Для каких применений подходят тормозные шаговые двигатели?

В оборудовании для автоматизации и системах прецизионного управления движением шаговые двигатели должны не только обеспечивать точное позиционирование, но и сохранять свое положение при остановке или отключении питания.

Стандартный шаговый двигатель полагается на электромагнитный удерживающий момент для поддержания своего положения во время подачи питания. Как только питание отключается, этот удерживающий момент исчезает, и внешние нагрузки могут привести к вращению вала двигателя.

Для решения этой проблемы широко используются шаговые двигатели с тормозом в приложениях, требующих надежного удержания положения.

Но как работает шаговый двигатель с тормозом? Для каких применений он подходит? И что следует учитывать при его выборе?

Шаговый двигатель с тормозом — это шаговый двигатель, оснащенный дополнительным тормозным механизмом. Его основная функция — механически удерживать вал двигателя при остановке или потере питания, предотвращая нежелательное движение, вызванное гравитацией или внешними силами.

Чаще всего в шаговых двигателях с тормозом используется электромагнитный тормозной механизм с пружинным приводом.

Принцип работы следующий:

• Питание включено — тормоз растормаживается:Когда тормозная катушка находится под напряжением, электромагнитная сила освобождает тормоз, позволяя валу двигателя вращаться в обычном режиме.

• Питание выключено — тормоз срабатывает:Когда питание тормозной катушки снимается, внутренний пружинный механизм прижимает фрикционную пластину к тормозной поверхности, включая тормоз.

• Удержание положения:Тормоз остается включенным без электрического питания, помогая предотвратить вращение выходного вала под действием внешних нагрузок.

Эта конструкция обычно известна как пружинный тормоз с электрическим растормаживанием.

Важно отметить, что этот тип тормоза в первую очередь предназначен для статического удержания, а не для частых высокоскоростных динамических остановок. При нормальных условиях эксплуатации тормоз должен быть расторможен перед началом вращения двигателя.

Шаговые двигатели с тормозом особенно подходят для оборудования, связанного с вертикальными нагрузками, удержанием положения при отключении питания или в приложениях, требующих дополнительной защиты от неожиданного движения.

Системы вертикального подъема являются одними из наиболее распространенных применений шаговых двигателей с тормозом.

Примеры включают автоматические подъемные платформы, подъемные устройства для материалов и оборудование для автоматизированной обработки.

Когда двигатель останавливается, гравитация может вызвать движение груза вниз, потенциально приводя к обратному вращению ходового винта или трансмиссионного механизма.

Шаговый двигатель с тормозом может заблокировать вал двигателя при снятии питания, помогая предотвратить непреднамеренное движение груза.

На автоматизированных производственных линиях некоторые механизмы позиционирования должны оставаться в фиксированном положении при остановке работы.

Типичные применения включают:

• Автоматические системы загрузки и выгрузки.

• Платформы для перемещения материалов.

• Автоматизированные рабочие станции позиционирования.

• Вертикальные конвейерные механизмы.

Когда оборудование останавливается или происходит сбой питания, тормоз помогает поддерживать механическое положение и снижает риск неожиданного движения груза.

Некоторые медицинские приборы используют двигатели для регулировки высоты, угла и положения.

Примеры включают электрические больничные койки, диагностическое оборудование и некоторые реабилитационные устройства.

После завершения регулировки эти устройства должны сохранять относительно стабильное положение.

Шаговые двигатели с тормозом могут обеспечивать механическое удержание при снятии питания, помогая повысить безопасность и надежность этих механизмов движения.

В конкретных медицинских применениях также необходимо учитывать соответствующие стандарты безопасности, резервное торможение и требования к защите от отказов.

На некоторых станках с ЧПУ и системах прецизионного позиционирования двигатели управляют положением рабочих столов, инструментов и других движущихся компонентов.

Для вертикальных осей движения механические компоненты могут смещаться после остановки двигателя, если не предусмотрен эффективный удерживающий механизм.

Шаговый двигатель с тормозом может обеспечивать механическое удерживающее усилие при снятии питания, снижая риск нежелательного движения.

Однако для горизонтальных осей движения с надежными самоблокирующимися или механическими удерживающими конструкциями дополнительный тормоз не всегда может быть необходим.

