محركات خطوة موثوقة للغاية: تحرير الطاقة والدقة في التحكم في الحركة
غالبا ما تكون المحركات الخطوة منخفضة القيمة بالمقارنة مع المحركات الخدمية لكنها توفر موثوقية مماثلة. هذه المحركات تتزامن بدقة مع إشارات النبضات من أجهزة التحكم إلى السائقين،تمكين تحديد الموقع الدقيق والتحكم في السرعةمع عزم الدوران عالية منخفضة السرعة والاهتزاز الحد الأدنى، فهي تتفوق في المسافات القصيرة، وتحديد المواقع السريعة.
محركات الخطوات: دليل كامل للمبادئ والأنواع والتطبيقات
"محركات الخطوة؟ المحركات الخدمية يجب أن تعمل بشكل أفضل". هذا تصور خاطئ شائع عند مناقشة محركات الخطوة. في الواقع،المحركات الخطوة تتفوق في تطبيقات متنوعة من المعدات الصناعية المتقدمة إلى الأدوات الآلية اليوميةهذه المقالة تفصل لماذا لا يزالون الخيار الأول للأنظمة التي تعمل بدقة.
في حين أن البعض قد يتجاهل محركات الخطوات ، إلا أن دورها في التحكم بدقة عالية أمر محوري في جميع الصناعات.الأجهزة الطبية، أدوات التحليل، مراحل الدقة، الأنظمة المالية، آلات تعبئة الأغذية، وحتى تعديلات فتحة الكاميرا
لماذا تستخدمين محرك خطوة؟
سهلة الاستخدام: 34%
غير مكلفة: 17%
العمليات البسيطة: 16%
لا حاجة للتعديل: 12%
غيرها: 21%
*# من المطلوبين: 258 (المسموح بالإجابات المتعددة) / بحث من قبل Oriental Motor
المزايا الرئيسية: سهولة الاستخدام والتشغيل والتكلفة المنخفضة
وفقاً لمسح لمستخدمي المحركات الخطوة، يفضل الكثيرون استخدامها لسهولة استخدامها، وسهولة التشغيل، وانخفاض التكلفة والفوائد المرتبطة مباشرة بتصميمها الهيكلي والنظامي.ميكانيكا بسيطة وتكوين محركات خطوة تفسير هذه المزايا بشكل طبيعيومع ذلك ، قد يشكك بعض القراء في دقة أدائهم وقومة الدوران. يمكن معالجة مثل هذه الشكوك بشكل أفضل من خلال المقارنة المباشرة مع محركات التحكم الأخرى مثل servos.من خلال فهم خصائص المحركات الخطوة وتطابقها مع الاحتياجات التشغيلية، يمكن للمستخدمين خفض تكاليف المعدات بفعالية. أدناه، نقوم بتقسيم خصائصها الرئيسية والرؤى التقنية:
دقة التوقف العالية مع أداء سريع منخفض / متوسط السرعة
توفر محركات الخطوات دقة وقف استثنائية وتتيح التحكم الدقيق في الحلقة المفتوحة. على سبيل المثال ، تحقق سلسلة RK II دقة وقف ± 0.05 درجة (دون حمولة) عند تحديد موقع طاولة دوارة.بدون أخطاء تراكمية في الخطوات، فإنها تضمن تحديد المواقع بدقة عالية متسقة. تصميمها الخالي من مكيف يبسط نظام القيادة ، مما يقلل من التكاليف مع الحفاظ على الموثوقية.
على سبيل المثال عند تحويل دقة التوقف ± 0.05 درجة من محرك خطوة إلى آلية المسمار الكروي:
ظروف التشغيل
• المحرك: سلسلة RK II
• الرصاص من المسمار الكروي: 10 ملم
دقة التوقف: ± 1.4μm
بشكل عام ، دقة نوع المسمار الكروي هو ± 10μm. عند استخدام نوع المسمار الكروي الملفوف ، تنخفض دقة إلى ± 20μm ،مما يشير إلى أن دقة إيقاف محرك خطوة أعلى بكثير من أنواع المسامير الكروية.
