• Advertisement

วิธีคำนวณการเลือกใช้ขนาด STEPING MOTOR ให้เหมาะกับงานของเรา

สร้างเป็นชิ้นเป็นอันโดยเริ่มจากศูนย์จนเป็นเครื่องวิ่งได้

วิธีคำนวณการเลือกใช้ขนาด STEPING MOTOR ให้เหมาะกับงานของเรา

โพสต์โดย POP » 17 ต.ค. 2012, 20:48

พอดีไปเจอเวปนึงที่พวกฝรั่งแกเขียนใว้ว่าจะเลือกใช้ขนาด Stepping motor ขนาดเท่าไรให้เหมาะกับเครื่อง เวปลิงค์หาย
ไปไหนแล้วหว่า?.... เอาเป็นว่าเจอแล้วจะมาปะให้ หรือใช้ Google search คำว่า "tutorial on motor torque calculations"
ถ้าข้อความผิดพลาดประการใดก็ไปโทษหมอนี่ละกันแต่ถ้าแปลผิดพลาดก็โทษผมละกันครับ --" เอาเป็นว่าอย่าเชื่อทั้งเค้าทั้งผมมาก อ่านเป็นไอเดียละกัน :)
Start:
ส่วนมากจะมีคำถามว่า จะเลือกใช้มอเตอร์ขนาดเท่าไรดี เมื่อจะประกอบเครื่อง CNC
คำตอบก็จะมีดังนี้
1.ก็อปซะ คือไปดูชาวบ้านชาวช่องแล้วก็ก๊อปซะ
2.เดาหรือนั่งเทียน ผิดก็เปลี่ยนแต่คงต้องเตรียมเงินใว้เป็นกระบุง
3.มาตามผมมา ผมจะชี้ทางสว่างให้(อันนี้แปลแบบใส่ไข่แบบออกตัวนิดๆ 5555)

เมื่อจะเลือกมอเตอร์สิ่งที่ควรรู้คือ:
1.Torque output ของ มอเตอร์ที่ต้องการ เมือ่คุณต้องเพิ่มสปีดให้มัน
2.คุณลักษณธทางไฟฟ้าที่เหมาะสมเพื่อที่จะให้มันทำงานได้

ช่วงนี้เจ้าของข้อความก็ออกตัวประมาณว่า ที่เข้าโชว์ข้อมูลการคำนวณ ส่วนมากก็ใช้พวก การต่อมอเตอร์ตรงเข้ากับBallscrew ถ้าจะใช้พวกพูเลย์สายพานก็ใช้ได้สูตรนี้ได้
POP
Administrator
 
โพสต์: 219
ลงทะเบียนเมื่อ: 27 ก.ย. 2012, 00:47

Re: วิธีคำนวณการเลือกใช้ขนาด STEPING MOTOR ให้เหมาะกับงานของ

โพสต์โดย POP » 17 ต.ค. 2012, 20:49

อันนี้สำคัญ
DISCLAIMER:เบรคสะบัด ครัชเสีย เกียร์หลุด เครื่องสะดุด เพลาหัก สลักหาย หัวเทียนบอด ยางแฟบ
แหนบตาย โช๊คหัก ไฟไม่จ่าย ไดไม่ชาร์จ ไดสตารท์พัง ทั้งหลายทั้งปวงเรื่องของพวกเอ็งตูไม่เกี่ยว.......

อันดับแรกมองเฉพาะแกนเดียวก่อนเอาเป็นแกน Z ละกัน ต้องไปดูโครงสร้าง ดูspindle ดูบลาๆๆๆ เอาเป็นว่าดูมันก่อนว่ามี
น้ำหนักรวมเท่าไร โดยใช้วิธีประเมินและคำนวณจากความหนาแน่นของโครงสร้าง(งงเหมือนกันไปยืมเครื่องชั่งจากแม่ค้า
ขายผักก็จบแล้วทำไปต้องคำนวณด้วย555)ไปต่อกันแวะเลอะเทอะนิดนึง....เอาเป็นว่าของเจ้าของข้อความมีแกน Z หนัก
20กิโล เอาข้อมูลนี้ไปใช้นะอย่าลืม

