Produktkonsultasjon
E-postadressen din vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket *
En giret trinnmotor er en trinnmotor kombinert med en mekanisk girkasse - enten innebygd direkte i motorhuset eller montert som en diskret reduksjonsenhet på motorens utgående aksel. Selve trinnmotoren er en børsteløs likestrømsmotor som beveger seg i presise vinkeltrinn (trinn) hver gang en strømpuls påføres viklingene, og gir åpen sløyfeposisjonskontroll uten behov for en koder eller tilbakemeldingsenhet. Girkassen som er festet til utgangsakselen multipliserer motorens dreiemoment, samtidig som den reduserer utgangshastigheten proporsjonalt og - kritisk - multipliserer dens vinkeloppløsning, slik at hvert elektrisk trinn i basismotoren tilsvarer en mye mindre fysisk rotasjon av den endelige utgangsakselen.
For å forstå hvorfor denne kombinasjonen er så nyttig, bør du vurdere en standard NEMA 17 trinnmotor med 1,8° trinnvinkel (200 trinn per full omdreining). Ved full-trinns drift, er den fineste posisjonsstigningen som motoren kan produsere 1,8°. Fest en 10:1 girkasse til den motoren, og utgangsakselen beveger seg bare 0,18° per elektrisk trinn - ti ganger finere posisjonsoppløsning - samtidig som den leverer ti ganger holding og dynamisk dreiemoment til motoren uten gir (minus girkasseeffektivitetstap). Denne doble fordelen med høyere dreiemoment og finere oppløsning fra samme basismotor og driver er det som skaper girede trinnmotorer uunnværlig i presisjonsautomatisering, robotikk og instrumenteringsapplikasjoner der kompakt størrelse, høyt holdemoment og presis posisjonering må eksistere side om side.
Girkassetypen bestemmer effektiviteten, sløret, støynivået, lastekapasiteten og den fysiske formfaktoren til den komplette trinnmotorenheten med gir. Tre girkassearkitekturer brukes i kommersielle trinnmotorer med gir, som hver passer til forskjellige applikasjonskrav.
En planetgirkasse - oppkalt etter arrangementet av tannhjulene, der flere "planet"-gir går i bane rundt et sentralt "sol"-gir i et ringgir - er den dominerende girkassetypen i presisjonsgirede trinnmotorapplikasjoner. Belastningen deles samtidig over flere planetgir i mesh, og fordeler det overførte dreiemomentet over et større totalt kontaktareal enn et enkelt girpar. Dette resulterer i en svært kompakt sammenstilling med høy dreiemomenttetthet med utmerket koaksial justering mellom inngangs- og utgangsaksler, lavt tilbakeslag (vanligvis 1–5 bueminutter for presisjonsgrader) og høy radiell og aksial belastningskapasitet i forhold til girkassediameteren. Planetgir-trinnmotorer er tilgjengelige i standard NEMA-rammestørrelser (NEMA 8, 11, 14, 17, 23, 34) og i girforhold fra 3,7:1 til over 100:1 gjennom enkelt- eller flertrinns konfigurasjoner. De er det foretrukne valget for CNC-systemer, samarbeidende roboter, medisinsk utstyr og alle presisjonsposisjoneringsapplikasjoner der tilbakeslag og lastekapasitet er kritiske.
En sylindrisk girkasse bruker en serie ytre sylindriske tannhjul med rett kutt tenner arrangert i et enkelt girtog. Hvert girpar i toget gir et trinn med hastighetsreduksjon og dreiemomentmultiplikasjon. Trinngirede trinnmotorer er enklere og rimeligere å produsere enn planetversjoner, noe som gjør dem populære for kostnadssensitive applikasjoner der noe tilbakeslag er akseptabelt og radielle belastninger på utgangsakselen er beskjedne. Typiske cylindriske trinnmotorenheter har høyere tilbakeslag enn planetariske ekvivalenter (vanligvis 3–10° ved utgående aksel, avhengig av antall trinn og produksjonskvalitet) og mindre effektiv dreiemomentoverføring på grunn av glidekontakten mellom rettskårede tannhjultenner. De er godt egnet for bruksområder som ventilaktivering, enkle matemekanismer og lett automatisering der kostnadene prioriteres fremfor absolutt presisjon.
