NEMA 17 reduktorinis žingsninis variklis – aukštos tikslumo sukimo momento sprendimas pramoninėms automatizavimo sistemoms

NEMA 17 su pavaromis žingsninis variklis puikiai tinka suteikti išsklitančią sukimo momento dauginimo galimybę, tuo pat metu išlaikydamas nepaprastai kompaktišką konstrukciją, kuri be jokių problemų įmontuojama erdvėje ribotose aplikacijose. Įmontuota pavaros redukcijos sistema mechaninio pranašumo principu keičia variklio bazinį sukimo momentą, dažniausiai padidindama prieinamą sukimo momentą nuo 5 iki 100 kartų, priklausomai pasirinktos pavaros santykio konfigūracijos. Šis žymus sukimo momento padidėjimas pasiekiamas nepridedant papildomų matmenų prie standartinio 42 mm montavimo paviršiaus, todėl įrangoje išsaugoma vertinga vieta, tuo pat metu užtikrinant reikiamą galią reikalaučiose aplikacijose. Aukštos kokybės NEMA 17 su pavaromis žingsninio variklio konfigūracijose naudojamos planetinės pavaros sistemos užtikrina geriau apkrovos pasiskirstymą lyginant su paprastomis tiesiomis dantytomis pavaromis, todėl padidėja ilgaamžiškumas ir eksplotacinis tarnavimo laikas net tolydžiojo veikimo režimu. Kompaktiškos konstrukcijos filosofija išplėsta ne tik matmenų, bet ir svorio optimizavimo kryptimi: visos variklio ir pavaros sąrankos dažniausiai sveria mažiau nei 500 g, tuo pat metu užtikrindamos sukimo momentus, kuriems be pavarų reikėtų žymiai didesnių ir sunkesnių alternatyvių sprendimų. Šis svorio pranašumas ypač svarbus robotikos aplikacijose, kur naudingoji krovinio talpa tiesiogiai veikia sistemos našumą ir baterijos tarnavimo laiką mobiliose platformose. NEMA 17 su pavaromis žingsninio variklio erdvės efektyvumas leidžia projektuotojams įdiegti kelis variklius lygiagrečiai daugiaprašminėse sistemose be pernelyg didelių vietos reikalavimų, taip palengvinant sudėtingų automatizavimo projektų įgyvendinimą, kuriems būtina sinchronizuota judėjimo valdymo funkcija keliuose nepriklausomuose ašyse. Tiešioginis gamybos tikslumas tiek variklio komponentuose, tiek pavaros sistemose užtikrina nuolatinį našumo charakteristikų vienodumą visose gamybos partijose, todėl inžinieriai gali su pasitikėjimu nurodyti šiuos variklius aplikacijose, kur reikalingas numatytas sukimo momentas ir tikslus pozicionavimas. Kompaktiška integracija taip pat pašalina galimus alinavimo problemas, kurios gali kilti jungiant atskirus variklius su išorinėmis pavaromis, sumažindama surinkimo sudėtingumą ir pagerindama bendrą sistemos patikimumą dėl mažesnio mechaninių sąsajų ir jungties taškų skaičiaus.

NEMA 17 su pavaromis žingsninis variklis užtikrina išskilusią tikslumą ir pakartojamumą, todėl jis tampa būtinas taikymuose, kur reikia nuolatinių ir tikslų padėčių nustatymo tūkstančiams ar milijonams veikimo ciklų. Pagrindinė žingsninio variklio technologija savaime užtikrina tikslų kampinį pozicionavimą dėl žingsniškos veiklos: kiekvienas elektrinis impulsas atitinka tam tikrą kampinį poslinkį, paprastai – 1,8 laipsnio viename žingsnyje standartinėse konfiguracijose. Kai ši tikslumas derinamas su pavaros redukcijos sistemomis, jis dar labiau sustiprinamas, o išvesties skirstymo raiška gali pasiekti 0,018 laipsnio arba dar mažesnę vertę, priklausomai nuo pasirinktos pavaros perdavimo santykio. Ši išskilusi skirstymo raiškos galimybė leidžia NEMA 17 su pavaromis žingsniniam varikliui atlikti mikropozicionavimo užduotis, kurios būtų neįmanomos arba pernelyg brangios naudojant kitas judėjimo valdymo technologijas. Pakartojamumo charakteristikos nuolat užtikrina pozicionavimo tikslumą ±0,05 % nuo programuotų padėčių, todėl automatizuoti procesai išlaiko siaurus leistinus nuokrypius, būtinus aukštos kokybės gamybai ir tiksliai surinkimui. Skirtingai nuo servovariklių sistemų, kurios remiasi grįžtamaisiais ryšiais siekdamos išlaikyti pozicijos tikslumą, NEMA 17 su pavaromis žingsninio variklio atvirasis valdymo kontūras pašalina galimus nuokrypius ir užtikrina nuolatinį pozicionavimo tikslumą ilgalaikiuose veikimo perioduose be būtinybės atlikti pakartotinės kalibravimo procedūros. Pavaros sistemos minimalus žaidimas (backlash), paprastai išlaikomas mažesnis nei 1 laipsnis, užtikrina, kad krypties keitimai neįvestų pozicionavimo klaidų, kurios galėtų kaupiatисi per kelis judėjimo ciklus. Pažangiose NEMA 17 su pavaromis žingsninio variklio konstrukcijose įdiegtos temperatūros kompensavimo funkcijos išlaiko pozicionavimo tikslumą esant kintamoms aplinkos sąlygoms, neleisdamos šiluminiam išsiplėtimui pakenkti tikslumo reikalavimams taikymuose, kuriuose įrenginiai veikia kintamos temperatūros sąlygomis. Žingsninio variklio veiklos determinuotas pobūdis leidžia tiksliai valdyti greitį ir formuoti pagreitį, užtikrindamas tolygius judėjimo charakteristikas, kurios sumažina virpesius ir nusistovėjimo laiką, tuo pat metu išlaikydamos pozicionavimo tikslumą visuose dinaminio judėjimo sekose. Šis tikslumo privalumas ypač vertingas taikymuose, pvz., 3D spausdinime, kur kiekvienos sluoksnio tikslumas tiesiogiai veikia galutinio produkto kokybę, ar laboratorinėje automatizacijoje, kur mėginių pozicionavimas turi būti išlaikytas mikroskopiniais leistinais nuokrypiais, kad būtų gauti patikimi matavimų rezultatai.

