עבור מיקום אוטומטי מדויק, חשבו על מפעילים ליניאריים מבוססי מנוע צעד.

מפעילים ליניאריים מייצרים למעשה כוח ותנועה דרך קו ישר. במערכת מכנית טיפוסית, ציר המוצא של המכשיר יספק תנועה ליניארית באמצעות מנוע סיבובי דרך גלגלי שיניים, רצועה וגלגלת, או רכיבים מכניים אחרים. הבעיה היא שרכיבים אלה חייבים להיות מחוברים ומכוונים. גרוע מכך, הם מוסיפים אלמנטים של שחיקה כמו חיכוך ושחרור תנועה למערכת. לצורכי מיקום עדינים יותר, אלטרנטיבה יעילה וישירה יותר מגיעה ממפעילים ליניאריים מבוססי מנוע צעד.

התקנים אלה מפשטים את תכנון המכונה או המנגנון הדורשים מיקום ליניארי מדויק מכיוון שהם מספקים המרה סיבובית ללינארית ישירות בתוך המנוע. המפעילים מזיזים דרגה נתונה של תנועה סיבובית עבור כל פולס קלט חשמלי. תכונה זו, המכונה "צעידה", והשימוש בבורג מוביל מדויק מספקים מיקום מדויק וניתן לחזרה.

יסודות מנוע צעד
כדי לראות כיצד פועלים המפעילים, כדאי להבין את יסודות מנועי הצעד. סוגים שונים של מנועי צעד כוללים רילקטנסיה משתנה (VR), מגנט קבוע (PM) ומנוע היברידי. דיון זה מתמקד במנוע הצעד ההיברידי, המספק מומנט גבוה ורזולוציית מיקום עדינה (צעד של 1.8 או 0.9°). במערכות מפעילים ליניאריים, מנועים היברידיים נמצאים במכשירים כגוןXYשולחנות, מנתחי דם, ציוד HVAC, רובוטים קטנים לרכבים, מנגנוני בקרת שסתומים ומערכות תאורת במה אוטומטיות.

מתחת למכסה המנוע של מנוע צעד היברידי נמצאים רוטור בעל מגנט קבוע וסטטור מפלדה עטוף בסליל. הפעלת אנרגיה לסליל יוצרת שדה אלקטרומגנטי עם קטבים צפוניים ודרומיים. הסטטור מוליך את השדה המגנטי, וגורם לרוטור להתיישר עם השדה. מכיוון שהפעלה וניתוק עוקבים של סלילי הסליל משנים את השדה המגנטי, כל פולס או צעד קלט גורמים לרוטור לנוע בהדרגה ב-0.9 או 1.8 מעלות סיבוב, בהתאם לדגם ההיברידי. במפעיל ליניארי של מנוע צעד, אום מדויק עם הברגה המוטמעת ברוטור נכנס לבורג המוביל (אשר מחליף ציר קונבנציונלי).

בורג ההובלה מספק כוח ליניארי באמצעות העיקרון המכני הפשוט של מישור משופע. דמיינו ציר פלדה עם רמפה או מישור משופע עוטף אותו. היתרון המכני או הגברת הכוח נקבעת על ידי זווית הרמפה שהיא פונקציה של קוטר הבורג, המרחק הצירי שהברגת הבורג מתקדמת בסיבוב אחד) והפסיעה (מרחק הצירי הנמדד בין צורות הברגה סמוכות).

הברגות ההברגה מתרגמות כוח סיבובי קטן ליכולת עומס גדולה, בהתאם לתלילות הרמפה (מוליך ההברגה). מוליך קטן מספק כוח גבוה יותר אך מהירויות ליניאריות נמוכות יותר. מוליך גדול נותן כוח נמוך יותר אך מהירות ליניארית גבוהה יותר מאותו מקור כוח סיבובי. בכמה עיצובים, אום ההספק המוטמע ברוטור עשוי מברונזה בדרגת מיסב המתאימה לעיבוד שבבי של הברגות פנימיות. אבל ברונזה היא פשרה הנדסית בין סיכה ליציבות פיזית. חומר טוב יותר הוא תרמופלסטי משומן עם מקדם חיכוך נמוך בהרבה בממשק הברגה בין אום לבורג.