En snekkegirkasse bruker en skrueformet snekkeskrue (inngangen) som går i inngrep med et snekkehjul (utgangen) for å oppnå store hastighetsreduksjoner i et enkelt kompakt trinn. Snekkegirtrinnmotorer kan oppnå reduksjonsforhold på 5:1 til 100:1 i ett enkelt trinn og produsere en 90-graders forskyvning mellom inngangs- og utgående akselakser - en fysisk fordel i applikasjoner der rettvinklet driv er nødvendig. Den mest karakteristiske egenskapen til en snekkegirtrinnmotor er selvlåsende: over et visst girforhold (typisk over 20:1), kan ikke snekkegiret drives tilbake av lasten, noe som betyr at utgangsakselen holder sin posisjon mekanisk uten noen elektrisk holdestrøm. Dette gjør snekkegirede trinnmotorer verdifulle for bruksområder som motoriserte porter, løftemekanismer og vippeplattformer der krafttap ikke må forårsake ukontrollert bevegelse. Den betydelige begrensningen er effektivitet - tap av snekkegirs friksjon er høye (vanligvis 40–80 % effektivitet mot 90–97 % for planetgirkasser), noe som begrenser snekkegirtrinnmotorer til applikasjoner med lavere belastning der varmeutvikling og energiforbruk ikke er kritiske bekymringer.
Tabellen nedenfor oppsummerer de viktigste ytelsesforskjellene mellom de tre hovedgirkassetypene som brukes i gearede trinnmotorenheter for å hjelpe til med det første valget.
| Kriterier | Planetarisk | Spur | Orm |
| Typisk tilbakeslag | 1–5 buemin (presisjon) | 3–10° (flertrinns) | Lav-moderat |
| Effektivitet | 90–97 % | 85–95 % | 40–80 % |
| Dreiemomenttetthet | Veldig høy | Moderat | Moderat |
| Tilbakekjørbarhet | Ja | Ja | Selvlåsende (høyt forhold) |
| Skaftorientering | Koaksial (in-line) | Koaksial eller offset | 90° rett vinkel |
| Støynivå | Lavt | Moderat | Lav-moderat |
| Relativ kostnad | Middels – Høy | Lavt–Medium | Lavt–Medium |
| Beste brukssak | Presisjonsposisjonering, robotikk | Kostnadssensitiv automatisering | Høyre vinkeldrev, selvlåsende |
Girforholdet til en giret trinnmotor er den mest innflytelsesrike spesifikasjonen for å avgjøre om en gitt enhet vil oppfylle kravene til en applikasjon. Å forstå nøyaktig hva et utvekslingsforhold endrer – og ikke – endrer motorsystemets oppførsel er avgjørende for riktig valg og systemdesign.
Girforholdet N er definert som antall omdreininger på inngående aksel som kreves for å produsere én omdreining av utgående aksel. Et girforhold på 10:1 betyr at motorakselen fullfører ti hele rotasjoner for hver rotasjon av girkassens utgående aksel. Dreiemomentmultiplikasjonseffekten er enkel: utgående dreiemoment er lik motorens inngangsmoment multiplisert med girforholdet og multiplisert med girkasseeffektiviteten (η). For en motor som leverer 0,5 Nm på akselen koblet til en 10:1 planetgirkasse med 95 % virkningsgrad, er utgangsmomentet 0,5 × 10 × 0,95 = 4,75 Nm. Motsatt er hastigheten på utgående aksel motorhastigheten delt på girforholdet - en motor som kjører med 600 RPM gjennom en 10:1 girkasse leverer 60 RPM ved utgangen. Dette omvendte forholdet mellom dreiemoment og hastighet er den grunnleggende mekaniske avveiningen som girforhold klarer.