ตอนนี้เราก็รู้แล้วว่าส่วนเคลื่อนที่มีอะไรบ้าง ซึ่งมอเตอร์มันก็จะทำการขับส่วนต่างๆเหล่านี้ให้เคลื่อนที่โดย
ตอนแรกมอเตอร์มันก็ต้องออกแรงบิดมากหน่อยเพื่อให้ชนะแรงเสียดทานและหลังจากนั้นแรงบิดที่ใช้ก็จะลด
ลง นึกถึงเวลาเราเข็นรถที่จอดขวางเราเวลาเราจอดเข้าซอง แต่มันจอดขวางเราทำให้ออกไม่ได้ แล้วดันอยู่
คนเดียวมองไปทางไหนก็หาคนช่วยไม่ได้ ช่วงที่เข็นให้เริ่มขยับนี่นรกเลย ยิ่งถ้าเจอรถอย่างกระบะโฟว์วิวนะ
มรึงเอ๊ย... ถ้าเข้าเกียร์ดึงเบรคมือด้วย ถ้ากรูออกไปได้ก้านน้ำฝนหักแน่มรึง5555 นอกเรื่องไปนิด ประมาณว่า
ช่วงแรกมอเตอร์จะต้องออกแรงบิดมากแล้วค่อยๆลดลงภายหลัง หลังจากมันเริ่มเคลื่อนที่แล้ว
คราวนี้ก็จะมีแรงต้านของการกัดวัสดุต่างๆเข้ามาเกี่ยวข้องด้วย กัดไม้ กัดอลูมีเนียม กัดเหล็ก ก็จะมีค่าแรง
ต้านต่างๆ เดี๋ยวค่อยมาดูกัน..
กลับมามองกันที่รางสไลด์ ถ้าเป็นรางสไลด์แบบลูกปืน ค่าความฝืดก็จะน้อยมาก แต่ถ้าเป็น Dovetails (เคย
เห็นแท่นเคลื่อนมิลลิ่งไม๊ ประมาณนั้นที่เป็นร่อง หางปลาสำหรับใหมันเคลื่อนที่โดยใช้น้ำมันหล่อลื่นช่วยลด
แรงฝืดอะ) จะคำนวณยากซึ่งถ้าคำนวณยากก็ไม่ต้องคำนวณ ใช้ตาชั่งสปริงสิครับ ดึงแล้วอ่านแล้วจดบันทึก
POP
Administrator
 
โพสต์: 219
ลงทะเบียนเมื่อ: 27 ก.ย. 2012, 00:47

Re: วิธีคำนวณการเลือกใช้ขนาด STEPING MOTOR ให้เหมาะกับงานของ

โพสต์โดย POP » 17 ต.ค. 2012, 20:50

สิ่งที่ต้องคำนึงถึงต่อไปคือการเอาชนะ Inertia ตัว Inertia ตัวนี้คืออะไรตอนนี้ผมก็ยังงงๆเดี๋ยวค่อยๆอ่านไป
ตอนสุดท้ายจะมาสรุปให้ฟังอีกที สำคัญด้วยตัวนี้

ย้อนกลับมาก่อน Motor จะทำจะหมุนเกลียวเพื่อเปลี่ยนให้เกิดการเคลื่อนที่แบบเส้นตรง ซึ่งแน่นอนมันก็จะมี
แรงเสียดทานเกิดขึ้นที่จุดนี้เช่นกัน เราจะมองมันเป็นประสิทธิภาพถ้าเป็น ballscrew ก็จะประมาณ80% ถ้า
เป็นสกรูธรรมดาหรือ lead screw ประมาณ30% แต่ถ้าเป็นball screwของpopulardiy ก็จะประมาณ99.99%
555.. ผมโม้นะ แค่ 98.00 %ต่างหาก งืมงืม..

ตัวบอลสกรูมันก็จะมีค่า Inertia ที่เกิดขึ้นจากมวลและความยาวของของตัวมันเองด้วย
POP
Administrator
 
โพสต์: 219
ลงทะเบียนเมื่อ: 27 ก.ย. 2012, 00:47

Re: วิธีคำนวณการเลือกใช้ขนาด STEPING MOTOR ให้เหมาะกับงานของ

โพสต์โดย POP » 17 ต.ค. 2012, 20:52

เอาหละตอนนี้เราก็มี องค์ประกอบที่ใช้ในการคำนวณแล้ว มาดูสูตรกัน

Torque=F*p/(2pi*e)

Torque คือ แรงบิดที่ต้องใช้
F คือ แรงที่ต้องชนะแรงฝืด หน่วย นิวตัน
p คือ screw pitch ในหน่วยเมตร
e คือ ประสิทธิภาพของ บอลสกรู
pi = 3.14

ตัวอย่างสมมติของคนเขียน ใช้ screw ธรรมดา diameter 12mm. pitch 3mm. 1203

มาจากไหนไม่รู้ผู้เขียนบอกว่า
กัดไม้แรงต้านประมาณ 5 นิวตัน
กัดอลูมีเนียมแรงต้านประมาณ 20 นิวตัน
กัดเหล็กแรงต้านประมาณ 75 นิวตัน

