Wiemy już co to są silniki krokowe i w jakich urządzeniach mogą być stosowane (np. jako elementy napędów precyzyjnych urządzeń i maszyn CNC, które nie wymagają dużej dynamiki pracy). Dobrym sposobem na uzyskanie wysokiej rozdzielczości pozycjonowania silnika krokowego jest użycie przekładni. Efektem zastosowania przekładni 16:1 na wyjściu silnika obracającego się o 8-kroków na obrót, będzie silnik 256-krokowy.
Ponadto zastosowana przekładnia zwiększy moment obrotowy silnika krokowego. Niektóre niewielkie silniki krokowe z przekładnią posiadają niewiarygodne momenty obrotowe. Tutaj kompromisem z pewnością jest prędkość. Silniki krokowe z przekładniami znajdują najczęściej zastosowanie w realizacjach o niskich obrotach. Pora więc zastanowić się jaka przekładnie do silników krokowych powinny być zastosowane. Poniżej spróbujemy odpowiedzieć na to z pozoru tylko łatwe pytanie.
Dobór przekładni do silnika krokowego
Odpowiednio dobrana przekładnia jest niewątpliwie kluczowa dla prawidłowego i wydajnego funkcjonowania naszego urządzenia. Tylko bowiem właściwa przekładnia pozwoli na maksymalne wykorzystanie możliwości konkretnego silnika krokowego poprzez uzyskanie możliwie wysokiej rozdzielczości pozycjonowania oraz zwiększenie momentu obrotowego.
Dobór najodpowiedniejszej przekładni do silnika krokowego powinien zależeć przede wszystkim od tego, w jakim celu chcemy zastosować konkretny silnik: w maszynach CNC, robotyce, automatyce czy urządzeniach pomiarowych. Przekładnia powinna umożliwić jak największą precyzję ruchu silnika oraz jednoczesne zachowanie wysokiego momentu obrotowego przy niewielkiej prędkości obrotowej.
Przekładnia silnika krokowego – jakie występują?
Najczęściej stosowane w silnikach krokowych są przekładnie:
► przekładnie planetarne,
► przekładnie ślimakowe,
► przekładnie walcowo-stożkowe lub przekładnie hipoidalne.
Przekładnia do silnika krokowego zmienia i moment i obroty w ściśle określonych proporcjach, zmniejszając np. obroty, a zwiększając jednocześnie moment obrotowy. Bardzo dobrze jest zatem dobrać odpowiednią przekładnię wg faktycznych potrzeb, obliczając sobie potrzebne parametry.
Przekładnia planetarna
W skład przekładni planetarnej wchodzą dwa współśrodkowe koła zębate: koło słoneczne (centralne) o uzębieniu zewnętrznym oraz koło pierścieniowe (zewnętrzne) o uzębieniu wewnętrznym. Między nimi umieszczone są małe koła zębate, tzw. satelity, połączone ze sobą jarzmem (wodzidłem). Satelity wykonują obrót, każdy wokół własnej osi, a wszystkie razem obiegają oś całego mechanizmu.
Rys. 1. Przekładnia planetarna, wokół koła słonecznego (wewnątrz koła pierścieniowego), obracają się mniejsze koła tzw. satelity. Różne przełożenia uzyskuje się poprzez blokadę poszczególnych kół zębatych przekładni planetarnej.
Szczególnie przydatne dla silników krokowych wydają się być przekładnie planetarne. W bardzo łatwy sposób umożliwiają one podniesienie momentu obrotowego na wale silnika oraz zapewniają bardzo precyzyjne ruchy (poszczególne kroki) silnika krokowego tj. szybki rozbieg, hamowanie i zmianę kierunku.
Jak działa przekładnia planetarna?
Wał koła słonecznego, wał rurowy koszyka satelitów, koło koronowe określa się mianem wałków centralnych. Jeżeli któryś z wałów zostanie zatrzymany, pozostałe przejmują całą moc wraz z przeniesieniem napędu. Warto pamiętać, że różnice między kołem koronowym, satelitami i kołem słonecznym, zarówno w obwodzie, jak również w liczbie zębów sprawiają, że elementy te obracają się z różnymi prędkościami.
