Редукторный двигатель и шаговый двигатель: различия, руководство по выбору и характеристики небольшого мотор-редуктора

В мотор-редуктор Сравнение шагового двигателя, краткий ответ: выбирайте мотор-редуктор, когда вам нужен высокий, стабильный крутящий момент на низкой скорости для непрерывного вращения, и выбирайте шаговый двигатель, когда вам нужно точное, повторяемое позиционирование. . Редукторный двигатель объединяет стандартный двигатель с редуктором, который механически увеличивает крутящий момент и снижает выходную скорость, в то время как шаговый двигатель движется с фиксированными дискретными угловыми приращениями, управляемыми непосредственно электрическими импульсами — редуктор не требуется, хотя его все же можно добавить для дополнительного крутящего момента. А небольшой мотор-редуктор применяет тот же принцип увеличения крутящего момента в миниатюрном масштабе, обычно диаметром от 6 до 42 мм, для компактных устройств, таких как дверные замки, подвесы для камер и робототехника. Ниже мы разберем, как на самом деле работает каждый тип двигателя, сравним их реальные характеристики и расскажем, на что следует обращать внимание при выборе небольшого мотор-редуктора.

Как работает мотор-редуктор

Мотор-редуктор — это стандартный двигатель переменного или постоянного тока в сочетании с коробкой передач или редукторной системой, прикрепленной непосредственно к его выходному валу. Редуктор действует как мультипликатор крутящего момента: небольшой эффективный двигатель вращается быстро, но слабо, а шестерни обменивают эту скорость на силу, позволяя конечному выходному валу вращаться медленнее, толкая или тянув со значительно большим крутящим моментом.

Такая конструкция делает мотор-редукторы выбором по умолчанию для применений, требующих постоянной вращательной силы, а не точных точек остановки — конвейерные ленты, лифты, трансмиссии электромобилей и общепромышленное оборудование — все они полагаются на соотношение крутящего момента и скорости.

Общие типы редукторов, используемые в мотор-редукторах, включают:

• Цилиндрические редукторы — простой, эффективный и экономичный для умеренных требований к крутящему моменту и скорости
• Цилиндрические редукторы — расположенные под углом зубья обеспечивают более плавную и тихую работу при более высоких нагрузках
• Планетарные редукторы — очень компактный, с превосходной плотностью крутящего момента, часто встречается в условиях ограниченного пространства
• Червячные редукторы - обеспечивают очень высокие передаточные числа и не имеют возможности обратного хода, что обеспечивает естественный эффект удержания или торможения

Как работает шаговый двигатель

Шаговый двигатель — это тип двигателя, который делит один полный оборот на фиксированное количество равных шагов, перемещая свой вал с дискретными, точными угловыми приращениями, а не вращаясь непрерывно и плавно. Стандартный шаговый двигатель с углом поворота 1,8 градуса совершает 200 полных шагов за один оборот. , а с помощью микрошага — электронного разделения каждого шага — это разрешение может быть улучшено еще больше.

Поскольку положение контролируется непосредственно путем подсчета электрических импульсов, шаговые двигатели могут обеспечить точное позиционирование в системе с разомкнутым контуром, а это означает, что им не обязательно требуется энкодер или датчик обратной связи, чтобы знать, куда направлен вал. Это основная причина, по которой они являются стандартными в таком оборудовании, как 3D-принтеры, станки с ЧПУ и автоматические дозаторы, где точное, повторяемое движение имеет большее значение, чем простое вращательное усилие.

Шаговые двигатели также обеспечивают сильный удерживающий момент в состоянии покоя, удерживая вал в положении под нагрузкой без смещения, что полезно для таких приложений, как суставы роботизированных рук, которым необходимо оставаться на месте между движениями.

Редукторный двигатель и шаговый двигатель: прямое сравнение

В таблице ниже приведены практические различия, которые обычно определяют, какой тип двигателя подходит для конкретной конструкции.

Мотор-редукторы также имеют механическую особенность, о которой стоит знать, прежде чем ее указывать: Люфт шестерни — небольшой люфт между сцепляющимися зубьями шестерни — обычно составляет от 0,5 до 3 градусов. , что может привести к небольшой потере точности в приложениях, чувствительных к положению. Конструкция шагового двигателя с прямым приводом полностью позволяет избежать этой проблемы, и это одна из причин, почему он доминирует в оборудовании, критически важном для позиционирования.

