的某些位置執行器和絲桿會產生共振,這不會影響性能但會導致明顯的噪音。在某些極端情況下,噪音或振動大到使電機失步從而導致位置偏差。采用細分,設置加減速等驅動技術可降低噪音,同時在設計上采用螺桿端部加軸承支撐的方案也有助于降低噪音。  電機和負載的安裝也需要重點關注。如果電機用于驅動線性模組,將電機安裝于模組的一側不僅有利于接線方便以及螺母和滑塊在導軌上往復運動,而且也利于平臺高度的最小化。如果采用貫通式結構,則需要考慮電機的寬度是否可以接受,導軌的滑塊高度是否會太高,因為現代工業的設計一直在尋求尺寸微型化的理念.  二,貫通軸直線步進電機 見圖4

  圖4 57000貫通軸直線步進電機

  將螺母內置與電機中,絲桿可穿過電機作線性運動。該設計中絲桿需限制轉動以產生線性運動。  貫通軸(絲桿貫穿)電機通常的應用行程是30-200mm,對比外部驅動軸式電機,貫通軸電機的優勢是允許更大的安裝同軸度誤差。線性模組的絲桿和螺母如果與導軌平行度不好,會導致系統問題產生,盡管螺母允許一定徑向間隙,但對于整個模組來說,是不夠的;貫通軸式電機的螺母徑向間隙可以允許絲桿的傾斜度1゜以內,可以容忍更大的系統誤差。  另一個只有貫通軸電機能實現的應用是將電機作為滑動部件,與導軌滑塊連接,絲桿兩端固定。該應用的一個優點是絲桿不做旋轉轉動,因此沒有臨界速度的限制;第二個優點是在同一根絲桿上可安裝多個電機,電機不能互相“通過”,但是其運動是互相獨立的。  如上文所指貫通軸式電機的優勢是允許系統有一定的安裝不同心,但它不僅僅適用于安裝誤差稍大的應用,同時也適用于諸如活塞泵這樣的精確定位和安裝的應用。螺桿自定心的設計可使其隨導向適應不同心的安裝,也可以避免對活塞密封件產生側向力  三,固定軸電機 見圖5

  圖5 57000固定軸式電機

  在一些無法提供螺母或螺桿防轉的機械裝置的應用場合,可選用第三種類型的電機。這種類型與貫通軸式電機一樣螺母內置于機身,螺桿軸與花鍵軸連接,花鍵和電機前端的花鍵套配合防止轉動,從而實現電機的線性運動。該類型電機被稱為固定軸式電機。  在短行程要求的應用,例如小于50mm,且無法提供止轉裝置的場合可建議使用固定軸式電機。該類型電機的優勢是結構緊湊無需止轉的機械裝置,電機前端的花鍵套是模具制作,不能夠承受大的側向力,設計功能主要是限制螺桿相對于電機的轉動作用。對于需要承受側向負載的場合可用滾珠花鍵的設計,因為花鍵套的循環滾珠設計可增加固定軸式電機的側向受載能力。  固定軸式電機通常將電機機身安裝固定,電機出軸直接推動負載(負載不與軸固定);當負載和電機軸固定連接時,需注意整個系統是否有過定位的可能。  直線步進電機可增加不同的選項,但有些選項是僅某一種或幾種電機可選。旋轉編碼器一般用于反饋電機是否移動了給定量,可適配與所有類型的混合式直線步進電機

  圖6 直線步進電機加編碼器 21000外部驅動直線步進電機

  在一些不完全需要編碼器,只需要確保電機每次在已知位置開始運動的應用場合,可以配置原點位置開關。開關可以是接觸式(機械式開關)或者非接觸式(近零開關)。位置開關可直接安裝在固定軸式電機的后端,因為電機的行程是已知且可控的;其他類型的電機傳感器則需安裝在系統的其他零件上。

  圖7 電機加近零傳感器 28000固定軸式電機

  絲桿副傳動的高效率的原因之一是絲桿和螺母間存在間隙,但是這也導致在換向時會有位置誤差,為降低該誤差可在外部驅動式電機上選用消間隙螺母。有許多類型的消間隙螺母可供選擇,可根據具體應用時的關鍵指標進行選用。貫通軸式電機和固定軸式電機只有簡單的壓縮彈簧式消隙螺母可選,可安裝的電機的任一端。

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