Nema 17 pavaros žingsninis variklis yra išskliausiai naudinga judėjimo valdymo sprendimas, kuris užtikrina profesionalaus lygio našumą, tuo pačiu mažindamas pradines investicijas ir nuolatines eksploatacines sąnaudas visą jo tarnavimo laiką. Pašalinus atgalinio ryšio jutiklius, kuriuos reikalauja servovariklių sistemos, pasiekiama nedelsianti sąnaudų taupymo nauda sistemų projektavimo ir įsigijimo etapuose, nes koduokliai ir susiję sąsajos elektronikos komponentai gali sudaryti 30–50 % visų judėjimo valdymo sistemos sąnaudų palyginus su panašiomis servosistemomis. Supaprastinti valdymo reikalavimai leidžia naudoti paprastus žingsninių variklių valdiklius, kurie kainuoja žymiai mažiau nei sudėtingi servos stiprintuvai, dar labiau sumažindami bendras sistemos sąnaudas, vienu metu išlaikydami tikslų našumą, reikalingą reikalaujančiose aplikacijose. Nema 17 pavaros žingsninio variklio gamybos masto ekonomija sukūrė labai konkurencingas kainas, dėl ko tikslus judėjimo valdymas tampa prieinamas mažosioms projektų realizacijoms ir biudžetiškai ribotoms aplikacijoms, kurios anksčiau negalėjo pateisinti tikslaus pozicionavimo sistemų išlaidų. Minimalūs techninės priežiūros reikalavimai kyla iš bešepetėlio variklio konstrukcijos, kuri pašalina dėvėjimosi komponentus, tokius kaip anglies šepetėliai ir kolektorius, todėl padidėja eksploatacinis tarnavimo laikas – be remonto intervencijų jis gali viršyti 10 000 valandų nuolatinės veiklos. Uždarytos pavaros sistemos apsaugo vidinius komponentus nuo aplinkos teršalų, o aukštos kokybės tepalai išlaiko savo efektyvumą visą variklio eksploatacijos laiką be periodinio keitimo ar papildymo procedūrų. Diagnostikos paprastumas – dar viena sąnaudų taupymo nauda: nema 17 pavaros žingsninio variklio gedimų nustatymo procedūros dažniausiai apima paprastus elektrinius matavimus ir vizualinę patikrą, o ne sudėtingą elektroninę diagnostikos įrangą, kuri reikalinga servosistemų priežiūrai. Standartiniai montavimo matmenys ir elektros jungtys palengvina variklių keitimą, kai jie galiausiai reikalauja remonto, todėl sumažėja prastovų sąnaudos ir mažėja techninės priežiūros skyrių atsargų reikmės. Energijos naudingumo charakteristikos prisideda prie eksploatacinių sąnaudų taupymo dėl mažesnio energijos suvartojimo palyginti su nuolat įjungtomis servosistemomis: nema 17 pavaros žingsninis variklis suvartoja energiją tik aktyvaus pozicionavimo metu ir išlaiko fiksuotą padėtį be nuolatinio energijos suvartojimo. Patikima konstrukcija ir aukštos kokybės gamybos standartai lemia, kad sugadinimų dažnis tipinėse pramonės aplikacijose yra žymiai mažesnis nei 1 % per metus, užtikrindami patikimumą, kuris mažina netikėtų prastovų sąnaudas ir gamybos sutrikimus, kurie dažnai žymiai viršija variklio pradinę pirkimo kainą.