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直线丝杆电机技术概述

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直线丝杆电机技术概述

发布日期:2018-04-27 作者: 点击:

   步进电机由旋转运动转变为线性运动可用几种机械方法完成,包括齿条和齿轮传动及皮带和皮带轮传动以及其他机械联接机构。所有这些设计都需要各种机械零件。完成这个转变的最有效方法是在电机自身内进行。

    基本的步进电机是由有磁性的转子铁芯通过与由定子产生的脉动的定子电磁场相互作用而产生转动。直线电机把旋转运动转变为线性运动,完成这个转变的精密性取决于转子的步进角度和所选方法。线性步进电机,或者称为直线步进电机,首先出现在1968年的第3,402,308号专利上,是颁发给WilliamHenschke的。从此以后,直线步进电机在许多要求极高的领域有了用武之地。包括制造应用、精密调准和精密流体测量在内的诸多高要求领域。

    使用螺纹的直线电机精密度,取决于它的螺距。在直线电机的转子中心安装一个螺母,相应地一个螺杆与此螺母啮合,为使螺杆轴向移动,必须用某种方法来防止螺杆与转子组件一同转动。由于螺杆转动受到制约,当转子旋转时,螺杆实现了线性运动。无论是在电机内部用固定螺纹轴组件还是在外部的螺纹轴上使用不能旋转但轴向可自由移动的螺母,都是实现转动约束的典型方法。

    为简化设计,在电机内部实现线性变换是有意义的。该方法极大地简化了设计,使得在许多应用领域中能够在不安装外部机械联动装置的情况下直接使用直线电机进行精密的线性移动。

    最初的直线电机采用了一个滚珠螺母和丝杆的结合体。滚珠丝杆提供了90%以上的效率,而根据螺纹条件,梯形螺纹提供的效率仅有20%~70%。

    尽管滚珠丝杆对转换旋转运动为线性运动是一个高效的方法,但是滚珠螺母很难校准,而且体积庞大,费用昂贵。因此,在大多数应用领域中,滚珠丝杆并非是一个实际的解决方法。

    大多数设备设计人员对以直线电机为基础的混合式步进电机是熟悉的。该产品有多年的历史了,与其它设备一样它有其自己的长处和局限性。设计简便、紧凑、无电刷(因此无火花)、惊人的机械优点、设计的实用性以及可靠性是它与生俱来的优点,然而在某些情况下,此直线电机不能用于某些设备,因为在没有日常维护的条件下它是不能保证耐久的。

    然而,有几种方法克服了这样的障碍,使直线电机具有高的耐久性且不用维护,由于步进电机的无电刷设计,产生磨损的唯一部件是转子轴承以及由导向螺杆/螺母组成的螺纹接合。滚珠轴承几年来的改进已经提供了适合直线运动的长寿命类型。最近导向螺杆和螺母组合的寿命和耐用性都有了改进。

    提高耐久性

    首先必须看一下电机的基本设计。一个较好研究实例是Size17电机,它发球混合式步进电机家族中尺寸较小的。习惯上,直线电机使用由一轴承级金属材料(如青铜)加工成的一个空心轴,该空心轴具有内螺纹然后与螺纹导杆连接。该空心轴沿转子轴线安装。导杆材料通常为不锈钢,它具有某种防腐蚀性能。大多数零件所用螺纹的型式是加工螺纹(如#10-32),此螺纹有单头或多头,这取决于电机所需的分辨率和速度。

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