Помогите подобрать шаговые двигатели.

[Дмитрий11]

Всем привет.
Занимаюсь восстановлением и модернизацией фрезерного по дереву с рабочим полем 2200х1650мм.
Предположительно будет плазма.
С механикой уже практически закончил, предстоит покупка приводов и электроники.
Вкратце о станке: оси X и Y - редуктора 5:1, рейки М1, шестерни z-23, ось Z - ременной редуктор 2:1 + ШВП.
На станке стояли болгарские постоянники DYNAMO SLIVEN 1,5 Нм, 1400 об/мин(ось XиY), 0,3Нм, 1400 об/мин - ось Z.
Вместо них хочу поставить шаговые двигатели с крутящим моментом -8.5Нм(ось XиY, редукторы 5:1 остаются), 4,5Нм - ось Z.
Теперь вопрос: будет ли портал (вес 120 Кг) нормально работать со скоростью до 12 м/мин. при условии, что при номинальных оборотах ШД 300об/мин скорость перемещения портала (по моим подсчетам) составит чуть более 4000 мм/мин.

[Дмитрий11]

Внешний вид станка

[Дмитрий11]

Вечер добрый. Сегодня общался с продавцами комплектующих: предлагают приобрести гибридные шаговые двигатели с энкодером. На ось Х и У 6,2Нм,на ось Z - 3,5Нм. Говорят, что двигатели будут нормально работать при высоких оборотах,при этом двигатель 6,2Нм на 1000 об\мин будет выдавать 2Нм. Т.е. имея 2Нм и редуктор 5:1 на выходе у меня будет 10Нм х 2(без учета потерь), что достаточно для уверенной работы портала весом 120 кг.
Хочется услышать мнение специалистов, т.к. собственного опыта в постройке станков с ЧПУ - нет.

[Сергей Саныч]

Может, лучше современные сервоприводы поставить?

[Дмитрий11]

Думал об этом, но бюджет ограничен.

[NikolayUa24]

Говорят, что двигатели будут нормально работать при высоких оборотах,при этом двигатель 6,2Нм на 1000 об\мин будет выдавать 2Нм. Т.е. имея 2Нм и редуктор 5:1 на выходе у меня будет 10Нм х 2(без учета потерь), что достаточно для уверенной работы портала весом 120 кг.

Коэффициент трансформации = 20/(m*Z), где m модуль, а Z количество зубьев. Если m - 1, Z - 23, то 20/23=0,87. Значит усилие на портале будет 62*5*0,87=269,7кг
Автор статьи aliwt.

(для просмотра содержимого нажмите на ссылку)

Зубчатые передачи

Привожу описание основных терминов и порядок расчета. Делительная окружность (ДО) - воображаемая окружность, по которой происходит зацепление зубьев. Ориентировочно находится посредине между окружностью выступов и окружностью впадин зубчатого колеса. Модуль (m)- часть диаметра ДО которая приходится на один зуб. Модуль практически равен высоте головки зуба, т.е. той части зуба, которая выступает над делительной окружностью. Z - количество зубьев зубчатого колеса. Поэтому, наружный диаметр колеса равен:D= Z*(m+2). Соответственно, замерив наружный диаметр колеса, и подсчитав количество зубьев, можно узнать модуль: m=D/(Z+2). Зубчатая рейка, это колесо с бесконечным диаметром. Соответственно шаг зубчатой рейки - это модуль умноженный на бесконечное количество зубьев, умноженный на число Pi (узнали длину окружности), и деленный на бесконечное число зубьев. В этой формуле бесконечность делится на бесконечность и по сему равна единице. Соответственно окончательный вариант выглядит так: 1*m*Pi. Единицу отбрасываем, так как она не влияет на результат, и шаг зубчатой рейки исчисляется по формуле: m*Pi, или m*3,1415. Ширина профиля зуба на делительной окружности приблизительно равна модулю, поэтому площадь сечения зуба равна произведению модуля на ширину рейки (зубчатого колеса). Соответственно максимальная нагрузка зубчатого зацепления равна произведению модуля на ширину рейки умноженному на предел текучести материала. Для простоты принимаем предел текучести сталей, применяемых обычно для изготовления реек и колес 40кг/мм^2, значит допустимая нагрузка равна, Хкг= 40*m*ширину рейки (колеса)
Прикинем усилие на гайке винтов Тр14*3 и ШВП20*5. Грубо, без учета трения, коэффициент трансформации (увеличения усилия по русски) для винта выглядит так: длину окружности винта делим на шаг, т.е Pi*D/t=3,14*14/3=14,65 и 3,14*20/5=12,56. Момент на валу двигателя указан в кг*см, т.е. если на вал одеть шкив радиусом в 1см, и на шкив намотать веревку нолевой толщины, то движок будет удерживать на этой веревке груз 18кг. Вернемся к реальной конструкции. Передача на винт 1/4, т.е на винту усилие 18*4=72кг*см. Радиус винта Тр14*3 - 0,7см, коэффициент трансформации 14,65. Значит 72/0,7*14,65=1504кг. Для винта ШВП20*5 получается 72/1*12,56=904кг. По моему хватит, даже если тянуть портал по песку. По поводу скручивания вала - я считал для Tr14x3 длиной 1100мм, получилось при усилии на гайке в 660кгс (при этой нагрузке КПД передачи=43%) нужный момент 7,2N*m (1,8N*m на моторе с учетом передачи), угол скручивания ~4,06градуса на всей длине (момент брал с учетом трения стального винта и бронзовой гайки). Но при проверке на стойкость и износостойкость оказалось что винт разрушится.
Подобрал - предельное значение - 180кгс на гайке для этого винта, при этом скручивание 1,1градус, момент на моторе 0,49N*m (на винте 1,96N*m).
Все расчеты по ГОСТ.
Предельный момент на скручивание для вала (винта) грубо, N*m: предел пластической прочности стали (кг*мм.кв)*квадрат радиуса,мм/длину,мм. Получается для винта Тр14*3: 40*49/1300=1,5N*m=15.3кг*см. Для винта ШВП20*5: 50*100/1300=3,85=39кг*см. Соответственно допустимые усилия на гайке для этих винтов без учета трения равны: 15,3*14,65=224кг и 39*12,56=489кг. С учетом трения и запаса по прочности бери раза в два меньше. Вроде все хватает, но - максимальная длина вала (винта) до 20 диаметров для сырых и 30 каленых. Что получается 280мм для Тр14*3 и 600мм для ШВП20*5. Значит винты можно применять только с вращающейся гайкой или с большим предварительным натягом. С зубчатой передачей выглядит так: коэффициент трансформации = 20/(m*Z), где m модуль, а Z количество зубьев. Если m - 1, Z - 15, то 20/15=1,3. Значит усилие на портале будет 18*4*1,3=93,6кг. Прикинем усилие на срез для рейки m-1 шириной 10. Грубо - предел пластической деформации*модуль*ширину - 40*1*10=400кг. Вроде хватает. Так что, если есть возможность, удобней ставить рейку - нет мороки с вращающейся гайкой и потерь на трение в напряженном винте. Желательно две для избежания перекосов + запас по тяге и прочности.