تتفوق محركات الخطوات في عزم دوران منخفض / متوسط السرعة ميزة رئيسية عن محركات الخدمة ، والتي توفر عزم دوران ثابت عبر السرعات المتوسطة إلى العالية وتتناسب مع المهام طويلة السكتة والدوران العالي. على عكس الخدمات,تتميز المحركات الخطوة بوجهة منحنى عزم ناقل غير مسطحة: انخفض قمة عزم القلب عند السرعات المنخفضة / المتوسطة بشكل كبير عند السرعات العالية. وهذا يجعلها مثالية لتطبيقات الدورة القصيرة (على سبيل المثال ، دوران محدود) ،حيث يقدمون:
باختصار، تتحسن الدوائر الدورية حيث يهم أكثر: نطاق السرعة المنخفضة / المتوسطة الحرجة للتطبيقات القصيرة المسافة والدقة.
الميزة الثالثة المتميزة للمحركات الخطوة هي استجابتها. مع التحكم المفتوح ، الذي يرسل أوامر في اتجاه واحد إلى المحرك ، يمكن لمحركات الخطوة أن تتزامن بشكل كبير مع إشارات الأوامر.على النقيض، تعتمد المحركات الخدمية على ردود فعل المشفر ، مما يسبب في كثير من الأحيان تأخيرات في الأوامر. ومع ذلك ، تعمل المحركات الخطوة في الوقت الفعلي مع النبضات الواردة ، مما يقلل من فترة الكمون ويضمن الاستجابة السريعة.
هذا يجعل المحركات الخطوة مثالية للتطبيقات التي تتطلب مزامنة متعددة المحركات. على سبيل المثال، في أنظمة نقل اللوحة مع ناقلتين، كل مدفوعة بمحرك منفصل،المحركات الخطوة يمكن أن تنسق بدقة الحركاتلضمان نقل اللوحات السلس بين الناقلات.
المثال: عزم دوران لإطار محرك بحجم 85 ملم يعادل عزم دوران اسمي لمحرك خدمة 400 واط عند 1000 دورة في الدقيقة.
عزم الدوران في نطاق سرعة أقل حتى يمكن أن يكون أعلى بـ 5 مرات. لتحديد المواقع على مسافة قصيرة ، فإن وجود عزم الدوران العالي في نطاق السرعة المنخفضة / المتوسطة أمر ضروري.
بخلاف تطبيقات البدء والتوقف المتكررة ، فإن المحركات الخطوة مناسبة لوضع معالجات فحص الصورة التي لا تحب الاهتزازات ،محركات الكاميرا التي من الصعب ضبطها بمحركات الخدمة، وآليات صلابة منخفضة مثل محرك الحزام. علاوة على ذلك ، يتم تخفيض التكلفة بشكل كبير عن طريق استبدال محرك المسمار الكروي بحركة الحزام.
بالإضافة إلى خفض التكاليف، المحركات الخطوة لديها العديد من المزايا من حيث الأداء. يظهر الرسم البياني التالي تحويل عزم الدوران من مثال سلسلة RKII إلى أن من نطاقات قوة الخدمة النموذجية.بعد ذلك ، يتم تقديم معلومات مفصلة عن المحركات الخطوة ، مثل الهيكل الأساسي والنظام وتطبيقات المثال ، لمزيد من المعلومات حول المحركات الخطوة.
محرك خطوة يدور بزاوية خطوة ثابتة، تماما مثل العداد الثاني للساعة.يمكن تنفيذ تحديد المواقع بدقة عالية مع التحكم في الحلقة المفتوحة بفضل الهيكل الميكانيكي داخل المحرك.
مع وجود سيطرة كاملة على الدوران والسرعة ، يتم تحقيق الهيكل البسيط لمحركات الخطوات دون استخدام مكونات كهربائية ، مثل مشفر داخل المحرك. لهذا السبب ،المحركات الخطوة قوية جدا ولها موثوقية عالية مع عدد قليل جدا من الفشلأما بالنسبة لدقة التوقف، ± 0.05 درجة (بدون أخطاء التراكمية) دقيقة جدا.لأن وضع المحركات خطوة يتم عن طريق التحكم في الحلقة المفتوحة وتشغيل من قبل الستاتور مغناطيسية والدوار المغناطيسي مع الأسنان الصغيرة، المحركات الخطوة لديها آلية متابعة أعلى نحو الأوامر من محركات الخدمة. كما أنه لا يحدث أي صيد عند إيقاف المحركات الخطوة. كما أنها ممتازة في محركات الحزام ،التي لها صلابة منخفضة.