רצפי צעדים
סכמות להנעת מנוע צעד כוללות צעד "מופעלת בשלב אחד" וצעד "מופעלת בשני פאזות".

ברצף "הפעלה של פאזה אחת" עבור מנוע דו-פאזי פשוט, שלב 1 מציג את פאזה A של הסטטור המופעל. פעולה זו נועלת באופן מגנטי את הרוטור מכיוון שקטבים לא-הולמים נמשכים זה לזה. הפעלת פאזות A ו-B גורמת לרוטור לנוע 90° עם כיוון השעון (שלב 2). בשלב 3, פאזה B כבויה ופאזה A דולקת, אך עם קוטביות הפוכה משלב 1. הפעולה גורמת לרוטור להסתובב 90° נוספים. בשלב 4, פאזה A כבויה ופאזה B דולקת, עם קוטביות הפוכה משלב 2. חזרה על רצף זה גורמת לרוטור לנוע עם כיוון השעון בצעדים של 90°.

ברצף "דו-פאזי פעיל", שני פאזות המנוע תמיד מופעלות, ורק הקוטביות של פאזה אחת מתחלפת. זה גורם לרוטור ליישר את עצמו בין הקוטב המגנטי הצפוני הממוצע לקוטב הדרומי הממוצע. מכיוון ששני הפאזות תמיד מופעלות, שיטה זו מספקת 41.4% יותר מומנט מאשר צעדים של "פאזה אחת פעילה".

למרבה הצער, למרות שפלסטיק עובד היטב עבור הברגות, הוא אינו יציב מספיק עבור ציר המיסב בתכנון מנוע צעד היברידי. הסיבה לכך היא שתחת עומס מלא רציף, ציר פלסטיק יכול להתרחב פי ארבעה ציר פליז. כמות זו אינה מקובלת מכיוון שתכנון המנוע דורש שמרווח האוויר בין הסטטור לרוטור יהיה רק ​​כמה אלפיות האינץ'. דרך לעקוף בעיה זו היא הזרקת הברגות פלסטיק בתוך שרוול פליז שיוכנס לרוטור בעל המגנט הקבוע. גישה זו מגדילה את חיי המנוע ומספקת חיכוך נמוך תוך שמירה על יציבות ציר המיסב.

מבין הסוגים השונים של מפעילי Haydon, להתקנים "שבויים" יש מנגנון מובנה נגד סיבוב. תצורה זו מספקת מהלך מרבי של עד 2.5 אינץ' ומתאימה ליישומים כגון מתן נוזלים מדויק, בקרת מצערת ותנועת שסתומים. סוגים אחרים שלהיידוןמפעילים ליניאריים הם "לא שבויים" ו"ליניאריים חיצוניים" המתאימים ליישומים הדורשים מהלך ארוך יותר כגון העברת צינורות דם על ידי רובוטי גנטרי קטנים,XYמערכות תנועה ומערכות הדמיה.

קביעת גודל של מפעיל
דוגמה ליישום מראה בצורה הטובה ביותר כיצד לגודל מפעיל. יש לקחת בחשבון את הפרמטרים הבאים:

כוח ליניארי נדרש להזזת המטען = 15 ליברות (67 ניוטון)
מרחק ליניארי, מטר, יש להזיז את העומס = 3 אינץ' (0.0762 מטר)
זְמַן,t, נדרש להזזת המטען בשניות = 6 שניות
מספר מחזורים יעד = 1,000,000

ישנם ארבעה שלבים לקביעת גודל של מפעיל ליניארי מסוג מנוע צעד: 1) קביעת דירוג הכוח ההתחלתי של המפעיל הנדרש כדי לעמוד באורך החיים הנדרש; 2) קביעת המהירות במילימטרים/שנייה; 3) בחירת גודל מסגרת המפעיל המתאים; ו-4) קביעת רזולוציית הבורג המתאימה בהתבסס על דרישות הכוח.