Может, лучше современные сервоприводы поставить?

или посмотреть в сторону гибридов Драйвер LEADSHINE CL86 + гибридный мотор 86CME85, 8.5Н.м и редуктор можно поставить поменьше 2:1

[Дмитрий11]

Добрый день. Спасибо за ответы и рекомендации.
Сам склоняюсь к покупке гибридных двигателей. Редукторы с передаточным отношением 5:1 уже полностью восстановлены менять их или выбрасывать не хочется. Вот например фото редуктора на оси У.
Основной вопрос как будут вести себя гибридные ШД на больших оборотах, например 900 об/мин? По моим подсчётам именно такие обороты нужны для скорости перемещения моего портала 12 м/мин. Так же не понятно на 100 '% хватил ли мощности гибридного двигателя 8,5 Нм на 900 об/мин перемещать мой портал? Продавцы обещают дать ответ от производителя, но я сомневаюсь в их объективности .

[Сергей Саныч]

"Гибридные" (точнее, сервошаговые) ШД на больших оборотах ведут себя так же, как обычные, то есть момент у них падает. Насколько - это считать надо.
Основные преимущества таких ШД перед обычными - более точное позиционирование, особенно под нагрузкой и меньшее потребление. Плюс своевременное обнаружение срыва шагов из-за перегрузки.

[Дмитрий11]

Вот что пишет поставщик:
"Добрый день!
Что касается работы гибридного шагового двигателя на скоростях до 1000 об / мин.
Например, берем модель на 6.2 Nm:86ВНН114-450Р-40МР
Производитель говорит, что на 700 об / мин будет 3.0 Nm, а на 1000 об / мин будет 2.3 Nm.
Двигатель может работать и на более высоких скоростях, вплоть до 3000 об / мин, подшипники также будут в норме. Единственный нюанс - это нагрузка на вал двигателя, если она вырастет, тогда скорость упадет (для того, чтобы поднять момент на двигателе).
Также пообещали провести тестирование этого двигателя, чтобы получить определенную зависимость момент-скорость. Эту информацию планирую иметь в понедельник, тогда и смогу предоставлять ее вам."

Если верить производителю, то двигатель мне подходит: даже на 1000об/мин у меня будет 2,3Нм + редуктор 5:1 = около 10Нм. Смущает только - "Единственный нюанс - это нагрузка на вал двигателя, если она вырастет, тогда скорость упадет"

[Сергей Саныч]

Также пообещали провести тестирование этого двигателя, чтобы получить определенную зависимость момент-скорость.

Пусть укажут, при каком напряжении питания драйвера проводились измерения. Без этого приведенные цифры не имеют смысла.

Единственный нюанс - это нагрузка на вал двигателя, если она вырастет, тогда скорость упадет

Естественно. Под нагрузкой тут именно момент нагрузки понимается. При превышении - срыв шагов и уход драйвера в ошибку.

[Дмитрий11]

Если я правильно понял - при увеличении нагрузки сверх моих расчетных 10Нм?

[Дмитрий11]

Доброе утро!
Китайцы прислали график зависимости момента кг*см (там опечатка) от оборотов. Что посоветуете? Подойдет под мои задачи? (напомню их: редуктора на осях Х и У 5:1, реечная передача М1, Z=23, вес портала ориентировочно - 100-120 кг - хочется получить скорость перемещения портала до 12 м/мин )

[Дмитрий11]

Добрый вечер.
Вот еще вариант: Шаговый двигатель 86HSE8N-BC38 с энкодером 8Нм + Драйвер HBS86H, может кто имеет опыт эксплуатации.

[Дмитрий11]

Двигатели купил, тему можно закрыть.