عندما يتم إدخال النبضات إلى سائق من خلال مولد نبضات ، يتم وضع المحركات الخطوة وفقًا لعدد نبضات الإدخال. زاوية الخطوة الأساسية لمحركات الخطوة الخمسة مراحل هي 0.72 درجة و 1.8 درجة للمحركات الخطوة ثنائية المراحليتم تحديد سرعة الدوران للمحرك الخطوي من خلال سرعة تردد النبضات (هرتز) المقدمة إلى السائق ،ومن الممكن أن تغير بحرية دوران المحرك ببساطة عن طريق تغيير عدد نبضات المدخلات أو الترددات إلى السائقالمحركات الخطوة لا تعمل فقط كمحركات التحكم في الموقف، ولكن أيضا كمحركات التحكم في السرعة مع التزام عال.
• ارتفاع التردد، وتكرار وضع زوايا خطوة ثابتة
• الموقع الذي يتطلب وقتاً طويلاً للتوقف بسبب ضبط العرض ، إلخ.
• تقلبات في الأحمال وتغيرات في الصلابة
• تحديد الموقع الذي يقسم 1 دورة
• عمود المحرك الذي يتطلب تشغيل متزامن
لأنه من الممكن إجراء تحديد الموقع الدقيق والتحكم في الموقع مع مزامنة عدد نبضات الأوامر والسرعة ، لا توجد حاجة إلى أجهزة ، مثل جهاز استشعار ،لتحديد الموقعولذلك، فإن النظام بأكمله بسيط في البناء. إذا لم يكن هناك حاجة إلى التحكم المتقدم، مثل عملية الاندماج، يوصى بتشغيل نوع وظيفة وحدة التحكم المدمجة.يتم تقليل التكلفة عن طريق القضاء على المراقبين، مثل مولد نبض و وحدات تحديد المواقع PLC.
على الرغم من أن تحديد المواقع بدقة عالية ممكن مع التحكم في الحلقة المفتوحة، ماذا سيحدث إذا حدثت مشكلة؟يمكن استخدام محرك من نوع الترميز أو جهاز استشعار مدمج من نوع التحكم في الحلقة المغلقة (سلسلة AR).
المسألة الشائعة بين مهندسي التصميم هي خفض التكاليف. هل هناك حقا أي طريقة لخفض التكاليف أكثر؟ لمعرفة اختبار خفض التكاليف، مع تحسينات المواصفات،تم إجراؤها على أساس آلية المسمار الكرويما يلي شرح تفاصيل الاختبار:
1زيادة السرعة
2. زيادة خفض التكلفة
[ظروف المعدات المخطط لها أصلاً] الآلية: المسمار الكروي + محرك الخدمة الظروف مثل الحمل والسرعة والرصاص، كما هو مبين على اليمين،يتم تحديدها بناءً على محرك الخدمة المرفق بمسامير الكرات واللوحة الصلبة.
تغيير الآلية إلى الحزام المكعب
• المسمار الكروي إذا كنت تحاول زيادة السرعة => آلية الحزام قد تكون أكثر ملاءمة => 1000 ملم / ثانية إلى 1500 ملم / ثانية ممكن مع آلية الحزام.تغيير إلى الحزام إذا لم يكن هناك مشكلة مع دقة الموقع• خفض التكلفة بشكل كبير إذا كان من الممكن التحول إلى الحزام => الحزام غير مكلف ولكن انخفاض صلابة قد يؤثر على استقرار تشغيل محرك الخدمة ، حتى مع ضبط تلقائي.
1الفرق في دقة التوقف بين المسمار والحزام كم من دقة التوقف مطلوبة؟
2تأثير منخفضة الصلابة تأثير على وقت الاستقرار، تجنب مشكلة ضبط
• تحسين دقة التوقف مع المسمار. لا مشكلة في التغيير إلى الحزام؟ => دقة التوقف المطلوبة للتطبيق هي ± 0.05 ~ 0.1mm ، والتي ليست دقيقة مثل تلك المسمار.لذلك، يجب أن يكون بخير لاستبدال مع الحزام.
• إذا تحول إلى الحزام، تصبح صلابة الآلية منخفضة، وبالتالي تصبح حركات محركات الخدمة غير مستقرة.لهذا السبب، لا تتطلب تعديلات وتتمتع بقوة ضد الصلابة المنخفضة. حركاتها مستقرة بغض النظر عن الأحمال المتقلبة. إذا كان الإنتاج هو نفسه ، فكر في المحركات الخطوة.
الآلية: الحزام البولية + المحرك: جرب مع محرك خطوة
1الفرق في دقة التوقف بين المسمار والحزام كم من دقة التوقف مطلوبة؟
2تأثير منخفضة الصلابة تأثير على وقت الاستقرار، تجنب مشكلة ضبط
• تحسين دقة التوقف مع المسمار. لا مشكلة في التغيير إلى الحزام؟ => دقة التوقف المطلوبة للتطبيق هي ± 0.05 ~ 0.1mm ، والتي ليست دقيقة مثل تلك المسمار.لذلك، يجب أن يكون بخير لاستبدال مع الحزام.
