Lineare Schrittmotoren sind eine effektive Lösung, wenn es darum geht, Drehbewegungen in lineare Bewegungen umzuwandeln, insbesondere wenn die Anwendung nicht die Genauigkeit eines linearen Servomotors oder eines Schrittmotor-/Encoder-Betriebs mit geschlossenem Regelkreis erfordert.
Für lineare Schrittmotoren stehen drei mechanische Konfigurationen zur Auswahl: gefangen, nicht gefangen und mit externer Mutter. In diesem Whitepaper überprüfen wir alle drei und diskutieren die Unterschiede in ihrem Gehäuse, ihren Wellen und anderen äußeren Merkmalen sowie die beste Konfiguration basierend auf den Anwendungsanforderungen.
Äußere Merkmale
Die Lagergehäuse aller drei Optionen unterscheiden sich sichtbar voneinander.
Der unverlierbare Linearschrittmotor besteht aus einer Welle mit Innengewinde, die mit einem Antirotationselement und einer Außenwelle mit Keilverzahnung verbunden ist. Ein verlängertes Gehäuse mit einem passenden Keilwellenelement am Ende ermöglicht das Ausfahren und Zurückziehen des Keilwellenabschnitts aus dem Aktuatorgehäuse. Die Last wird am Ende der Welle befestigt, ohne dass eine Linearführung oder mechanische Unterstützung erforderlich ist. Captive-Linear-Schrittmotoren werden typischerweise für kürzere Hubanforderungen verwendet.
Bei Standard-Linearschrittmotoren (die als „nicht gefangen“ gelten) bewegt sich eine Gewindewelle axial durch den Schrittmotor. Die Welle dreht sich, unterstützt durch externe mechanische Stützen und Linearführungen, um eine lineare Bewegung zu erreichen.
Die Konfiguration mit externer Mutter verwendet einen rotierenden Schrittmotor mit einer Welle und Mutter mit Außengewinde. Die Welle dreht sich und ist an beiden Enden fixiert, sodass sich die mit der Last verbundene Außenmutter entlang der Länge der Welle bewegen kann. Die Welle des Motors kann entweder eine Leitspindel oder eine Kugelumlaufspindel sein.
Entwurfsüberlegungen
Captive- oder Non-Captive-Motoren können in jeder Positionierungsanwendung verwendet werden, die eine lineare Bewegung erfordert. Der ideale Linearantrieb wird durch einige Faktoren bestimmt:
Größenbeschränkungen
Der physische Platzbedarf ist für jede Art von linearem Schrittmotor unterschiedlich. Beispielsweise benötigt der nicht-gefangene/gefangene Motor Platz, damit die Welle von der Ober- und Unterseite des Motors ausragen kann, während der Linearantrieb mit externer Mutter nur die Länge der Gewindewelle vom Vorderflansch benötigt. Darüber hinaus wird zusätzlicher Platzbedarf für die für den Betrieb benötigten Komponenten von unverlierbaren Linearschrittmotoren (z. B. Linearführungen und mechanische Unterstützung) benötigt.
Schlaganfallanforderungen
Der Captive-Motor eignet sich am besten für kurze Hublängen. Da der Hub des unverlierbaren Motors von der Länge der Welle und des unverlierbaren Mechanismus abhängt, erfordert der Mechanismus zusätzliche Kosten für die Anpassung nicht standardmäßiger Hublängen, im Gegensatz zu den nicht unverlierbaren Konfigurationen und Konfigurationen mit externer Mutter, die möglich sind einfacher anzupassen.
Kraft-, Geschwindigkeits- und Auflösungsanforderungen
Auch die ausgeübte Kraft muss berücksichtigt werden, sowohl axial als auch radial entlang der Welle, wenn sich der Motor oder das Werkstück entlang der Welle bewegt, um sicherzustellen, dass sowohl der Motor als auch die Welle der erforderlichen Kraft standhalten können.
Bei der unverlierbaren Option geht die Motoreffizienz an der Stelle verloren, an der der Kunststoff die Welle mit dem Motorgehäuse verbindet.
Budget
Der lineare Stepper-Aufbau mit unverlierbarem Antrieb erfordert weniger Komponenten für den Betrieb als die Versionen mit externer Mutter oder ohne unverlierbarer Antrieb. Die Version mit Außenmutter hat die meisten Komponenten, dazwischen liegt die Version ohne Selbstsicherung. Da der Motor weniger Komponenten benötigt, steigt der Preis pro Einheit, sodass der Captive-Motor der teuerste der drei Motoren ist.