En standard trinnmotor på 1,8° per trinn fullfører én omdreining i 200 hele trinn. Gjennom en 10:1 girkasse roterer den utgående akselen 0,18° per fullt trinn, noe som krever 2000 trinn per utgående akselomdreining. Gjennom en 50:1 girkasse beveger hvert trinn den utgående akselen bare 0,036°, og 10 000 trinn kreves per omdreining. Denne dramatiske forbedringen i vinkeloppløsning betyr at veldig fin posisjonering – for eksempel kontroll av fokuset til et mikroskopobjektiv, justering av vinkelen på en antenne eller indeksering av et roterende bord – blir oppnåelig med standard trinnmotormaskinvare og en enkel trinn-og-retningsdriver, uten å kreve mikrostepping eller kostbar servo-tilbakemelding. Oppløsningsmultiplikasjonen er en av de mest praktisk talt verdifulle egenskapene til girsteppermotorer og er ofte den primære grunnen til å velge en girmotor fremfor et direktedrevet alternativ.
En girkasse reduserer den reflekterte tregheten til lasten sett av motoren med en faktor lik kvadratet på girforholdet. En last med et treghetsmoment på 100 kg·cm² reflektert gjennom en 10:1 girkasse ser for motoren ut som bare 1 kg·cm² (100 / 10²). Denne treghetsreduksjonen er avgjørende for å oppnå optimal dynamisk ytelse - trinnmotorer er mest responsive og minst utsatt for å stoppe når belastningstregheten de må akselerere er nær motorens egen rotor-treghet (designprinsippet "treghetstilpasning"). Ved å sette inn en passende girkasse, kan et bredt spekter av virkelige lasttreghet bringes inn i det optimale matchingsområdet for en gitt trinnmotor, og maksimerer akselerasjonsevnen og trinnfølgende nøyaktighet.
Å velge en giret trinnmotor krever evaluering av et sett med gjensidig avhengige spesifikasjoner som til sammen bestemmer om sammenstillingen vil fungere riktig i målapplikasjonen. Fokusering på bare én eller to parametere – for eksempel dreiemoment og girforhold – mens man ignorerer andre som slør, maksimal utgående akselhastighet eller tillatt radiell belastning fører til valgfeil som oppdages først etter kostbar prototyping eller utplassering.
Girede trinnmotorer er distribuert over et ekstremt bredt spekter av automatisering, robotikk, medisinsk og instrumentering. Deres kombinasjon av presis posisjonskontroll med åpen sløyfe, høyt utgangsmoment, kompakt formfaktor og enkel kontrollelektronikk gjør dem unikt godt egnet til et sett med gjentakende applikasjonsprofiler.
Planetgirede trinnmotorer brukes i leddene til pedagogiske roboter, små samarbeidende robotarmer, stasjonære robotmanipulatorer og artikulerte plattformer i hobbyklasse. Det høye dreiemoment-til-størrelse-forholdet til en planetgiret NEMA 17 eller NEMA 23 stepper gjør at den kan støtte og flytte armsegmenter mot tyngdekraften mens den opprettholder posisjon uten kontinuerlig strøm i statiske hold (med passende holdestrøm). Elimineringen av tilbakemeldingssensorer og tilhørende ledninger, grensesnitt og tuning reduserer systemets kompleksitet sammenlignet med servobaserte alternativer i applikasjoner der kravene til hastighet og absolutt presisjon er moderate. Mange populære robotarmsett bruker NEMA 17 trinnmotorer med 5:1 eller 10:1 planetgirkasser på skulder- og albueledd av akkurat disse grunnene.