มาดูการคำนวณ ค่า F กัน

F=(M*g*Fc)+แรงต้านในการกัดวัสดุชนิดต่างๆ
M=มวลของแกนและมอเตอร์ที่เคลื่อนที่
g=9.8
Fc=สัมประสิทธ์ ความเสียดทานของรางสไลด์
ball slide = 0.003
low end ball races on aluminum channel=0.01
Teflon on steel =0.05
bronze on stell =0.16
cast iron on cast iron =1.10
ถ้า ใส่จารบีบนเหล็กก็ประมาณ =0.2

ผู้เขียนใช้ รางอลูมีเนียม Low end Fc=0.01 น้ำหนักโครงสร้าง 20kg ตัดไม้(5newton)

เพราะฉนั้่น F ที่ต้องใช้คือ

F=(20kg*9.8*0.01)+ตัดไม้5newton=7newton
เอา F ไปหาแรงบิดได้


Torque=F*p/(2pi*e)
Torque=7*0.003/(2*3.14*0.3)=0.01Nmต่อเมตร

จบไปหามอเตอร์ได้แล้ว ง่ายปะ........
POP
Administrator
 
โพสต์: 219
ลงทะเบียนเมื่อ: 27 ก.ย. 2012, 00:47

Re: วิธีคำนวณการเลือกใช้ขนาด STEPING MOTOR ให้เหมาะกับงานของ

โพสต์โดย POP » 17 ต.ค. 2012, 20:55

บ้าสิ....ไม่ง่ายขนาดนั้นหรอกยังมีเรื่อง Inertia อีก เดี๋ยวเราจะมาว่ากันต่อ เอาไงดีว้า
POP
Administrator
 
โพสต์: 219
ลงทะเบียนเมื่อ: 27 ก.ย. 2012, 00:47

Re: วิธีคำนวณการเลือกใช้ขนาด STEPING MOTOR ให้เหมาะกับงานของ

โพสต์โดย POP » 18 ต.ค. 2012, 02:38

มาว่ากันต่อถึงเรื่อง Inertia ซึ่งมีผลต่อ ความเร็วของ Feedrate ที่ต้องใช้ในการขับเคลื่อนบอลสกรูและรางสไลด์ต่างๆ
Inertia จะมีอยู่ 2 ส่วนประกอบ คือ Inertia ของโหลด และ inertia ของ Ballscrew

มาดูที่ Inertia ของโหลดกัน

inertia (load)=มวลโหลด * Pitch^2/(2*pi)^2

(2*pi)^2 ประมาณ 40
มวลโหลด หน่วย KG.
Pitch หน่วย เมตร

ตัวอย่างเช่น ballscrew 1203 น้ำหนักโครงสร้างที่บอลสกรูตัวนี้ต้องแบกรับ 20 KG.
เพราะฉนั้น
Inertiaของ โหลดตัวนี้คือ 20*0.003*0.003/40 = 0.0000045
POP
Administrator
 
โพสต์: 219
ลงทะเบียนเมื่อ: 27 ก.ย. 2012, 00:47

Re: วิธีคำนวณการเลือกใช้ขนาด STEPING MOTOR ให้เหมาะกับงานของ

โพสต์โดย POP » 18 ต.ค. 2012, 02:48

คราวนี้มาคำนวณค่า Inertia ของบอลสกรูกัน

Inertia ของ ballscrew =0.5*มวลบอสกรู*รัศมีบอลสกรู^2

มวลบอลสกรู คือ น้ำหนักของบอลสกรูเท่านั้น ถ้าไม่ชั่งเอาก็ใช้สูตรคำนวณ จากความหนาแน่น
โดยมวลบอลสกรู=ปริมาตร*ความหนาแน่นของเหล็ก
ความหนาแน่นของเหล็กก็ประมาณ 7.8 g/ลูกบาศ์กเซนติเมตร

สมมติตัวอย่างนี้ใช้บอลสกรูหนัก 0.71Kg diameter 12 mm.