הדרך הטובה ביותר לחזות את אורך החיים היא באמצעות בדיקות יישומים, דבר שמומלץ מאוד. טכניקה המשתמשת ב-אחוז עומס לעומת מספר מחזוריםהעקומה משמשת כקירוב ראשון טוב. למנועי צעד אין מברשות שעלולות להתבלות, והם משתמשים במיסבים כדוריים מדויקים בעלי אורך חיים ארוך, כך שרכיב הבלאי העיקרי הוא אום הכוח. לכן, מספר המחזורים שהמכשיר מחזיק מעמד ועדיין עומד במפרטי התכנון הוא פונקציה של העומס.

עיין ב-אחוז עומס לעומת מספר מחזוריםטבלה כדי לקבוע את גורם הגודל הנכון עבור המפעיל כדי לעמוד ב-1,000,000 מחזורים. מתברר שזה 50% - גורם של 0.5. הכוח ההתחלתי המדורג, N, הנדרש כדי לעמוד בעומס לאחר 1,000,000 מחזורים הוא לפיכך 15 ליברות/0.5 = 30 ליברות או 133 ניוטון.

כעת קבעו את ההספק המכני הליניארי הנדרש בוואטים:

P_{ליניארי}= (N × m)/t

בדוגמה שלנו, זה הופך ל-(133 × 0.0762)/6 = 1.7 וואט

עם נתונים אלה, השתמשו ב-גודל מסגרת המפעילטבלה לבחירת גודל המסגרת הנכון. כל המפעילים הליניאריים של מנוע צעד דורשים הנעה כדי לשלוח פולסים למנוע. שימו לב שהטבלה מפרטת את ההספק עבור הנעה שמאל/ימין (מתח קבוע) והנעת קוצץ (זרם קבוע). אלא אם כן היישום מופעל על ידי סוללות (כמו במכשיר נייד ידני), יצרנים ממליצים בחום על הנעת קוצץ לקבלת ביצועים מקסימליים. בדוגמה זו, סקירה של מפרט ההספק של הנעת הקוצץ בטבלה מגלה שסדרת Haydon 43000 (היברידית בגודל 17) עומדת בצורה הטובה ביותר בדרישת 1.7 וואט. בחירה זו עומדת בדרישות העומס מבלי לתכנן יתר על המידה את המערכת.

לאחר מכן, חשב את המהירות הליניארית (ips). זה נתון על ידימטר/תומגיע ל-3 אינץ'/6 שניות = 0.5 ips. עם גודל מסגרת אופטימלי (גודל 17 היברידי) ומהירות ליניארית (0.5 ips) ביד, השתמש במתאיםכוח לעומת מהירות לינאריתעקומה כדי לקבוע את הרזולוציה המתאימה של בורג ההובלה של המפעיל. במקרה זה, הרזולוציה הנדרשת של בורג ההובלה היא 0.00048 אינץ'.

זכור כי בורג ההובלה מתקדם בהתאם למספר צעדי הקלט למנוע. עקומות הביצועים מבוטאות הן ב-"ips" והן ב-"steps/sec". כדי לאמת את בחירתך, בדוק את הכוח בקצב הצעדים הנדרש על ידי התייחסות ל-כוח לעומת קצב דופקעקומה, כאשר: רזולוציה שנבחרה = 0.00048 אינץ'/צעד מהירות ליניארית נדרשת = 0.5 ips קצב צעד נדרש = (0.5 ips)/ (0.00048 אינץ'/צעד) = 1,041 צעדים.

שרטוט 1,041 כערך ציר ה-X (קצב הדופק) ושרטוט קו ניצב מנקודה זו לעקומה מראה שערך ציר ה-Y (כוח) הוא 30. לכן, הבחירה נכונה.