Design fabrication and test of a precision linear actuator 黃啟銘、陳俊達
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ABSTRACT
The assembly of a motor and a ball screw is a classical application to the precision transmission mechanisms. However, the traditional design, i.e. a motor drives a screw via a coupler to make a nut move in a linear way, will result in the larger assembly space, the inefficiency,… and so on. Moreover, the minimum pitch for the current ball screws is 1mm so that it is difficult to attain a more precision positioning. In this regard, a novel design based on two ball screws of different pitch integrated with a brushless DC motor is proposed in this paper to improve the positioning accuracy. First, two ball screws are chosen according to the traveling pitch, and then the associated brushless DC motor will be synthesized from the structural conditions and load requirements. The main characteristics of the proposed design are that the both ends of the motor are connected to these two ball screws. After that, the Ansoft software is used to analyze the performance of the motor to verify the feasibility of the designed motor. Finally, a prototype for the proposed system is manufactured and tested to validate our proposed design.
Keywords : ball screw、precision posioning
Table of Contents
博碩士論文暨電子檔案上網授權書...iii 中文摘要...iv ABSTRACT...v 誌
謝...vi 目錄...vii 圖目錄...x 表目錄...xiii 第一章 緒 論...1 1.1 研究動機...1 1.2 文獻回顧...1 1.3 研究目的與方法...2 1.4 論文架構...3 第二章 精密線性致動器之動力傳輸機構...4 2.1 線性致動器之傳動機構...4 2.1.1 滾珠螺桿之特性與介紹...4 2.1.2 以滾珠螺桿不同導程之設計方法...6 2.4 精密線性致動器之機構設 計...8 2.4.1 設計目標...8 2.4.2 機構設計...8 第三章 馬達設計條件與參數...11 3.1 馬達設計基本條件...11 3.1.1 馬達磁通方向...13 3.1.2 定子型態與槽數...14 3.1.3 轉子型 態與極數...14 3.1.4 磁鐵之探討...15 3.2 馬達之設計製作...17 3.2.1 定子尺寸設
計...17 3.2.2 磁鐵尺寸設計...19 3.2.3 繞線方式...20 3.3 推導精密線性致動器之運動方 程式...21 3.3.1 系統運動方程式之建立...23 第四章 磁路分析之模擬程序...27 4.1 磁路分析模擬之程 序...28 4.1.1 馬達建模...28 4.1.2 材料設定...29 4.2 模擬分析之結果...32 第五 章 系統整合與實驗結果...37 5.1 硬體系統架構...37 5.1.1 個人電腦...37 5.1.2 D/A訊號轉 換卡...37 5.1.3 軸控卡...40 5.1.4 雙導程滾珠螺桿...43 5.1.5 直流無刷馬達...44 5.1.6 直流無刷馬達驅動器...46 5.1.7 光學尺...48 5.2 精密線性致動器之控制系統與實體組立....50 5.2.1 程式控制...50 5.2.2 運動控制模組...51 5.3 系統之定位...53 5.3.1 累積定位精 度...53 5.3.2 定位精度之重現性...54 第六章 結論...60 參考文獻...62 REFERENCES
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