当我们深入探讨电机的世界时,一个关键的问题是它们如何将旋转运动转换为线性运动。这种转换可以通过多种机械方式实现,如齿条和齿轮传动、皮带轮传动以及其他机械联动系统。这些设计都需要各种各样的机械零件。而实现这一转变的最有效方法之一就是在电机内部进行。
基本上,步进电机通过磁性的铁芯转子与由定子产生的脉动定子电磁场之间的相互作用来产生旋转。这一过程可以精确控制,使得直线电机能够以高精度完成从旋转到线性的运动变化。直线步进电机,也被称为直线步进驱动器,是1968年William Henschke获得的一个专利,它们自那时起就在制造、精密调整和流体测量等领域中得到广泛应用。
使用螺纹的直线电机其精度取决于其螺距。在这种类型的直线电机中,将一个螺母安装在转子的中心,并用一根螺杆与之配合,这样,当轴向移动时,必须有一种方法防止螺杆同时沿着轴向移动。此外,由于螺杆不允许随着整体一起旋转,当轴向移动时,实际上是发生了从旋轉到線性的運動變換。在内置于或外部使用固定但不能旋转且仅可自由沿轴向移动的非牢固型金属材料制成的人造丝杆中找到这样的约束是一种常见做法。
为了简化设计并使其更加实用,在设备内部直接实现这一变换是一个有意义的事情。这项技术极大地简化了设计,使得许多应用领域中的设备无需额外安装任何机械联锁装置即可提供高精度的一维运动。
最初采用滚珠丝杆和滚珠壳组合来完成这个任务,但尽管滚珠丝杆效率非常高(通常超过90%),但由于对校准要求很高且体积较大,而且成本昂贵,因此它并不总是最佳选择。大多数情况下,大部分设备设计人员对于基于混合式步进驱动器构建的大型单元十分熟悉,而这些产品已经拥有了自己独特的地位和局限性。
虽然这类设备具有诸如紧凑、高效、无刷(因此无火花)、令人印象深刻的物理优势以及实用性及耐久性等优点,但在某些条件下,它们可能无法用于某些环境,因为没有日常维护的情况下它们无法保证耐久性能。不过,有几种策略可以克服这些障碍,以便提高该类电子机构单位保持长期运行能力而不需要维护,因为步进驱动器缺少通风故障,其磨损主要集中在 转子轴承及其由导管/壳组成的一系列接触面上。近年来对空心轴承材料进行改善已提供了一套适应高速行走需求的手段最近导管/壳组合也取得了显著提升,该提高耐用的根本原因是因为新材料能降低导管/壳活动摩擦系数并增加寿命长度图2显示不同材质导管/壳组合磨损性能比较结果表明工程塑料比黄铜更好然而,对于混杂式电子机构结构来说塑料却不是稳定的温度升至167°F后塑料膨胀0.004英寸黄铜只有0.001英寸膨胀量见图3
此外,还有另外一种新的内嵌有内螺纹金属结构作为理想解决方案。(图4)该结构极大地提高了电子机构运行时间并减少噪音,同时延长了寿命并降低了维护需求。(图5)
总结来说,在探索混合式直线电机会怎样将复杂过程简化为简单操作,以及如何利用现代科技让其变得更加强大的方面,我们发现了一些重要的事实:首先,不同类型的心形片所使用不同的处理方式会影响它们所具备的心形片质量;然后,用橡胶或橡皮做成心形片,可以进一步增强心形片属性;最后,如果你想要制作出更好的心形片,那么应该尽可能多地使用最新最先进的心形制作工艺。