Где применяют NEMA 34
NEMA 34 ставят там, где момента NEMA 23 не хватает: на порталы фрезерных станков с рабочим полем от 1.5 м, на оси с зубчатой рейкой, на плазменные порталы с тяжёлой балкой, на оси Z с массивным шпинделем, на токарные и фрезерные станки по металлу после модернизации. Момент от 4.6 до 12 Н·м позволяет вести тяжёлый портал через рейку напрямую, а через редуктор ещё тяжелее. Для настольных станков и лёгких порталов такой двигатель избыточен: тяжёлый ротор хуже разгоняется, а драйвер на 6-8 А стоит дороже.
Посадочные размеры NEMA 34
Размеры взяты с чертежей двигателей NEMA 34 длиной от 80 до 151 мм. Фланец, отверстия, буртик и вал одинаковы у всех длин.
| Параметр | Размер |
|---|
| Ширина квадратного фланца | 86 мм |
| Расстояние между крепёжными отверстиями | 69.6 мм |
| Крепёжные отверстия | 4 отверстия Ø7 мм |
| Посадочный буртик | Ø73 мм, высота 2 мм |
| Вал | Ø14 мм со шпонкой шириной 5 мм |
| Выступающая часть вала | 37 мм |
| Длина шпонки | 25 мм |
| Выводы обмоток | 4 провода в общем кабеле |
Буртик 73 мм центрирует двигатель в отверстии кронштейна или фланца редуктора, поэтому отверстие под него делают с малым зазором. Отверстия Ø7 мм рассчитаны на винты M6: их заворачивают в резьбу кронштейна или ставят сквозь кронштейн с гайкой.
Вал 14 мм со шпонкой
У NEMA 17 и NEMA 23 момент передаётся через лыску и стопорный винт. Для 12 Н·м этого мало: винт сминает лыску, и шкив проворачивается на рывках. Поэтому у NEMA 34 вал 14 мм с призматической шпонкой 5 мм, паз в валу глубиной 3 мм. Муфту, шкив или шестерню берут с отверстием 14 мм и шпоночным пазом 5 мм. Входная втулка червячного или планетарного редуктора под фланец 86 мм тоже рассчитана на вал 14 мм со шпонкой. Шпонку не выбрасывают и не заменяют стопорным винтом: без неё момент держит только посадка.
Длина корпуса и момент
Фланец у всех NEMA 34 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 |
|---|
| 80 мм | 4.6 Н·м | 4 А | оси X и Y станка по дереву с винтом или ремнём, ось Z |
| 98 мм | 6 или 7.5 Н·м | 4 или 5.3 А | портал с рейкой, плазменная балка |
| 118 мм | 8.7 Н·м | 4 А | тяжёлый портал, ось Z с тяжёлым шпинделем |
| 151 мм | 12 Н·м | 4 или 6 А | большие порталы, станки по металлу, оси с редуктором |
У распространённых моделей момент инерции ротора 1400 г·см² при длине 80 мм, 2700 г·см² при 118 мм и 4000 г·см² при 150-156 мм, масса 2.4, 3.8 и 5.4 кг. Ротор двигателя 151 мм в 2.9 раза тяжелее для разгона, чем ротор двигателя 80 мм. Если оси хватает момента 6 Н·м, двигатель 12 Н·м ставить не нужно: на коротких перемещениях он разгоняется медленнее.
Ток фазы и драйвер
Двигатели NEMA 34 одной длины выпускают с разной обмоткой. Обмотка на больший ток имеет меньше витков и меньшую индуктивность: удерживающий момент тот же, но ток в обмотке нарастает быстрее и момент на скорости держится лучше. За это платят более мощным драйвером. Пиковый ток драйвера выбирают от номинала двигателя, умноженного на √2.
| Ток фазы двигателя | Пиковый ток драйвера, не меньше |
|---|
| 4 А | 5.7 А |
| 5.3 А | 7.5 А |
| 6 А | 8.5 А |
Напряжение питания
У NEMA 34 индуктивность обмоток и ток выше, чем у NEMA 23, поэтому от питания 24-36 В такой двигатель на скорости теряет момент. Без учёта встречной ЭДС ток нарастает до номинала за время L x I / U. У распространённой модели длиной 150 мм на 6 А индуктивность 8.6 мГн: при 48 В ток нарастает за 8.6 мГн x 6 А / 48 В = 1.08 мс, при 80 В за 0.65 мс. На 400 об/мин полный шаг длится 60 / (400 x 200) = 0.75 мс, и успевает только двигатель на 80 В. Поэтому NEMA 34 ставят на драйверы с питанием 48-80 В.
Нагрузка на вал
У распространённых моделей допустимая радиальная нагрузка 220 Н на расстоянии 20 мм от фланца, осевая 60-80 Н. Шестерню рейки и шкив сажают как можно ближе к фланцу: чем дальше от подшипника, тем меньше допустимая сила. Если натяжение ремня или усилие на рейке больше, ставят промежуточный вал на своих подшипниках или редуктор, который принимает нагрузку на свой выходной вал.
Крепление
Двигатель длиной 151 мм весит больше 5 кг и при разгоне раскачивает тонкую пластину, поэтому кронштейн для NEMA 34 берут из толстой стали или алюминия с рёбрами. Винты M6 затягивают крест-накрест, буртик должен войти в отверстие кронштейна без перекоса.
Подключение
У двигателей NEMA 34 четыре вывода, две фазы по два провода. Цвет проводов у разных производителей отличается, поэтому фазы проверяют по схеме двигателя или мультиметром. Удлиняют экранированным гибким кабелем 4 x 0.75 мм² для двигателей на 4 А и 4 x 1 мм² для двигателей на 5.3-6 А. Экран подключают к земле со стороны драйвера, соединения изолируют термоусадкой.
Типичные ошибки
- Ставить двигатель на 6 А на драйвер с пиковым током 6 А: это 4.2 А действующего тока, 71% от номинала.
- Питать NEMA 34 от 24-36 В и удивляться потере момента на скорости.
- Заменять шпонку стопорным винтом или брать муфту без шпоночного паза.
- Сажать шестерню рейки далеко от фланца и перегружать подшипник двигателя.
- Брать самый длинный двигатель без расчёта: тяжёлый ротор хуже разгоняется.
- Крепить двигатель 151 мм на тонкий кронштейн.
- Удлинять провода тонким неэкранированным кабелем.