CNC roterende bord for fresing og sliping bruker planetgirede trinnmotorer med høyt forhold for å oppnå vinkeloppløsningen og holdemomentet som kreves for presis delindeksering og kontinuerlig roterende aksekontur. Et 5-akset CNC-maskinsenters A- og B-roterende akser drives vanligvis av snekke-planetariske hybrid-trinnmontasjer med utvekslingsforhold på 90:1 til 180:1, noe som gir bue-andre-nivå vinkeloppløsning og dreiemoment som er tilstrekkelig til å motstå skjærekrefter uten glidning. Den selvlåsende egenskapen til snekkegir med høy utveksling er i tillegg verdifull her, da den forhindrer tilbakekjøring av rotasjonsaksen når skjærekrefter påføres under bearbeiding.
Presisjonspumper for væskedispensering, sprøytedrev, peristaltiske pumper, motoriserte mikroskoptrinn og automatiserte pipeteringssystemer er alle avhengige av girede trinnmotorer for kombinasjonen av presis dose- eller posisjonskontroll, kompakt størrelse og pålitelig åpen sløyfedrift uten tilbakemeldingskompleksitet. Medisinske applikasjoner krever girede trinnmotorer med renromskompatible materialer, lav partikkelgenerering og i mange tilfeller biokompatible eller steriliserbare husmaterialer. Planetgirede steppere med lavt tilbakeslag i NEMA 8 og NEMA 11 rammestørrelser er det dominerende valget for kompakt medisinsk og laboratorieinstrumentering der plassen er sterkt begrenset og posisjonsnøyaktighet på noen få mikrometers lineær vandring (oppnådd gjennom en ledeskrue med fin stigning koblet til den girede stepper-utgangen).
Motoriserte kuleventiler, spjeldventiler og HVAC-spjeldaktuatorer bruker girede trinnmotorer for å drive ventilelementer til nøyaktige vinkelposisjoner som svar på bygningsautomatisering eller prosesskontrollsignaler. Det høye utgangsmomentet til en trinnmotor med gir – ofte 5–50 Nm for ventilaktuatorapplikasjoner – overvinner sete- og frigjøringskreftene i prosessventiler, mens den selvholdende evnen til en aktivert stepper (eller den mekaniske selvlåsingen av en snekkegirvariant med høyt utvekslingsforhold) opprettholder ventilposisjonen mot væsketrykk uten kontinuerlig strømforbruk. Det enkle trinn-og-retningskontrollgrensesnittet integreres enkelt med PLS- og bygningsstyringssystem (BMS) utganger.
Mens standard NEMA 17-trinnmotorer håndterer de fleste akser i FDM 3D-skrivere, brukes girsteppermotorer - spesielt de med planetgirkasser i forholdet 3:1 til 5:1 - i økende grad i ekstruderens drivmekanisme. En giret ekstruder-stepper gir høyere gripekraft på filamentet, bedre tilbaketrekningskontroll for redusert strenging og mer konsistent ekstrudering ved både lave og høye strømningshastigheter sammenlignet med en direktedrevet udrevet motor med samme rammestørrelse. Orbiter- og Sherpa-ekstruderdesignene som er populære i FDM-samfunnet, bruker kompakte planetgirede NEMA 14- eller spesialtilpassede NEMA 17-motorer spesielt for å oppnå disse ekstruderytelsesforbedringene i en lett, skrivehodemonterbar pakke.
Girkassen i en giret trinnmotor er en rent mekanisk komponent - den har ikke noe elektrisk grensesnitt og krever ingen endringer i den grunnleggende trinnmotorens driverkrets. Driveren kobles til trinnmotorviklingene på nøyaktig samme måte som for en motor uten gear, og de samme trinn- og retningssignalene styrer begge. Imidlertid introduserer girkassen flere praktiske kontrollhensyn som må tas i betraktning i bevegelsessystemdesign og førerkonfigurasjon.