Zalety przekładnie planetarnej:
– Wysoka sprawność
– Małe luzy
– Możliwość wyprowadzenia osi przekładni w osi silnika
– Możliwe duże momenty do przeniesienia
– Współosiowe ustawienie wału wejściowego i wału wyjściowego
– Rozkład obciążenia na kilka przekładni planetarnych
– Wysoka wydajność dzięki małej mocy toczenia
– Niemal nieograniczone możliwości przekładni dzięki połączeniu kilku stopni planetarnych
– Możliwość zastosowania jako nadrzędna przekładnia
– Cicha praca
– Przydatność do szerokiej gamy zastosowań
Niewielkie gabaryty stosunkowo prosta konstrukcja, a zarazem możliwość uzyskiwania dużych przełożeń przy krótkim czasie ich przełączania.
Dla każdego, kto poszukuję przekładni planetarnych, polecam zapoznać się z przekładnie planetarne w ofercie sklepu EBMiA.PL
Posiadamy szeroką gamę przekładni, między innymi do silników krokowych serii SC42, SC57 oraz sc86
Na poniższym filmie przedstawiamy test dokładności przekładni planetarnej i czy nadaje sie do CNC?
Przekładnia ślimakowa
Przekładnia ślimakowa to typ przekładni o osiach prostopadłych leżących w dwóch różnych płaszczyznach. Przekładnia zębata składająca się ze ślimaka (gwintowany wirnik śrubowy) zazębiający się z ustawioną prostopadle wobec niego ślimacznicą (koło walcowe śrubowe o specjalnie ukształtowanym wieńcu).
Budowa przekładni ślimakowych
Rys. 3. Prosta realizacja przekładni ślimakowej. Koronną zaletą jest duże przełożenie, samohamowność (jeśli potrzebna) i cicha praca. Główną wadą: bardzo mała sprawność η (rzędu 0,5) stąd potrzeba zapewnić dobre smarowanie.
Przeniesienie mocy w takiej przekładni odbywa się z udziałem tarcia. Kierunek przepływu mocy ma istotne znaczenie. Jeśli elementem napędzającym jest ślimak, sprawność przekładni η wyrażona jest zależnością:
η = tg γ / tg (γ + ς )
gdzie:
γ to kąt wzniosu gwintu
ς to „kąt tarcia” taki, że współczynnik tarcia μ = tg ς.
Rys. 3. Przekładnia ślimakowa ze ślimakiem walcowym (a), wyróżniony kierunek obrotu ślimaka oraz ślimacznicy (b).Równomierny nacisk powierzchniowy umożliwia przeniesienie dużych sił. W prostych realizacjach ślimak ma postać śruby, a ślimacznica jest kołem zębatym o skośnych zębach.
Podobnie, kiedy elementem napędzającym jest ślimacznica, sprawność przekładni η wyrażamy należnością:
η = tg (γ – ς ) / tg γ
Łatwo tutaj zauważyć, że γ < ς, sprawność przekładni jest mniejsza od zera, a to oznacza brak możliwości przeniesienia napędu w tym kierunku, czyli samohamowność.
Jeżeli poszukujesz przekładni ślimakowej, zapraszam do przekładnie ślimakowe w sklepie EBMiA.pl
Przekładnia ślimakowa w pewnych warunkach jest mechanizmem samohamownym
Jest to wadą, jak i zaletą. Samohamowność może być przypadkowa, gdy wskutek okoliczności, na przykład zbyt słabego smarowania, współczynnik tarcia wzrośnie ponad dopuszczalny i przekładnia wchodzi w zakres samohamowności.
Cecha ta może też być pożądana, a wtedy w jednym kierunku mechanizm ślimakowy działa jako przekładnia, a w drugim jako hamulec. Tak skonstruowany mechanizm stosuje się np. w podnośnikach ślimakowych oraz w mechanizmie naciągu strun gitary.
