Linearer Schrittmotor, auch bekannt alslinearer SchrittmotorEin magnetischer Rotorkern erzeugt durch Interaktion mit dem vom Stator erzeugten gepulsten elektromagnetischen Feld eine Rotation. Im Inneren des Motors wandelt ein linearer Schrittmotor Drehbewegungen in lineare Bewegungen um. Lineare Schrittmotoren können lineare Bewegungen oder lineare Hin- und Herbewegungen direkt ausführen. Wird ein Rotationsmotor als Antriebsquelle für die Umwandlung in lineare Bewegungen verwendet, sind Zahnräder, Nockenstrukturen und Mechanismen wie Riemen oder Drähte erforderlich. Lineare Schrittmotoren wurden erstmals 1968 eingeführt. Die folgende Abbildung zeigt einige typische lineare Schrittmotoren.
Grundprinzip fremdgetriebener Linearmotoren
Der Rotor eines extern angetriebenen linearen Schrittmotors ist ein Permanentmagnet. Wenn Strom durch die Statorwicklung fließt, erzeugt die Statorwicklung ein vektorielles Magnetfeld. Dieses Magnetfeld treibt den Rotor in einem bestimmten Winkel an, sodass die Richtung des Magnetfeldpaars des Rotors mit der Richtung des Magnetfelds des Stators übereinstimmt. Wenn sich das vektorielle Magnetfeld des Stators um einen Winkel dreht, dreht sich auch der Rotor in einem Winkel mit diesem Magnetfeld. Bei jedem eingegebenen elektrischen Impuls dreht sich der elektrische Rotor um einen Winkel und bewegt sich einen Schritt vorwärts. Er gibt eine Winkelverschiebung proportional zur Anzahl der eingegebenen Impulse und eine Geschwindigkeit proportional zur Impulsfrequenz aus. Durch Ändern der Reihenfolge der Wicklungserregung wird die Motorrichtung umgekehrt. Die Drehung des Schrittmotors kann also gesteuert werden, indem die Anzahl der Impulse, die Frequenz und die Reihenfolge der Erregung der Motorwicklungen jeder Phase gesteuert werden.
Der Motor nutzt eine Spindel als Ausgangsachse. Eine externe Antriebsmutter greift außerhalb des Motors in die Spindel ein und verhindert so, dass sich die Spindelmutter relativ zueinander dreht. Dadurch wird eine lineare Bewegung erreicht. Das Ergebnis ist ein stark vereinfachtes Design, das den direkten Einsatz linearer Schrittmotoren für präzise lineare Bewegungen in vielen Anwendungen ohne die Installation einer externen mechanischen Verbindung ermöglicht.
Vorteile extern angetriebener Linearmotoren
Präzisions-Linearschrauben-Schrittmotoren können Zylinder ersetzen ineinige Anwendungen, wodurch Vorteile wie präzise Positionierung, steuerbare Geschwindigkeit und hohe Genauigkeit erzielt werden. Lineare Schraubenschrittmotoren werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter Fertigung, Präzisionskalibrierung, Präzisionsflüssigkeitsmessung, präzise Positionsbewegung und viele andere Bereiche mit hohen Präzisionsanforderungen.
▲Hohe Präzision, wiederholbare Positioniergenauigkeit bis zu ±0,01 mm
Der lineare Schraubenschrittmotor reduziert das Problem der Interpolationsverzögerung aufgrund des einfachen Übertragungsmechanismus, der Positioniergenauigkeit, der Wiederholbarkeit und der absoluten Genauigkeit. Dies ist einfacher zu erreichen als die Kombination aus „Drehmotor + Schraube“. Die Wiederholungspositionierungsgenauigkeit der gewöhnlichen Schraube des linearen Schraubenschrittmotors kann ±0,05 mm erreichen, und die Wiederholungspositionierungsgenauigkeit der Kugelumlaufspindel kann ±0,01 mm erreichen.