• إذا تحول إلى الحزام، تصبح صلابة الآلية منخفضة، وبالتالي تصبح حركات محركات الخدمة غير مستقرة.لهذا السبب، لا تتطلب تعديلات وتتمتع بقوة ضد الصلابة المنخفضة. حركاتها مستقرة بغض النظر عن الأحمال المتقلبة. إذا كان الإنتاج هو نفسه ، فكر في المحركات الخطوة.
الآلية: الحزام البولية + المحرك: جرب مع محرك خطوة
• الكتلة القابلة للنقل -> الحد الأقصى للحمل المسموح به 7kg • سرعة السفر -> تحسينها إلى 800 مم / ثانية المحرك => من خلال التغيير من محرك خطوة إلى محرك الخدمة ، خفض التكلفة بنسبة 50٪!الآلية => من خلال التغيير من المسمار الكروي إلى آلية الحزام، تخفيض التكلفة بنسبة 7٪!
كان هناك مجال كبير لخفض التكاليف!
من خلال إجراء مراجعة أساسية للآلية وكذلك اختيار المحرك على أساس الخصائص، تمكنا من زيادة المواصفات وخفض التكلفة،حتى مع حجم المحرك أصبح أكبر قليلافي الماضي ، تم اختيار المحرك بناءً على سهولة استخدامه أو معرفته. بعد هذا التمرين ، أصبحت الاختلافات في العمليات بين محركات الخدمة ومحركات الخطوات واضحة.كان من المفاجئ أن المحركات الخطوة هي أكثر بأسعار معقولة من المتوقعيجب أن يكون هناك مجال لخفض التكاليف من الأجهزة الأخرى باستخدام هذه الطريقة.بينما تعظيم خصائص المحرك هو المفتاح.
طلب من العملاء: تبحث عن محرك بدقة إيقاف جيدة. ما هو الفرق بين المحركات الخطوة ومحركات الخدمة؟
الافتراض: يتم تجهيز محرك NX AC servo بمصمّم 20 بت ، وبالتالي يجب أن يكون لديه دقة دقيقة ودقة إيقاف جيدة.
أولاً، من الضروري توضيح الفرق بين الدقة في القرار ودقة التوقف: القرار هو عدد الخطوات لكل دورة ويشار إليه أيضًا بزاوية خطوة لمحركات الخطوات.هو ضروري عند النظر في مدى دقة الموقع المطلوب يحتاج إلى أن يكوندقة التوقف هو الفرق بين وضع التوقف الفعلي وموقف التوقف النظري.
هل هذا يعني أن محرك الخدمة المتردد المجهز بمصمّم دقة عالية لديه دقة إيقاف أفضل من المحركات الخطوة؟
ليس تماماً، في الماضي لم يكن هناك مشكلة مع مفهوم "دقة إيقاف محركات الخدمة تساوي دقة الترميز في نطاق ±1 نبضة".يتم تجهيز محركات الخدمة الحديثة مع رمز 20 بت (1,048،576 خطوات) الذي لديه دقة دقيقة جدا. بسبب هذا، أخطاء بسبب دقة تركيب مكيف لها تأثير كبير على وقف الدقة.مفهوم دقة التوقف بدأ يتغير قليلاً.
وفقاً لرسم البيانات المقارنة ، فإن دقة التوقف بين المحركات الخطوة ومحركات خدمة التيار المتردد هي نفسها تقريبًا (± 0.02o ~ 0.03o).الدقة تعتمد على الدقة الميكانيكية للمحرك لمحركات الخطوة، وبالتالي إذا كان يمكن أن يتم وضع توقف في كل 7.2o، يتم وضعها من قبل نفس الأسنان الصغيرة على الدوار في جميع الأوقات، وفقا لبنية المحرك.هذا يجعل من الممكن تحسين دقة التوقف.
ومع ذلك ، يمكن أن تولد محركات الخطوات زاوية التحول اعتمادا على قيمة عزم الدوران الحمل. أيضا ، اعتمادا على حالة الآلية ،محركات الخدمة التيار المتردد قد يكون عرض الصيد الأوسع استجابة لتعديلات مكاسبلهذه الأسباب، هناك حاجة إلى بعض الحذر.