Nie można jednak faktu samohamowności przekładni ślimakowej traktować jako hamulca w układzie, szczególnie przy podnośnikach, lub wciągarkach, gdzie mają znaczenie względy bezpieczeństwa, gdyż jeśli układ napędowy z zawieszonym obciążeniem jest rozpędzony i wyłączymy napęd, to w niesprzyjających warunkach ciężar nie zatrzyma się, ale opadając będzie napędzał układ, przyśpieszając go.
Zastosowanie przekładni ślimakowych
Przekładnie korzystnie jest stosować jeżeli chcemy przenieść moment obrotowy pod kątem 90°. Mogą służyć do napędu, czyli do przenoszenia mocy z wału czynnego na wał bierny, mogą być użyte w urządzeniach podziałowych, jak podzielnica, napęd stołu frezarki obwiedniowej, itp. Równie dobrze mogą znaleźć zastosowanie w urządzeniach do ręcznego obrotu lub kierowania. Przekładnie ślimakowe dobrze sprawdzają się w silnikach krokowych.
Przekładnia walcowo – stożkowa
Właściwości podobne do właściwości przekładni ślimakowych posiadają także przekładnie walcowo-stożkowe.
Przekładnie walcowo-stożkowe są typem przekładni zębatych składających się z co najmniej dwóch stopni redukcji (w zależności od przełożenia występują również trzy- i czterostopniowe). W tych przekładniach jeden stopień stanowią koła stożkowe, a kolejne są stopniami walcowymi. Przekładnia walcowo-stożkowa pozwala na kątowe przeniesienie momentu. I tak, przekładnie, zbudowane z dwóch kół, służą do zmiany kierunku przenoszenia napędu teoretycznie w zakresie 0-180°, a praktycznie w zakresie od 30° do 150°. Gabaryty kół zawierają się w przedziale od kilkunastu milimetrów do 2,5 metra.
Rys. 4. Przekładnia trzystopniowa stożkowo-walcowa, takie przekładnie charakteryzują się dużą sprawnością sięgającą nawet 97%
Przekładnie walcowo stożkowe cechują się bardzo dużą sprawnością sięgającą nawet 97%. Do koronnych zalet przekładni walcowo-stożkowych należy duża wytrzymałość zębów na zginanie oraz ich cicha praca. W razie potrzeby można również stosować kombinacje wymienionych wyżej rodzajów przekładni.
Szukając kompromisu pomiędzy funkcjonalnością i wysoką sprawnością przekładni stożkowo-walcowej, a prostą budową i korzystnemu stosunkowi przenoszonej mocy z wału czynnego na bierny, można rozważyć również zastosowanie przekładni hipoidalnej. Rozważany kompromis w postaci przekładni hipoidalnej stanowi sumę funkcjonalności, sprawności, prostej budowy, lecz z pominięciem ceny.
Przekładnia do silnika krokowego – podsumowanie
Dobierając przekładnię najodpowiedniejszą dla danego silnika krokowego bierzemy więc pod uwagę różne aspekty, a zwłaszcza planowane zastosowanie silnika. Nie można bowiem jednoznacznie stwierdzić, który typ przekładni jest bezwzględnie najlepszy. Za to starannie dobrana przekładnia zapewni nam maksymalne wykorzystanie właściwości silnika krokowego oraz sprawne i efektywne funkcjonowanie urządzenia.
Zapraszamy do przeczytania:
Silnik krokowy budowa, działanie i zastosowanie
Moduł liniowy – co to jest, budowa, zastosowanie
Wykorzystana bibliografia
1. Rutkowski A.: Części maszyn. WSiP, Warszawa 2003.
2. Osiński Z.: Podstawy konstrukcji maszyn. WN PWN, Warszawa 1999.
3. Kurmaz L.: Podstawy konstrukcji maszyn. Politechnika Świętokrzyska, Kielce 2001.
4. Olsza M.: Projektowanie i dobieranie zespołów maszyn. Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2005.