▲ Hohe Geschwindigkeit, bis zu 300 m/min
Die Geschwindigkeit des linearen Schrittmotors mit Schraube beträgt 300 m/min und die Beschleunigung 10 g, während die Geschwindigkeit der Kugelumlaufspindel 120 m/min und die Beschleunigung 1,5 g beträgt. Nach erfolgreicher Lösung des Wärmeproblems wird die Geschwindigkeit des linearen Schrittmotors mit Schraube weiter verbessert, während die Geschwindigkeit des Servomotors mit Kugelumlaufspindel in der Geschwindigkeit begrenzt ist, aber eine weitere Verbesserung schwierig ist.
Hohe Lebensdauer und einfache Wartung
Der lineare Schrittmotor mit Schraubspindel ist für hohe Präzision geeignet, da aufgrund des Montagespalts kein Kontakt zwischen beweglichen und festen Teilen besteht und die Hochgeschwindigkeits-Hin- und Herbewegung der Antriebe keinen Verschleiß verursacht. Kugelumlaufspindeln können die Genauigkeit bei Hochgeschwindigkeits-Hin- und Herbewegungen nicht garantieren. Die Hochgeschwindigkeitsreibung führt zu Verschleiß der Spindelmutter, was die Bewegungsgenauigkeit beeinträchtigt und den Präzisionsanforderungen nicht gerecht wird.
Auswahl des externen Antriebslinearmotors
Bei der Herstellung von Produkten oder Lösungen im Zusammenhang mit linearer Bewegung empfehlen wir Ingenieuren, sich auf die folgenden Punkte zu konzentrieren.
1. Wie hoch ist die Belastung des Systems?
Die Belastung des Systems umfasst die statische und die dynamische Belastung, und häufig bestimmt die Größe der Belastung die Grundgröße des Motors.
Statische Belastung: der maximale Schub, dem die Schraube im Ruhezustand standhalten kann.
Dynamische Belastung: der maximale Schub, dem die Schraube während der Bewegung standhalten kann.
2. Wie hoch ist die lineare Laufgeschwindigkeit des Motors?
Die Laufgeschwindigkeit des Linearmotors hängt eng mit der Steigung der Spindel zusammen. Eine Spindelumdrehung entspricht einer Steigung der Mutter. Für niedrige Drehzahlen empfiehlt sich eine Spindel mit geringerer Steigung, für hohe Drehzahlen eine größere Spindel.
3. Welche Genauigkeitsanforderungen gelten für das System?
Schraubengenauigkeit: Die Genauigkeit der Schraube wird im Allgemeinen anhand der linearen Genauigkeit gemessen, d. h. des Fehlers zwischen dem tatsächlichen Hub und dem theoretischen Hub, nachdem sich die Schraube für einen bitteren Trockenkreis gedreht hat.
Wiederholungspositionierungsgenauigkeit: Die Wiederholungspositionierungsgenauigkeit ist definiert als die Genauigkeit des Systems, die angegebene Position wiederholt erreichen zu können, was ein wichtiger Indikator für das System ist.
Spiel: Spiel von Schraube und Mutter im Ruhezustand, wenn die beiden axialen Relativbewegungen stattfinden. Mit zunehmender Betriebszeit erhöht sich das Spiel durch Verschleiß. Eine Kompensation oder Korrektur des Spiels kann durch eine Spielausgleichsmutter erreicht werden. Bei der bidirektionalen Positionierung ist Spiel ein Problem.
4. Andere Auswahlmöglichkeiten
Bei der Auswahl müssen außerdem folgende Punkte berücksichtigt werden: Entspricht die Montage des Linearschrittmotors der mechanischen Konstruktion? Wie wird das bewegliche Objekt mit der Mutter verbunden? Wie groß ist der effektive Hub der Gewindestange? Welcher Antrieb wird verwendet?
Veröffentlichungszeit: 16. November 2022