步進(jìn)電機(jī)廣泛用于工業(yè)和消費應(yīng)用,從包裝設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備到3D打印機(jī)和自動售貨機(jī)。它們在(相對)低速下具有出色的扭矩產(chǎn)生尤其是對于給定的電機(jī)尺寸并以易于使用的格式提供高分辨率定位。這些優(yōu)點使它們非常適合驅(qū)動絲杠或皮帶和皮帶輪系統(tǒng)。事實上,一些最常見的步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用將它們與絲杠配對。
但是步進(jìn)電機(jī)也可以用來驅(qū)動滾珠絲杠。盡管滾珠絲杠+步進(jìn)電機(jī)組合不如絲杠+步進(jìn)電機(jī)配對多產(chǎn),但滾珠絲杠的一些性能特征使其能夠更好地利用步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)勢來產(chǎn)生扭矩和精度。
1、效率、扭矩和速度:
回想一下,絲杠依賴于絲杠軸和螺母之間的滑動接觸,因此具有固有的高摩擦力,反過來又低效率。這意味著它們需要來自電機(jī)的更高扭矩才能轉(zhuǎn)動螺桿并產(chǎn)生線性運動?;叵胍幌?,步進(jìn)電機(jī)扭矩在較高速度下會顯著下降,因此絲杠+步進(jìn)電機(jī)組合通常不是需要高甚至中等扭矩產(chǎn)生的高速應(yīng)用的好選擇。
另一方面,滾珠絲杠依靠滾動接觸,具有低摩擦和高效率,因此需要的電機(jī)扭矩要小得多。這意味著滾珠絲杠+步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計可以更好地利用電機(jī)的整個扭矩-速度曲線。
2、低摩擦無波動:
由于螺母和絲杠滑動表面的磨損,絲杠組件中的摩擦也會隨著時間而變化。這種變化的摩擦以及由此產(chǎn)生的所需電機(jī)扭矩的變化會給步進(jìn)電機(jī)帶來挑戰(zhàn),因為步進(jìn)電機(jī)在具有穩(wěn)定、可預(yù)測負(fù)載的應(yīng)用中表現(xiàn)最佳。例如,如果電機(jī)所需的扭矩增加,則電機(jī)可能難以產(chǎn)生新的更高扭矩并失去步數(shù)。(這就是為什么許多步進(jìn)電機(jī)尺寸過大的原因以便為不可預(yù)見的運行條件提供一些轉(zhuǎn)矩余量。)在開環(huán)控制系統(tǒng)中典型的步進(jìn)電機(jī)這種位置的損失可能對過程有害,甚至對工人的安全。
滾珠絲杠組件中固有的較低摩擦意味著它們需要來自電機(jī)的較少扭矩來以給定的移動輪廓移動給定的負(fù)載。并且所需的扭矩在滾珠絲杠的整個生命周期內(nèi)不會發(fā)生變化,因此電機(jī)的尺寸可以選擇更小的扭矩裕度。換句話說,當(dāng)與滾珠絲杠配對時,步進(jìn)電機(jī)不需要顯著加大尺寸來處理由于絲杠摩擦而導(dǎo)致的所需扭矩的不確定性。
3、高占空比:
盡管步進(jìn)電機(jī)通常具有有限的占空比,但由于在運行期間始終使用相對較高的電流而導(dǎo)致發(fā)熱,一些步進(jìn)電機(jī)類型以及一些步進(jìn)驅(qū)動器類型確實允許步進(jìn)電機(jī)用于高(甚至連續(xù))占空比。
但是滑動摩擦?xí)a(chǎn)生大量熱量,因此高或連續(xù)的工作循環(huán)會顯著降低絲杠的壽命。(有關(guān)加熱如何影響絲杠的完整說明,請查看這篇關(guān)于PV值的文章。)對于這些應(yīng)用,滾珠絲杠是更好的選擇,因為它們比絲杠具有更高的效率和更低的發(fā)熱。
4、閉環(huán)步進(jìn)器:
滾珠絲杠還提供更好的定位精度和更高的可重復(fù)性這些特性與步進(jìn)電機(jī)的高分辨率相得益彰。當(dāng)滾珠絲杠用于閉環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)時,您將獲得良好的定位精度和可重復(fù)性,以及確保系統(tǒng)到達(dá)預(yù)期位置的反饋機(jī)制。