محرك خطوي متدرج، يُعرف أيضًا باسممحرك خطوي متدرجالمحرك الخطي هو محرك دوار مغناطيسي يتفاعل مع المجال الكهرومغناطيسي النبضي الناتج عن الجزء الثابت لتوليد الدوران. يُستخدم المحرك الخطي داخل المحرك لتحويل الحركة الدورانية إلى حركة خطية. يمكن للمحركات الخطية أن تُنتج حركة خطية أو حركة ترددية خطية مباشرة. أما إذا استُخدم محرك دوار كمصدر طاقة للتحويل إلى حركة خطية، فستكون هناك حاجة إلى تروس وهياكل كامة وآليات مثل الأحزمة أو الأسلاك. ظهر المحرك الخطي لأول مرة عام 1968، ويُظهر الشكل التالي بعضًا من نماذجه.
المبدأ الأساسي للمحركات الخطية ذات الدفع الخارجي
يتكون دوار محرك الخطوة الخطي ذي التشغيل الخارجي من مغناطيس دائم. عند مرور التيار الكهربائي في ملفات الجزء الثابت، تولد هذه الملفات مجالًا مغناطيسيًا متجهيًا. يدفع هذا المجال 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 معينة، يدور الدوار أيضًا بزاوية مع هذا المجال. مع كل نبضة كهربائية، يدور الدوار بزاوية واحدة ويتحرك خطوة واحدة للأمام. ينتج عن ذلك إزاحة زاوية تتناسب مع عدد النبضات المدخلة وسرعة تتناسب مع تردد النبضات. يؤدي تغيير ترتيب تنشيط الملفات إلى عكس اتجاه دوران المحرك. لذا، يمكن التحكم في دوران محرك الخطوة من خلال التحكم في عدد النبضات وترددها وترتيب تنشيط ملفات كل طور.
يستخدم المحرك لولبًا كمحور دوران، ويتم تثبيت صامولة قيادة خارجية على اللولب من خارج المحرك، مما يمنع دوران الصامولة واللولب بالنسبة لبعضهما البعض، وبالتالي تحقيق حركة خطية. والنتيجة هي تصميم مبسط للغاية يسمح باستخدام محركات الخطوة الخطية مباشرةً لتحقيق حركة خطية دقيقة في العديد من التطبيقات دون الحاجة إلى تركيب وصلة ميكانيكية خارجية.
مزايا المحركات الخطية ذات التشغيل الخارجي
يمكن لمحركات الخطوة اللولبية الخطية الدقيقة أن تحل محل الأسطوانات فيبعض التطبيقاتتُحقق هذه المحركات مزايا عديدة، منها تحديد المواقع بدقة، والتحكم في السرعة، والدقة العالية. وتُستخدم محركات الخطوة اللولبية الخطية في نطاق واسع من التطبيقات، بما في ذلك التصنيع، والمعايرة الدقيقة، وقياس السوائل بدقة، وتحديد المواقع بدقة، والعديد من المجالات الأخرى التي تتطلب دقة عالية.
▲ دقة عالية، ودقة تحديد المواقع قابلة للتكرار تصل إلى ±0.01 مم
يُقلل محرك الخطوة اللولبي الخطي من مشكلة تأخر الاستيفاء بفضل آلية النقل البسيطة، ودقة تحديد المواقع، وقابلية التكرار، والدقة المطلقة. وهو أسهل في الاستخدام من محرك الدوران اللولبي. تصل دقة تحديد المواقع المتكررة للولب العادي في محرك الخطوة اللولبي الخطي إلى ±0.05 مم، بينما تصل دقة تحديد المواقع المتكررة للولب الكروي إلى ±0.01 مم.
▲ سرعة عالية، تصل إلى 300 متر/دقيقة
تبلغ سرعة محرك الخطوة اللولبي الخطي 300 متر/دقيقة وتسارعه 10g، بينما تبلغ سرعة محرك الخطوة اللولبي الكروي 120 متر/دقيقة وتسارعه 1.5g. ويمكن تحسين سرعة محرك الخطوة اللولبي الخطي بشكل أكبر بعد حل مشكلة الحرارة بنجاح، بينما سرعة محرك "الخطوة اللولبية والمحرك الدوار" محدودة، ومن الصعب تحسينها أكثر.
عمر طويل وسهولة الصيانة
يُعدّ محرك الخطوة اللولبي الخطي مناسبًا للتطبيقات عالية الدقة، نظرًا لعدم وجود تلامس بين الأجزاء المتحركة والثابتة بفضل فجوة التركيب، وانعدام التآكل الناتج عن الحركة الترددية عالية السرعة. أما محرك الكرة اللولبي، فلا يضمن الدقة في الحركة الترددية عالية السرعة، كما أن الاحتكاك الناتج عن السرعة العالية يُسبب تآكل صامولة اللولب، مما يؤثر على دقة الحركة ولا يُلبي متطلبات الدقة العالية.
اختيار محرك خطي خارجي
عند تصميم المنتجات أو الحلول المتعلقة بالحركة الخطية، نقترح على المهندسين التركيز على النقاط التالية.
1. ما هو حمل النظام؟
يشمل حمل النظام الحمل الساكن والحمل الديناميكي، وغالبًا ما يحدد حجم الحمل الحجم الأساسي للمحرك.
الحمل الساكن: أقصى قوة دفع يمكن أن يتحملها البرغي في حالة السكون.
الحمل الديناميكي: أقصى قوة دفع يمكن أن يتحملها البرغي أثناء حركته.
2. ما هي سرعة التشغيل الخطية للمحرك؟
تعتمد سرعة دوران المحرك الخطي بشكل كبير على خطوة البرغي، حيث تمثل دورة واحدة للبرغي خطوة واحدة للصامولة. وللسرعات المنخفضة، يُنصح باختيار برغي ذي خطوة أصغر، وللسرعات العالية، يُنصح باختيار برغي ذي خطوة أكبر.
3. ما هو مستوى الدقة المطلوب للنظام؟
دقة البرغي: تُقاس دقة البرغي عمومًا بالدقة الخطية، أي الخطأ بين المسافة الفعلية والمسافة النظرية بعد دوران البرغي دورة كاملة.
دقة تحديد المواقع المتكررة: تُعرَّف دقة تحديد المواقع المتكررة بأنها دقة النظام في الوصول إلى الموقع المحدد بشكل متكرر، وهو مؤشر مهم للنظام.
الخلوص: هو الخلوص بين البرغي والصامولة في حالة السكون عندما تكون حركتهما المحورية النسبية محدودة. مع ازدياد وقت التشغيل، يزداد الخلوص نتيجة التآكل. يمكن تعويض أو تصحيح الخلوص باستخدام صامولة مخصصة لإزالته. يُعدّ الخلوص عاملاً مهماً عند الحاجة إلى تحديد المواقع في كلا الاتجاهين.
4. اختيارات أخرى
يجب مراعاة النقاط التالية أيضًا في عملية الاختيار: هل يتوافق تركيب محرك الخطوة الخطي مع التصميم الميكانيكي؟ كيف سيتم توصيل الجسم المتحرك بالصامولة؟ ما هو شوط قضيب البرغي الفعال؟ ما نوع المحرك المناسب؟
تاريخ النشر: 16 نوفمبر 2022