محرك السائر الخطي، المعروف أيضًا باسممحرك متدرج خطي، هو قلب دوار مغناطيسي يتفاعل مع المجال الكهرومغناطيسي النبضي الذي يولده الجزء الثابت لإنتاج دوران. محرك خطوي خطي داخل المحرك لتحويل الحركة الدورانية إلى حركة خطية. يمكن لمحركات الخطوي الخطية القيام بحركة خطية أو حركة ترددية خطية مباشرة. عند استخدام محرك دوار كمصدر للطاقة لتحويل الحركة إلى حركة خطية، يلزم استخدام تروس وهياكل كامات وآليات مثل الأحزمة أو الأسلاك. ظهر أول محرك خطوي خطي عام ١٩٦٨، ويوضح الشكل التالي بعض محركات الخطوي الخطية النموذجية.
المبدأ الأساسي للمحركات الخطية ذات الدفع الخارجي
دوار محرك السائر الخطي الخارجي هو مغناطيس دائم. عندما يتدفق التيار عبر لف الجزء الثابت، فإنه يولد مجالًا مغناطيسيًا متجهًا. يدفع هذا المجال المغناطيسي الدوار للدوران بزاوية معينة، بحيث يتطابق اتجاه زوج المجالات المغناطيسية للدوار مع اتجاه المجال المغناطيسي للجزء الثابت. عندما يدور المجال المغناطيسي المتجه للجزء الثابت بزاوية، يدور الدوار أيضًا بزاوية مع هذا المجال المغناطيسي. لكل مدخل نبضة كهربائية، يدور الدوار الكهربائي بزاوية واحدة ويتحرك خطوة واحدة للأمام. ويخرج إزاحة زاوية تتناسب مع عدد النبضات المدخلة وسرعة تتناسب مع تردد النبضة. ويؤدي تغيير ترتيب تنشيط اللفات إلى عكس اتجاه المحرك. وبالتالي، يمكن التحكم في دوران محرك السائر عن طريق التحكم في عدد النبضات والتردد وترتيب تنشيط لفات المحرك في كل مرحلة.
يستخدم المحرك برغيًا كمحور خارجي، وصامولة دفع خارجية مُثبّتة مع البرغي خارج المحرك، مما يمنع صمولة البرغي من الدوران بالنسبة لبعضها البعض، وبالتالي تحقيق حركة خطية. والنتيجة تصميم مبسط للغاية يسمح باستخدام محركات السائر الخطية مباشرةً لتحقيق حركة خطية دقيقة في العديد من التطبيقات دون الحاجة إلى تركيب وصلة ميكانيكية خارجية.
مزايا المحركات الخطية ذات الدفع الخارجي
يمكن لمحركات السائر اللولبية الخطية الدقيقة أن تحل محل الأسطوانات فيبعض التطبيقات، محققةً مزايا مثل دقة تحديد المواقع، وسرعة التحكم، والدقة العالية. تُستخدم محركات السائر اللولبية الخطية في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك التصنيع، والمعايرة الدقيقة، وقياس السوائل بدقة، وحركة الموضع بدقة، والعديد من المجالات الأخرى التي تتطلب دقة عالية.
▲دقة عالية ودقة تحديد المواقع القابلة للتكرار تصل إلى ±0.01 مم
يُقلل محرك الخطي اللولبي المتدرج مشكلة تأخر الاستيفاء بفضل آلية النقل البسيطة، ودقة التموضع، وقابلية التكرار، والدقة المطلقة. ويُعدّ هذا أسهل من "المحرك الدوار + اللولب". تصل دقة التموضع المتكرر للبرغي العادي في محرك الخطي اللولبي المتدرج إلى ±0.05 مم، بينما تصل دقة التموضع المتكرر للبرغي الكروي إلى ±0.01 مم.
▲ سرعة عالية تصل إلى 300 متر/دقيقة
تبلغ سرعة محرك الخطي اللولبي المتدرج 300 متر/دقيقة، وتسارعه 10 جرامات، بينما تبلغ سرعة محرك الكرة اللولبية 120 متر/دقيقة، وتسارعه 1.5 جرام. وستتحسن سرعة محرك الخطي اللولبي المتدرج بشكل أكبر بعد حل مشكلة الحرارة بنجاح، بينما سرعة محرك السيرفو والكرة اللولبية الدوارة محدودة، ولكن من الصعب تحسينها أكثر.
عمر طويل وسهولة الصيانة
يُعدّ محرك الخطي اللولبي المتدرج مناسبًا للدقة العالية، نظرًا لعدم وجود تلامس بين الأجزاء المتحركة والثابتة بسبب فجوة التركيب، وعدم وجود تآكل ناتج عن الحركة الترددية عالية السرعة للمحركات. لا يضمن اللولب الكروي الدقة في الحركة الترددية عالية السرعة، كما أن الاحتكاك عالي السرعة سيتسبب في تآكل صمولة اللولب، مما يؤثر على دقة الحركة، ولا يلبي متطلبات الدقة العالية.
اختيار محرك خطي خارجي
عند تصنيع المنتجات أو الحلول المتعلقة بالحركة الخطية، نقترح على المهندسين التركيز على النقاط التالية.
1. ما هو حمل النظام؟
يتضمن حمل النظام حملاً ثابتًا وحملًا ديناميكيًا، وغالبًا ما يحدد حجم الحمل الحجم الأساسي للمحرك.
الحمل الثابت: أقصى قوة دفع يمكن للمسمار أن يتحملها في حالة السكون.
الحمل الديناميكي: أقصى قوة دفع يمكن للبرغي أن يتحملها عندما يكون في حالة حركة.
2. ما هي السرعة الخطية لتشغيل المحرك؟
ترتبط سرعة دوران المحرك الخطي ارتباطًا وثيقًا بسلك اللولب، فدورة واحدة للبرغي تعادل سلكًا واحدًا للصامولة. للسرعات المنخفضة، يُنصح باختيار برغي ذي سلك أصغر، وللسرعات العالية، يُنصح باختيار برغي ذي سلك أكبر.
3. ما هي متطلبات الدقة للنظام؟
دقة المسمار: يتم قياس دقة المسمار بشكل عام من خلال الدقة الخطية، أي الخطأ بين السفر الفعلي والسفر النظري بعد دوران المسمار لدائرة جافة مرة.
دقة تحديد المواقع المتكررة: يتم تعريف دقة تحديد المواقع المتكررة على أنها دقة النظام في القدرة على الوصول إلى الموضع المحدد بشكل متكرر، وهو مؤشر مهم للنظام.
رد الفعل العكسي: رد فعل عكسي للبرغي والصامولة في حالة السكون عند تساوي مقدار الحركة المحورية. مع زيادة وقت العمل، يزداد رد الفعل العكسي أيضًا بسبب التآكل. يمكن تعويض أو تصحيح رد الفعل العكسي باستخدام صامولة إزالة رد الفعل العكسي. عند الحاجة إلى وضع ثنائي الاتجاه، يُصبح رد الفعل العكسي أمرًا مثيرًا للقلق.
4. اختيارات أخرى
يجب أيضًا مراعاة النقاط التالية في عملية الاختيار: هل يتوافق تركيب محرك السائر الخطي مع التصميم الميكانيكي؟ كيف سيتم توصيل الجسم المتحرك بالصامولة؟ ما هي سرعة دوران قضيب اللولب؟ ما نوع المحرك المناسب؟
وقت النشر: ١٦ نوفمبر ٢٠٢٢