Де застосовують NEMA 17
NEMA 17 обирають, коли двигун має бути маленьким і легким, а навантаження на вісь невелике. Це осі X, Y і Z 3D-принтерів і подача прутка в екструдері, портали лазерних граверів з діодним модулем, легкі гравіювальні верстати з пасом або гвинтом малого кроку, поворотні столи, дозатори й подавальні механізми. Двигун довжиною 48 мм важить 0.36 кг, тому його можна ставити просто на рухому каретку.
На фрезерний верстат із важким порталом, який ріже деревину й алюміній, NEMA 17 не ставлять: сили різання й маса порталу потребують двигуна NEMA 23 з моментом у кілька разів більшим.
Посадкові розміри NEMA 17
Розміри взято з креслення двигуна NEMA 17 довжиною 48 мм. Фланець, отвори, буртик і вал однакові в двигунів будь-якої довжини, тому кронштейн, шків і муфта підходять до всієї серії.
| Параметр | Розмір |
|---|
| Ширина квадратного фланця | 42.3 мм |
| Відстань між кріпильними отворами | 31 ± 0.1 мм |
| Кріпильні отвори | 4 різьбові M3, глибина різьби 4.5 мм |
| Посадковий буртик | Ø22 мм, висота 2 мм |
| Вал | Ø5 мм, у багатьох моделей з лискою |
| Виступна частина вала | 23 ± 0.5 мм (в інших моделей довжина відрізняється) |
| Виводи обмоток | 4 дроти AWG26 |
На відміну від NEMA 23, у якого в кутах фланця наскрізні отвори Ø5 мм під болт із гайкою, у NEMA 17 різьбу M3 нарізано просто в передньому фланці. Гвинт проходить крізь кронштейн і загвинчується в корпус двигуна. Буртик 22 мм центрує двигун в отворі кронштейна, тому отвір роблять діаметром 22 мм з малим зазором: за великого зазору вал зміщується відносно розрахункового положення шківа або гвинта.
Довжина корпусу і момент
Фланець у всіх NEMA 17 однаковий, а момент зростає з довжиною пакета ротора й статора.
| Довжина корпусу | Утримувальний момент | Струм фази | Де доречний |
|---|
| 40 мм | 0.44 Н·м | 1.3 А | екструдер із прямою подачею, легкі осі, поворотні механізми |
| 48 мм | 0.55-0.56 Н·м | 1.7 А | осі X і Y 3D-принтерів, портали граверів, вісь Z з гвинтом T8 |
Двигун довжиною 48 мм дає на 27% більше моменту, ніж 40 мм, але й ротор у нього важчий: у поширених моделей 82 г·см² проти 57 г·см². На коротких швидких переміщеннях із частими реверсами частина виграшу йде на розгін власного ротора. Якщо двигуну 48 мм бракує моменту, спершу перевіряють механіку й струм драйвера, а потім ставлять двигун довжиною 60 мм або переходять на NEMA 23.
Сила на пасі
На пасовій осі сила дорівнює моменту, поділеному на радіус шківа. У шківа GT2 з 20 зубцями хід за оберт 40 мм, радіус по ділильному колу 40 / (2π) = 6.37 мм. Двигун з утримувальним моментом 0.56 Н·м тягне такий пас із силою до 0.56 / 0.00637 = 88 Н. Шків на 16 зубців (радіус 5.09 мм) дає 110 Н, але на 20% меншу швидкість за тих самих обертів. На робочій швидкості момент менший за утримувальний, і силу рахують за моментом із графіка.
Вал, шківи й муфти
Вал 5 мм у NEMA 17 часто роблять з лискою. Стопорний гвинт шківа або муфти загвинчують на лиску: так шків не провертається й не зсувається вздовж вала, а на круглій частині вала лишаються задираки, які заважають зняти деталь. Шків GT2 беруть з отвором 5 мм, для гвинта T8 на осі Z ставлять муфту 5 x 8 мм.