Когда выбирать каждый тип двигателя

Подбор двигателя под задачу обычно сводится к ответу на один вопрос: нужно ли приложению что-то перемещать с силой или размещать что-то точно?

Выбирайте мотор-редуктор, когда

• Применение требует высокого крутящего момента при низкой постоянной скорости — конвейеры, лифты и тяжелая техника.
• Нагрузка значительна, и точное положение остановки имеет меньшее значение, чем простое тянущее или толкающее усилие.
• Механизм работает непрерывно, а не запускается и останавливается дискретными шагами.

Выбирайте шаговый двигатель, если

• Точное и повторяемое позиционирование является приоритетом — 3D-принтеры, режущие головки с ЧПУ и механизмы фокусировки камеры.
• Преимущества конструкции заключаются в управлении с разомкнутым контуром, позволяющем избежать дополнительных затрат и сложности энкодера.
• Вал должен сохранять фиксированное положение под нагрузкой, не смещаясь между движениями.

В некоторых конструкциях используется шаговый двигатель с редуктором, чтобы получить лучшее от обоих миров — коробка передач умножает собственный крутящий момент шагового двигателя, а также улучшает его эффективное разрешение шага, поскольку каждый шаг двигателя теперь соответствует меньшему углу на выходном валу после понижения передачи.

Что определяет небольшой мотор-редуктор

Небольшой мотор-редуктор использует тот же принцип «двигатель плюс редуктор» в миниатюрном масштабе и создан для применений, где важны как крутящий момент, так и занимаемая площадь. Производители обычно предлагают небольшие мотор-редукторы в диапазоне от примерно 6 мм до 42 мм в наружном диаметре , с номинальным напряжением обычно от 2 до 24 В постоянного тока и выходной скоростью от примерно 5 до 2000 об/мин в зависимости от выбранного передаточного числа.

На самом маленьком конце этого диапазона 6-миллиметровый мотор-редуктор может весить чуть больше грамма — достаточно легкий для миниатюрной робототехники, подвесов камер или автоматических дверных замков — и при этом умножать крутящий момент, значительно превышающий тот, который мог бы обеспечить один только двигатель. Типичный микропланетарный агрегат, например, сочетает в себе двигатель диаметром 8-10 мм с редуктором диаметром примерно 10 мм, что обеспечивает передаточное число 1:171, что полезно там, где от крошечного корпуса требуется очень медленный выходной сигнал с высоким крутящим моментом.

Выбор материала и передаточного числа коробки передач для небольшого мотор-редуктора

Когда вы остановили свой выбор на небольшом мотор-редукторе, наибольшее значение имеют два варианта спецификации: из чего сделаны шестерни и насколько агрессивно передаточное число.

1. Пластиковые шестерни они легче, тише и экономичнее — хорошо подходят для бытовой электроники, игрушек и легких механизмов с ограниченным рабочим циклом.
2. Металлические шестерни переносят большие усилия и служат значительно дольше при той же нагрузке — обычно в два-три раза дольше срока службы эквивалентного пластикового редуктора — что делает их лучшим выбором для требовательных или непрерывных применений.
3. Смешанные металлопластиковые редукторы предлагают золотую середину, часто используя пластик на быстро вращающемся входном каскаде, чтобы уменьшить шум, сохраняя при этом металл на выходных каскадах с более высоким крутящим моментом.
4. Более высокие передаточные числа обменивают максимальную скорость на большее увеличение крутящего момента — передаточное число 1:171 обеспечивает гораздо больший выходной крутящий момент, чем передаточное число 1:27 от того же базового двигателя, но выходной вал вращается гораздо медленнее.

При выборе небольшого мотор-редуктора для новой конструкции стоит напрямую сообщить производителю целевую нагрузку, рабочий цикл и допустимый уровень шума — Передаточное число, материал коробки передач, тип выходного вала и напряжение обычно настраиваются. даже при таких малых диаметрах, поэтому стандартная деталь редко становится окончательным компромиссом.