Inertia ของบอลสกรู=0.5*0.71*(0.006*0.006)=0.00001278

แอบบ..
POP
Administrator
 
โพสต์: 219
ลงทะเบียนเมื่อ: 27 ก.ย. 2012, 00:47

Re: วิธีคำนวณการเลือกใช้ขนาด STEPING MOTOR ให้เหมาะกับงานของ

โพสต์โดย POP » 18 ต.ค. 2012, 03:16

เพราะฉนั้น Inertia ทั้งหมด คือ 0.0000045+0.00001278=0.00001728
เข้าใจไม๊ อย่าลืม Inertia ของมอเตอร์ด้วยโดยดูจากตารางของมอเตอร์แต่ละตัว

ต่อไปเรามาดูว่าเราต้องการให้โครงสร้างเราเคลื่อนที่เร็วเท่าไรโดยมีหน่วยเป็น mm/นาที
โดยทั่วไปแล้วกัดไม้ใช้ความเร็วประมาณ 500-1000mm./นาที
อลูมีเนียมกัดโดยใช้มีดขนาดเล็ก ความเร็วประมาณ 1800มม./นาที คิดไงว้า

สูตรที่ใช้

ความเร็วสูงสุดที่ต้องการ=Max motor RPM*screw pitch

โดยทั่วไปแล้วความเร็วสูงสุดจะถูกกำหนดโดย driver กับ มอเตอร์
ช่วงนี้อาจจะมั่วนิดนึง อ่านไปด้วยทำความเข้าใจไปด้วย เลยงงๆหน่อย ถ้าผิดก็ช่วยแย้งด้วย แหะๆ
POP
Administrator
 
โพสต์: 219
ลงทะเบียนเมื่อ: 27 ก.ย. 2012, 00:47

Re: วิธีคำนวณการเลือกใช้ขนาด STEPING MOTOR ให้เหมาะกับงานของ

โพสต์โดย POP » 18 ต.ค. 2012, 04:27

มาต่อกันเลยดีกว่า :ฮ่าๆ

สมมติ ตัวอย่างขึ้นมาซักอัน ballscrew 12 mm.pitch3
โดยทั่วไปแล้วมอเตอร์สเตปหมุนได้เร็วเต็มที่มักไม่ให้เกิน 1000step/sec.
คือมอเตอร์ส่วนใหญ่ถ้าความเร็วตั้งใว้สูงๆเช่นที่ 1000step/sec Torque มักจะต่ำถ้าใช้ volt ต่ำๆ

ที่ความเร็ว 1000 step/sec โดยมีมุม 1.8° ต่อ step (จริงๆมีสเตปแบบละเอียดกว่านี้ แต่ส่วนใหญ่นิยมที่ 1.8°)
เพราะฉนั้น ถ้าเราเร่งให้มอเตอร์หมุนเร็วสุดที่ 1000step/sec ในเวลา 1 นาที
ก็จะได้ระยะการเคลื่อนที่ ดังนี้
200step เป็น 1 รอบ ได้ระยะทาง 3 mm.
1นาที หมุนเร็วสุดได้ 60*1000 step = 60000 step
200step = 3mm.
60000step = 900mm.
หมายความว่า ที่เวลา 1 นาที โดยที่ให้มอเตอร์หมุนเร็วสุดที่ 1000 step/sec. จะเคลื่อนที่ได้ระยะทาง 900 mm. :yes

เราก็จะได้ความเร็วเชิงมุม เท่ากับสูตร

ความเร็วเชิงมุม = ระยะทางเชิงมุม / เวลา

ระยะทางเชิงมุม มีค่า = 2*pi เมือหมุนครบ 1 รอบ มีน
POP
Administrator
 
โพสต์: 219
ลงทะเบียนเมื่อ: 27 ก.ย. 2012, 00:47

Re: วิธีคำนวณการเลือกใช้ขนาด STEPING MOTOR ให้เหมาะกับงานของ

โพสต์โดย POP » 19 ต.ค. 2012, 03:21

จากค่าที่คำนวณใว้ 1000 step/วินาที
จะมีความเร็วเชิงมุม ดังนี้
ความเร็วเชิงมุม = ระยะทางเชิงมุมใน 1รอบ/เวลาใน 1 รอบ

เวลาใน 1 รอบ = 200/1000 = 0.2 วินาที

ความเร็วเชิงมุม = 2*pi/0.2= 31.4 rad/sec

ค่าต่างๆเหล่านี้ก็เอาใว้เป็นตัวกำหนดว่า เราจะตั้งความเร็วสูงสุดใว้ที่เท่าไร โดยดูเทียบกับตารางมอเตอร์นั่นเอง :เสร็จกู
POP
Administrator
 
โพสต์: 219
ลงทะเบียนเมื่อ: 27 ก.ย. 2012, 00:47

ต่อไป

ย้อนกลับไปยัง พูดกันถึงงานสร้าง Hardware

ผู้ใช้งานขณะนี้

กำลังดูบอร์ดนี้: ไม่มีสมาชิก และ บุคคลทั่วไป 8 ท่าน

cron