Где применяют NEMA 23
NEMA 23 ставят на оси фрезерных и гравировальных станков с ЧПУ, которые режут дерево, пластик, композит и алюминий, на порталы плазменных и лазерных станков, на поворотные оси и подающие механизмы. Момент от 1.2 до 3 Н·м позволяет вести портал массой в десятки килограммов через шарико-винтовую пару, ремень или рейку. Для лёгких 3D-принтеров и граверов такой двигатель избыточен, а для тяжёлых порталов с длинной рейкой берут NEMA 34.
Посадочные размеры NEMA 23
Размеры взяты с чертежей двигателей NEMA 23 длиной от 52 до 112 мм. Фланец, отверстия, буртик и вал одинаковы у всех длин.
| Параметр | Размер |
|---|
| Ширина квадратного фланца | 56.4 мм |
| Расстояние между крепёжными отверстиями | 47.14 ± 0.2 мм |
| Крепёжные отверстия | 4 сквозных Ø5 мм |
| Посадочный буртик | Ø38.1 мм, высота 1.6 мм |
| Вал | Ø8 мм или Ø6.35 мм, лыска 15 мм |
| Выступающая часть вала | 21-22 мм |
| Выводы обмоток | 4 провода AWG22, 300 мм |
У NEMA 23, в отличие от NEMA 17, отверстия в углах фланца сквозные: двигатель крепят винтами M4 с гайкой или заворачивают винты в резьбу кронштейна со стороны двигателя. Буртик 38.1 мм центрирует двигатель в отверстии кронштейна или редуктора, поэтому в кронштейне делают отверстие под буртик с малым зазором.
Длина корпуса и момент
Фланец у всех NEMA 23 одинаковый, момент растёт с длиной пакета ротора и статора. Вместе с ним растут масса и момент инерции ротора.
| Длина корпуса | Удерживающий момент | Ток фазы | Где уместен |
|---|
| 52-56 мм | 1.2 Н·м | 2.8 А | лёгкие оси, ось Z гравера, поворотные механизмы |
| 76 мм | 1.8 Н·м | 3 А | оси X и Y настольного фрезерного станка |
| 80-82 мм | 2.2 Н·м | 3 А | портал станка по дереву и пластику с винтом или ремнём |
| 100 мм | 2.5 Н·м | 4.2 А | портал с рейкой, ось Z с тяжёлым шпинделем |
| 112 мм | 3 Н·м | 3 или 4.2 А | тяжёлые порталы, оси станков по алюминию |
У распространённых моделей момент инерции ротора 300 г·см² при длине 56 мм, 680 г·см² при 100 мм и 800 г·см² при 112 мм, масса от 0.7 до 1.7 кг. Длинный двигатель даёт больше момента, но тяжёлый ротор хуже разгоняется на коротких перемещениях. Если для оси хватает двигателя 82 мм, двигатель 112 мм ставить не нужно.
Двигатели на 3 А и на 4.2 А с одинаковым моментом
Двигатели длиной 112 мм с моментом 3 Н·м выпускают с разной обмоткой. У распространённых моделей на 3 А сопротивление обмотки 1.6 Ом и индуктивность 6.8 мГн, у моделей на 4.2 А 1.4 Ом и 1.8 мГн. Удерживающий момент одинаковый, разница проявляется на скорости.
Без учёта встречной ЭДС ток в обмотке нарастает до номинала за время L x I / U. При питании 36 В двигателю на 3 А нужно 6.8 мГн x 3 А / 36 В = 0.57 мс, двигателю на 4.2 А 1.8 мГн x 4.2 А / 36 В = 0.21 мс. На 600 об/мин один полный шаг длится 60 / (600 x 200) = 0.5 мс: двигатель на 3 А уже не успевает набрать ток за шаг и теряет момент, двигатель на 4.2 А набирает его с запасом.
Цена этого выигрыша в драйвере. Для двигателя на 4.2 А нужен драйвер с пиковым током от 4.2 x 1.41 = 5.9 А, для двигателя на 3 А хватит драйвера на 4.2 А пикового тока. Двигатель на 3 А выбирают для медленных осей и простых драйверов, на 4.2 А для быстрых порталов.
Вал 8 мм или 6.35 мм
Вал 6.35 мм это 1/4 дюйма, размер по стандарту NEMA. Вал 8 мм у метрических двигателей толще и жёстче, под него проще найти муфты и шкивы. Одна и та же модель двигателя может выпускаться с обоими валами, поэтому муфту, шкив и входную втулку редуктора подбирают по фактическому диаметру. Лыска длиной 15 мм и глубиной 0.5 мм (7.5 мм по лыске у вала 8 мм) держит стопорный винт муфты.
Двигатели с двумя валами
У двигателя с двумя валами второй конец выходит через заднюю крышку. На него ставят энкодер, маховичок для ручного поворота оси, второй шкив для синхронного привода или тормоз. Задний вал того же диаметра 8 мм и выступает на 22 мм, поэтому за двигателем оставляют место под вал и то, что на него поставят.
Крепление
Кронштейн для NEMA 23 берут жёстким: двигатель длиной 112 мм весит до 1.7 кг и при разгоне раскачивает тонкую пластину. Винты затягивают крест-накрест, буртик должен войти в отверстие кронштейна без перекоса. Если двигатель стоит через редуктор, кронштейн нагружает редуктор, а не фланец двигателя.
Подключение
Штатные провода AWG22 длиной 300 мм удлиняют экранированным кабелем 4 x 0.5 мм² или 4 x 0.75 мм² для двигателей на 4.2 А. В кабель-канал кладут гибкий кабель, рассчитанный на многократный изгиб. Экран подключают к земле со стороны драйвера, а соединения проводов изолируют термоусадкой: замыкание двух фаз может вывести драйвер из строя.
Типичные ошибки
- Ставить двигатель на 4.2 А на драйвер с пиковым током 4.2 А: это 3 А действующего тока, 71% от номинала, и момент падает вместе с током.
- Брать самый длинный двигатель без расчёта: тяжёлый ротор хуже разгоняется.
- Подбирать муфту по названию NEMA 23, а не по фактическому валу 8 или 6.35 мм.
- Крепить двигатель длиной 112 мм на тонкий кронштейн.
- Удлинять провода тонким неэкранированным кабелем.
- Не оставить места за двигателем с двумя валами под задний вал.