Некоторые шарниры роботов и автоматизированные роботизированные манипуляторы должны сохранять определенные положения при остановке работы или потере питания.

Для шарниров, несущих гравитационные нагрузки, механический манипулятор может опускаться или вращаться под действием собственного веса, если нет эффективного тормозного механизма.

Шаговые двигатели с тормозом могут обеспечивать дополнительную возможность удержания положения для этих шарниров.

Однако роботизированные приложения требуют тщательного рассмотрения нагрузок на шарниры, инерции, времени срабатывания тормоза и требований безопасности. Встроенный тормоз двигателя не следует рассматривать как единственное средство защиты.

Основное отличие заключается в наличии у двигателя независимой механической тормозной функции.

Важно понимать, что шаговый двигатель с тормозом не обязательно обеспечивает более высокую точность позиционирования.

Тормоз предназначен в первую очередь для удержания при отключении питания. Точность позиционирования по-прежнему зависит от электромагнитной конструкции двигателя, метода привода и системы управления.

Выбор шагового двигателя с тормозом включает в себя больше, чем просто проверку его типоразмера и удерживающего момента. Тормоз также должен соответствовать фактической нагрузке и требованиям приложения.

(1) Тормозной момент

Тормозной момент определяет, какую механическую удерживающую силу может обеспечить тормоз.

При выборе следует учитывать вес груза, конструкцию трансмиссии, передаточное число и соответствующий коэффициент безопасности для обеспечения достаточной тормозной способности.

(2) Удерживающий момент двигателя

Удерживающий момент относится к способности двигателя сопротивляться внешним вращающим силам во время подачи питания и при неподвижном состоянии.

Удерживающий момент двигателя и тормозной момент — это два разных параметра, и их нельзя использовать взаимозаменяемо.

(3) Напряжение тормоза

Электромагнитные тормоза обычно требуют независимого источника питания.

Проверьте номинальное напряжение, ток и условия растормаживания тормоза, чтобы обеспечить совместимость с электрической системой оборудования.

(4) Время срабатывания тормоза

Тормозу требуется некоторое время для срабатывания после снятия питания.

Для приложений, связанных с вертикальными нагрузками, время срабатывания тормоза и последовательность управления между двигателем и тормозом должны быть учтены, чтобы предотвратить движение груза до полного срабатывания тормоза.

(5) Монтажные размеры и механический интерфейс

Проверьте типоразмер двигателя, длину корпуса, размеры вала и конструкцию тормоза, чтобы обеспечить совместимость с существующим оборудованием.

Для оборудования, связанного в основном с горизонтальным движением, где механическая трансмиссия уже обеспечивает достаточную самоблокирующуюся способность, стандартного шагового двигателя может быть достаточно.

Однако шаговые двигатели с тормозом следует рассматривать, когда приложение имеет следующие характеристики:

• Вертикальные нагрузки, подверженные воздействию гравитации.

• Требование сохранять положение после потери питания.

• Необходимость предотвратить непреднамеренное движение груза во время остановки оборудования.

• Дополнительные требования к удержанию положения при отключении питания.

• Особые требования к удержанию положения при определенных условиях эксплуатации.

Кроме того, для подъемного оборудования, связанного с потенциальными рисками для безопасности персонала, тормоз двигателя не может заменить независимую механическую защиту от падения, системы безопасного торможения или другие необходимые устройства безопасности.

Шаговый двигатель с тормозом интегрирует электромагнитный тормозной механизм в стандартный шаговый двигатель, обеспечивая дополнительную механическую удерживающую способность при снятии питания.

Он особенно подходит для оборудования вертикального подъема, автоматизированных производственных линий, медицинских приборов, систем позиционирования с ЧПУ и некоторых роботизированных приложений.

При выборе шагового двигателя с тормозом важно учитывать удерживающий момент двигателя, тормозной момент, инерцию груза, время срабатывания тормоза и монтажные размеры.

Выбор правильного шагового двигателя с тормозом означает не только удовлетворение требований к управлению движением, но и обеспечение надежной работы по удержанию груза при остановке или потере питания двигателя.

Для производителей шаговых двигателей предоставление правильной комбинации двигателя и тормозного механизма на основе структуры оборудования заказчика и фактических требований к нагрузке имеет важное значение для достижения надежного управления движением.