Linearaktuator-Schrittmotor: 3 Schritte (mit Bildern)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

Um die Drehbewegung des Schrittmotors in eine Linearbewegung umzuwandeln, wird der Schrittmotor mit einem Gewinde verbunden. Auf dem Gewinde verwenden wir eine Messingmutter, die sich nicht drehen kann. Bei jeder Gewindeumdrehung wird die Messingmutter in axialer Richtung des Gewindes verschoben.

Siehe: Linearaktuator mit beweglicher Mutter,

Schritt 1: Teileliste

Eines der Ziele ist die Verwendung von Standardmaterial. Es hält die Kosten niedrig, und wenn ein Teil kaputt geht, kann es leicht ausgetauscht werden.

• M5 Messinganker
• M5 Edelstahlgewinde
• M5 Muttern (optional)
• Erdungsanschluss
• Kugellager Innendurchmesser Ø5mm (z. B. MF105 ZZ 5x10x4, F695 ZZ 5x13x4)
• Schrittmotorachse Ø5mm mit flachen Seiten (z. B. BYJ-Typen, 20BYJ46, 24BYJ48, 28BYJ48, 30YJ46, 35BYJ46)
• Schrittmotortreiber (z. B. ULN2003, ULN2003 mini)
• Arduino

Schritt 2: Teile

Kupplung Schrittmotor - Gewinde

Der Erdungsstecker dient zum Verbinden von zwei Drähten. Beide Seiten sind mit 2 Schrauben versehen, um den Draht zu befestigen. Um den Schrittmotor mit dem Gewinde zu verbinden, muss der Innendurchmesser des Erdungsanschlusses auf Ø5mm gebohrt werden (vor dem Bohren die kleinen Schrauben entfernen). Die kleineren Schrittmotoren der BYJ-Modelle haben eine 6mm ebene Fläche an der Achse. Die Länge des Steckers beträgt 30 mm. In zwei Hälften geschnitten haben wir 2 Kupplungen.

Eine Schraube der Kupplung wird auf die Planfläche des Schrittmotors geschraubt und die zweite Schraube wird auf die Gewindestange geschraubt. Dadurch entsteht eine steife Kupplung, die das Drehmoment des Schrittmotors auf die Gewindestange überträgt.

Seien Sie sich bewusst, da es sich um eine steife Kupplung handelt, führt eine Fehlausrichtung der Stange, der Lager oder der Mutter zu Problemen im Schrittmotor.

Gewindestange

Vorzugsweise bestehen die Gewindestange und die Gewindemutter aus unterschiedlichen Materialien. Als Material für die Gewindestange wurde Edelstahl gewählt. Es ist ein steifes Material, das beständig gegen Korrosion, Rost und Flecken ist. Als Material für die Mutter wurde Messing gewählt. Der statische/dynamische Reibungskoeffizient der trockenen Oberfläche ist niedrig (statisch 0,4, dynamisch 0,2)

Messingmutter

Der Messinganker hat einen Innengewindeabschnitt und einen kegelförmigen Abschnitt. Bei diesem Ankertyp sind die ersten 10 mm metrisches Gewinde. Dies ist der Abschnitt, der in diesem Projekt verwendet wird.

Der kegelförmige Innenabschnitt ist unbrauchbar. Sie dehnt sich beim Einsetzen einer Gewindestange aus und zerstört das Gehäuse der Mutter.

Gehäusemutter

Damit sich die Mutter in axialer Richtung der Gewindestange verschieben lässt, muss eine Drehung der Mutter vermieden werden. Die Mutter muss daher eine ebene Oberfläche haben. Ein Beispiel ist das Bild mit dem quadratischen Holzklotz. Die Mutter wird in den Block geklebt.

Seien Sie sich der Fehlausrichtung bewusst.

Lager

Um möglichst viel Reibung zu vermeiden, verwenden Sie Kugellager. Diese Lager sind billig. Zu viel Präzision ist nicht erforderlich. Es gibt einige Toleranzen zwischen Gewindestange und Lager, dies gleicht einen gewissen Fluchtungsfehler aus. Die Lager, die ich verwende, haben einen Flansch und sind fest in das Holz gepresst.

Schritt 3: Anschließen des Schrittmotors an den Arduino

Die BYJ-Serie sind unipolare Schrittmotoren. In diesem Projekt ist der Schrittmotor ein 20BYJ46. Der Treiber ist ein Mini-ULN2003.

Überprüfen Sie beim Kauf eines Schrittmotors die Nennspannung. Verwenden Sie eine 5-V-Version, wenn Sie das Arduino-Netzteil verwenden. Überprüfen Sie den Strom mit der Formel: U=IxR. Die 5V-Version des 20BYJ46 hat einen Widerstand von 60 Ohm. Der Strom beträgt dann I=U/R=5/60=0.08A.

Der Arduino ist nicht in der Lage, an den digitalen Pins genug Strom zu liefern, um einen Schrittmotor direkt mit Strom zu versorgen. Zum Schutz des Arduino wird ein Treiber verwendet. Ein Treiber liest an den Eingangspins den Status der digitalen Pins des Arduino und schreibt auf die Ausgangspins. Wenn der Eingangspin 1B „High“ist, wird die dem Treiber zugeführte Spannung an die Pins VCC(+) und 1C(-) geleitet.

Siehe Bild und Tabelle, wie man den Arduino mit dem Schritttreiber zum Schrittmotor verdrahtet (Motor und Treiber werden mit passender Buchse und Stecker geliefert). Wenn alles richtig verdrahtet ist, kann das Arduino mit Strom versorgt werden und der Code kann auf das Arduino hochgeladen werden.

Siehe Tabelle, wie der Schrittmotor gedreht wird. Der Arduino muss einen digitalen Pin "High" machen, andere Pins müssen "LOW" sein, wenn die Drehung des Schrittmotors abgeschlossen ist, muss der Arduino den nächsten Pin "HIGH" machen, andere Pins müssen sein „LOW“und so weiter. Wenn dies wiederholt wird, beginnt sich der Schrittmotor zu drehen.