Fordi girkassen multipliserer trinnene per omdreining ved utgangsakselen med girforholdet, må bevegelseskontrolleren ta hensyn til dette når den oversetter en ønsket utgående akselhastighet eller -posisjon til motortrinnkommandoer. Hvis applikasjonen krever at utgangsakselen roterer med 30 RPM gjennom en 10:1 girkasse, må motoren rotere med 300 RPM, noe som krever en trinnhastighet på 300 × 200 = 60 000 trinn per minutt (1 000 trinn per sekund) ved fullt trinn, eller proporsjonalt høyere trinnhastigheter for mikrostepping. De fleste trinnmotorkontrollere tillater inntasting av systemets trinn-per-omdreiningstall - som skal være motorens fulle trinntall multiplisert med girforholdet og mikrostepping-faktoren - slik at alle kommanderte posisjoner og hastigheter spesifiseres direkte i utgående akseltermer.
Girede trinnmotorer brukes ofte i applikasjoner som krever vedvarende høyt holdemoment ved lave utgangshastigheter, noe som betyr at motoren kan bli aktivert med full merkestrøm i lengre perioder. I motsetning til servomotorer, som trekker strøm proporsjonalt med belastning, trekker en trinnmotor fullfasestrøm kontinuerlig enten den beveger seg eller står stille under belastning. Dette resulterer i kontinuerlig varmeutvikling i motorviklingene som må håndteres med tilstrekkelig ventilasjon eller varmeavleder. Mange trinnmotordrivere inkluderer en automatisk strømreduksjonsfunksjon (reduserer vanligvis strømmen til 50–70 % av kjørestrømmen når motoren har stått stille i 100–500 ms) som reduserer standby-varmegenerering betydelig og anbefales sterkt for applikasjoner med giret trinnmotor der girkassen gir tilstrekkelig mekanisk holding uten full elektrisk holdestrøm.
Trinnmotorer viser mellomfrekvensresonans - et hastighetsområde der motorens naturlige oscillasjonsfrekvens faller sammen med trinneksitasjonsfrekvensen, noe som forårsaker vibrasjon, støy og potensielt trinntap. Girkassen isolerer delvis belastningen fra motorresonansen ved å fungere som et mekanisk lavpassfilter: girnettverket og treghetsutjevningen fra girtrinnene demper de impulsive trinnmomentene før de når utgangsakselen. Dette betyr at girede trinnmotorer ofte kjører jevnere ved resonansutsatte hastigheter enn tilsvarende ugirede motorer som driver samme belastning, noe som er en ekstra praktisk fordel utover de primære dreiemoment- og oppløsningsfordelene. Bruk av mikrostepping (1/8, 1/16 eller 1/32 trinn) på førernivå reduserer motorvibrasjoner og støy ytterligere og anbefales for alle bruksområder med presisjonsgiret trinnmotor.
Beslutningen om å bruke en giret trinnmotor versus en direktedrevet trinnmotor - eller faktisk versus en giret servomotor - bør være basert på en klar analyse av applikasjonens dreiemoment, hastighet, oppløsning, nøyaktighet og kostnadskrav i stedet for vane eller komponentkjennskap. Hver tilnærming har en genuin ytelses- og kostnadsprofil som favoriserer den i visse scenarier.
Trinnmotorer med gir er vanligvis enheter med lite vedlikehold når de er korrekt spesifisert og drevet innenfor sine nominelle parametere. Selve trinnmotoren er en børsteløs design uten kommutatorslitasje, og kulelagrene i både motor og girkasse er designet for lang levetid under normale belastningsforhold. Imidlertid gjelder visse vedlikeholdshensyn over enhetens driftslevetid.
E-postadressen din vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket *
Tel: +86 0579-86817938-836
Phone: +86 15258922705
E-mail: [email protected]
Add: No.2 Zengping Rd., Dongyang, Zhejiang, Kina
Opphavsrett © Zhejiang Dongzheng Motor Co.,Ltd. Alle rettigheter reservert.
DC-girmotorprodusenter
