Lineaire Actuator Stappenmotor - Ajarnpa

2025 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2025-01-23 15:01

Om de roterende beweging van de stappenmotor om te zetten in een lineaire beweging, is de stappenmotor verbonden met een schroefdraad. Op de schroefdraad gebruiken we een messing moer die niet kan draaien. Elke draai van de draad wordt de messing moer in de axiale richting van de draad getransleerd.

Zie: lineaire actuator met lopende moer,

Stap 1: Onderdelenlijst

Een van de doelen is het gebruik van kant-en-klaar materiaal. Het houdt de kosten laag en als een onderdeel kapot gaat, kan het eenvoudig worden vervangen.

• M5 messing anker
• M5 roestvrijstalen draad
• M5 Moeren (optioneel)
• Aardingsconnector
• Binnendiameter kogellagers Ø5mm (bijv. MF105 ZZ 5x10x4, F695 ZZ 5x13x4)
• Stappenmotor as Ø5mm met platte zijkanten (o.a. BYJ-types, 20BYJ46, 24BYJ48, 28BYJ48, 30YJ46, 35BYJ46)
• Stappenmotor driver (bijv. ULN2003, ULN2003 mini)
• Arduino

Stap 2: Onderdelen

Koppeling stappenmotor - draad

De aardingsconnector is ontworpen om twee draden aan te sluiten. Beide zijden zijn voorzien van 2 schroeven om de draad vast te zetten. Om de stappenmotor met de schroefdraad te verbinden, moet de binnendiameter van de aardingsconnector worden geboord tot Ø5 mm (verwijder de kleine schroeven voordat u gaat boren). De kleinere stappenmotoren van de BYJ-modellen hebben een vlak oppervlak van 6 mm op de as. De lengte van de connector is 30 mm. In tweeën gesneden hebben we 2 koppelingen.

Een schroef van de koppeling wordt op het vlakke oppervlak van de stappenmotor geschroefd en de tweede schroef wordt op de draadstang geschroefd. Dit maakt het een stijve koppeling die het koppel van de stappenmotor overbrengt op de draadstang.

Let op, want dit is een stijve koppeling, een verkeerde uitlijning van de stang, lagers of moer resulteert in problemen in de stappenmotor.

Draadstang

Bij voorkeur zijn de draadstang en de draadmoer van verschillende materialen. De materiaalkeuze voor de draadstang is RVS. Het is een stijf materiaal, heeft een weerstand tegen corrosie, roest en vlekken. De materiaalkeuze voor de moer is messing. De statische/dynamische wrijvingscoëfficiënt van het droge oppervlak is laag (statisch 0,4, dynamisch 0,2)

Messing moer

Het messing anker heeft een gedeelte met inwendig schroefdraad en een gedeelte met een kegelvorm. Van dit type ankers is de eerste 10 mm metrische schroefdraad. Dit is de sectie die in dit project wordt gebruikt.

Het binnenste kegelvormige gedeelte is onbruikbaar. Het zet uit wanneer een draadstang wordt ingebracht en dit zal de behuizing van de moer vernietigen.

Behuizingsmoer

Om de moer te laten transleren in de axiale richting van de draadstang, moet rotatie van de moer worden vermeden. De moer moet daarom een vlak oppervlak hebben. Een voorbeeld is de afbeelding met het vierkante houten blok. De moer wordt in het blok gelijmd.

Houd rekening met een verkeerde uitlijning.

Lagers

Gebruik kogellagers om zoveel mogelijk wrijving te voorkomen. Deze lagers zijn goedkoop. Te veel precisie is niet nodig. Er is enige tolerantie tussen draadstang en lager, dit absorbeert enige uitlijning. De lagers die ik gebruik hebben een flens en zijn stevig in het hout gedrukt.

Stap 3: De stappenmotor aansluiten op de Arduino

De BYJ-serie zijn unipolaire stappenmotoren. In dit project is de stappenmotor een 20BYJ46. De bestuurder is een mini-ULN2003.

Controleer bij het winkelen voor een stappenmotor de nominale spanning. Gebruik een 5V-versie bij gebruik van de Arduino-voeding. Controleer de stroom met de formule: U=IxR. De 5V versie van de 20BYJ46 heeft een weerstand van 60ohm. De stroom is dan I=U/R=5/60=0.08A.

De Arduino kan niet genoeg stroom leveren aan de digitale pinnen om een stappenmotor rechtstreeks van stroom te voorzien. Om de Arduino te beschermen wordt een driver gebruikt. Een driver leest aan de ingangspinnen de status van de digitale pinnen van de Arduino en schrijft naar de uitgangspinnen. Wanneer de ingangspin 1B "Hoog" is, wordt de stroomtoevoer naar de driver naar pin VCC(+) en 1C(-) geleid.

Zie afbeelding en tabel hoe je de Arduino aansluit op de stepper driver op de stappenmotor (motor en driver worden geleverd met bijpassende socket en plug). Als alles correct is aangesloten, kan de Arduino worden gevoed en kan de code worden geüpload naar de Arduino.

Zie tabel hoe de stappenmotor te draaien de Arduino moet een digitale pin "Hoog" maken, andere pinnen moeten "LAAG" zijn als de rotatie van de stappenmotor is gedaan de Arduino moet de volgende pin "HOOG" maken, andere pinnen moeten zijn "LAAG" enzovoort. Wanneer dit wordt herhaald, begint de stappenmotor te draaien.