螺纹的仅为29度。 假定磨擦、扭矩和螺纹角相同,“V”形螺纹能传送的力约为梯形螺纹的85%。用式(1)和(2)可以求出效率,因为使用的螺纹是V形的,取决于负载方向。60度螺纹的效率除以29度螺纹效率就能计算出比率。
这里的效率计算还未考虑由于“V”形螺纹表面的高压力而产生的额外的损耗。
Acme螺纹导杆一般是为传送动力而制作的,所以其表面光洁度、螺距精度及公差得到严格保证。“V”形螺纹基本上用于紧固螺纹,所以其表面光洁度和直线性并不受到严格控制
与此同时,驱动螺杆的螺母甚至显得更重要,该螺母通常是嵌入电机转子中的。传统的螺母材料采用轴承级的青铜并在其内部加工螺纹,这样做是综合考虑了物理稳定性和润滑性。当然,说它是综合考虑是因为其在这两方面并非特别优秀。直线电机中驱动螺母的较好材料是自润滑的热塑性材料。这是因为用新的工程塑料能使螺杆螺母运动磨擦系数降低。图3是不同内螺纹转子材料的磨擦性能的比较。
结果很明显,但为何不用塑料的驱动螺母?对螺纹来说塑料是好的,可惜的是对于混合式电机中的转子轴颈来说工程塑料却不稳定。由于电机的温度在运行时可能升至167°F,在这种情况下塑料的膨胀量可能达到0.004英寸,但黄铜在同样热条件下仅膨胀0.001英寸。见图4
轴承轴颈在混合式电机结构中是非常重要的,为了达到最佳性能,混合式电机在设计时必须保持千分之几英寸的转子铁芯外径和定子内径之间的空隙。如果转子装配不同心则将与定子内壁磨擦。设计人员希望通过选择合适的材料在螺纹寿命和轴承轴颈的稳定性上都取得较好的效果,而注塑有内螺纹的金属转子结构正好是理想的选择。(图5) 该结构极大地提高了电机运行寿命和效率,并降低了运行噪音。电机寿命比在其它电机中使用的常规青铜螺母结构高,且不需维护。(图6) 步进电机原理
步进电机基本原理 电机将电能转换成机械能,步进电机将电脉冲转换成特定的旋转运动。每个脉冲所产生的运动是精确的,并可重复,这就是为什么步进电机在定位应用中如此有效的原因。 永磁步进电机包括一个永磁转子、线圈绕组和导磁定子。给线圈绕组通电将产生一个电子磁场,分为北极和南极,见图1所示。定子产生产磁场使转子转动到与定子磁场对直。通过改变定子线圈的通电顺序可使电机转子产生连续的旋转运动。 图2显示了一个两相电机的典型的步进顺序。在第1步中,两相定子中的A相被通电,因异性相吸,其磁场将转子固定在图示位 置。当A相关闭、B相被通电时,转子顺时针旋转90°。在第3步中,B相关闭、A相被通电,但极性与第1步相反,这促使转子再次旋转90°。在第4步中,A相关闭、B相通电,极性与第2步相反。重复该顺序促使转子按90°的步距角顺时针旋转。 图2中显示的步进顺序称为“单相通电”步进。更常用的步进方法是“双相通电”,即电机的两相一直通电。但是,一次只能转换一相的极性,见图3所示。两相步进时,转子与定子两相之间的轴线处对直。由于两相一直通电,本方法比“单相通电”步进多提供了41.1%的力矩,但输入功率却为2倍。 半步步进 电机也可以转换相位之间插入一个关闭状态而走“半步”。这将步进电机的整个步距角一分为二。例如,一个90°的步进电机将每半步移动45°,见图4。但是,与“两相通电”相比,半步进通常导致15%-30%的力矩损失(取决于步进速率)。在每交换半步的过程中,由于其中一个绕组没有通电,所以作用在转子上的电磁力要小,造成了力矩的净损失。