Шків садять якомога ближче до фланця. Натяг паса навантажує передній підшипник, і що далі шків від фланця, то більший згинальний момент на валу й підшипнику. Для ходового гвинта беруть гнучку муфту: вона компенсує неспіввісність вала й гвинта, а жорстка муфта передає перекіс на гайку й підшипники двигуна.
Кроків на міліметр у приводах NEMA 17
На платах 3D-принтерів і граверів драйвер часто працює в мікрокроці 1/16, це 200 x 16 = 3200 мікрокроків на оберт. Кількість кроків на міліметр дорівнює 3200, поділеному на хід за оберт.
| Передача | Хід за оберт | Кроків на мм, мікрокрок 1/16 | Швидкість осі за 600 об/хв |
|---|
| Пас GT2, шків 16 зубців | 32 мм | 100 | 19200 мм/хв (320 мм/с) |
| Пас GT2, шків 20 зубців | 40 мм | 80 | 24000 мм/хв (400 мм/с) |
| Гвинт T8, хід 8 мм | 8 мм | 400 | 4800 мм/хв (80 мм/с) |
| Гвинт T8, хід 2 мм | 2 мм | 1600 | 1200 мм/хв (20 мм/с) |
Гвинт T8 з ходом 8 мм чотиризахідний: крок різьби 2 мм, чотири заходи, за оберт гайка проходить 8 мм. Його плутають з однозахідним гвинтом з ходом 2 мм, і вісь проходить у 4 рази більше або менше заданого. Кількість заходів видно на торці гвинта. Гвинт з ходом 8 мм не самогальмівний: без струму в двигуні важка вісь Z може опуститися під власною вагою. Гвинт з ходом 2 мм тримає вісь, але в 4 рази повільніший.
Роз’єми й кабелі
Дроти в NEMA 17 виводять двома способами: незнімними дротами з корпусу або роз’ємом на задній кришці з окремим кабелем. Знімний кабель міняють без зняття двигуна, але порядок контактів на двох кінцях кабелю буває різним. За неправильної розпіновки двигун гуде й тремтить на місці замість обертання. Пари виводів знаходять мультиметром за опором обмотки, кольори дротів у різних виробників різні. Якщо вісь їде у зворотний бік, міняють місцями два дроти однієї обмотки або інвертують напрямок у прошивці.
Подовжувач роблять дротом не тоншим за штатний AWG26 (0.13 мм²), а для довгої траси в кабель-каналі беруть гнучкий кабель перерізом 0.25 мм². Роз’єм двигуна не від’єднують за увімкненого драйвера: за розриву кола під струмом драйвер може вийти з ладу.
Кріплення і нагрів
Довжину гвинта M3 підбирають так, щоб він увійшов у різьбу фланця на 3-4 мм: це товщина кронштейна плюс 3-4 мм. Довший гвинт упреться в дно отвору глибиною 4.5 мм і не притисне двигун до кронштейна. Затягують гвинти навхрест, щоб фланець сів на кронштейн без перекосу.
Корпус крокового двигуна гріється й на зупинці, бо струм тримає вал. Виробники допускають нагрів на 80 °C вище за температуру повітря. PLA розм’якшується вже за 55-60 °C, тому кронштейн двигуна друкують з PETG або ABS, ставлять алюмінієвий кронштейн або знижують струм утримання в налаштуваннях драйвера.
Типові помилки
- Загвинчувати у фланець гвинт M3, довший за глибину різьби 4.5 мм.
- Плутати гвинт T8 з ходом 8 мм і з ходом 2 мм під час розрахунку кроків на міліметр.
- Ставити шків далеко від фланця й перетягувати пас.
- Затягувати стопорний гвинт шківа на круглу частину вала, а не на лиску.
- Від’єднувати роз’єм двигуна за увімкненого драйвера.
- Друкувати кронштейн двигуна з PLA і виставляти струм на максимум.
- Ставити NEMA 17 на фрезерний верстат із важким порталом.
