Муфта для шагового двигателя: кулачковая, жёсткая или мембранная, выбор размера и монтаж

Муфта соединяет вал шагового двигателя с ходовым винтом и передаёт на него каждый шаг. От её типа зависит, будет ли у оси люфт при реверсе, переживут ли подшипники двигателя небольшую несоосность и не начнёт ли ось резонировать на разгоне. Ниже разобраны кулачковая, жёсткая и мембранная муфты, как выбрать размер по валам и моменту и как поставить муфту так, чтобы не перегрузить подшипники.

Три типа муфт

Кулачковая со звёздочкой

Кулачки двух полумуфт входят в промежутки между лучами полиуретановой звёздочки, и момент передаётся через сжатие полиуретана. Звёздочка гасит вибрации и толчки при разгоне и реверсе, допускает небольшую несоосность, но податлива на кручение: под нагрузкой полумуфты немного проворачиваются относительно друг друга. Пример: кулачковая муфта 8-8 мм D25L30.

Жёсткая

Между валами нет упругого элемента, поэтому жёсткая муфта D25L40 не имеет углового люфта и не закручивается: поворот вала двигателя передаётся на винт без запаздывания. Обратная сторона: любая несоосность превращается в изгибающую нагрузку на подшипники двигателя и опору винта. Жёсткую муфту ставят, когда двигатель на жёстком кронштейне и винт в опорах на одной базе, и их можно выставить точно соосно.

Мембранная

Полумуфты связаны пакетом тонких стальных пластин. Пластины жёсткие на кручение, но гнутся из своей плоскости, поэтому мембранная муфта не имеет люфта, как жёсткая, и при этом компенсирует небольшую угловую несоосность и осевое смещение. Одинарная мембранная муфта D34L32 работает как один шарнир и параллельное смещение осей не компенсирует. Для этого нужна двойная мембранная муфта D34L45: два пакета мембран дают два шарнира.

Как выбрать размер

1. Диаметры отверстий по валам: первая цифра для вала двигателя, вторая для винта. NEMA 17 имеет вал 5 мм, NEMA 23 8 мм, NEMA 34 14 мм; хвостовик винта 8, 10 или 12 мм. Муфту не растачивают и не подкладывают фольгу: вал должен входить в отверстие своего диаметра.
2. Момент: муфта должна передавать полный момент двигателя с запасом, иначе при упоре или резком разгоне проскальзывает хомут или разрушается звёздочка. Для двигателя 3 Н·м кулачковую муфту D25L30 меняют на D30L40 с более крупными кулачками.
3. Крепление: разрезной хомут обжимает вал по окружности и не оставляет вмятин. Стопорный винт давит в одну точку и со временем разбивает посадку.
4. Длина: она определяет расстояние между креплением двигателя и опорой винта, его закладывают в конструкцию оси.

Монтаж

1. Выставьте двигатель по оси винта до затяжки муфты.
2. Наденьте муфту на оба вала, затяните хомут на одном валу и проверьте, что второй вал входит в муфту свободно, без бокового усилия. Если вал приходится заводить с усилием, двигатель смещён, и его выставляют заново.
3. Вставляйте валы на одинаковую глубину; торцы валов не должны упираться друг в друга или в звёздочку.
4. Затяните второй хомут и проверните винт рукой на весь ход: усилие должно быть равномерным, без тугих мест.

Мембранную муфту не тянут за одну полумуфту и не используют для исправления большой несоосности: тонкие пластины перегибаются и трескаются.

Признаки проблемы с муфтой

• Размер детали уходит после каждого реверса: проскальзывает хомут или изношена звёздочка. Метка маркером через вал и муфту покажет проскальзывание.
• Двигатель греется со стороны вала, слышен гул на оборотах: несоосность нагружает подшипники.
• Пропуск шагов при разгоне. Если муфта в порядке, причина в токе или ускорении; настройка описана в статье драйвер TB6600: настройка тока и микрошага.

Частые вопросы

Можно ли поставить шланг или пружинную муфту?

Для пробного запуска можно, для работы нет: шланг и спиральная пружина закручиваются под моментом, и ось теряет точность при каждом реверсе.

Какую муфту ставить на ШВП?

Если двигатель и винт стоят на общей жёсткой базе, жёсткую или мембранную. Если соосность не идеальна, двойную мембранную. Кулачковая подходит, когда важнее гасить вибрации, чем убрать закрутку.