المحرك الخطوي يتحرك بمقادير محسوبة دقيقة بدل الدوران الحر. فتأمره بمئتي خطوة فيدور المحور دورة واحدة بالضبط. ولهذا تُبنى كل طابعة ثلاثية الأبعاد وماكنة تحكم رقمي ونظام تموضع آلي على هذه المحركات — فالموضع معلوم دون أي حساس أو تغذية راجعة.

والموديل 17HS4023 هو النسخة القصيرة من مقاس NEMA 17: بواجهة ٤٢ × ٤٢ ملم وجسم بعمق ٢٣ ملم فقط، أي نحو نصف طول محرك NEMA 17 القياسي. وحديد أقل يعني عزماً أقل، لكن أيضاً وزناً أقل ومساحة أقل وعطالة أقل.

وتلك المقايضة مقصودة. فهذا المحرك موجود بالأساس كـ محرك باثق لطابعة ثلاثية الأبعاد — أي الذي يدفع الخيط. فالباثق يحتاج عزماً متواضعاً ووزناً خفيفاً، لأن المحرك في الرؤوس ذات الدفع المباشر يركب على العربة المتحركة وكل غرام يكلّف جودة الطباعة.

وهو محرك ثنائي القطبية بأربعة أسلاك بزاوية خطوة ١٫٨ درجة (مئتا خطوة لكل دورة)، ومحور بقطر ٥ ملم، وعزم إمساك نحو ١٤ نيوتن·سم.

المواصفات

الموديل                 : 17HS4023
مقاس الإطار             : NEMA 17 (واجهة ٤٢ × ٤٢ ملم)
طول الجسم               : ٢٣ ملم
زاوية الخطوة            : ١٫٨ درجة (٢٠٠ خطوة لكل دورة)
دقة الخطوة              : ±٥٪ (خطوة كاملة بلا حمل)
الأطوار                 : ٢ (ثنائي القطبية)
الأسلاك                 : ٤

التيار المقنّن           : ٠٫٧ أمبير لكل طور (الأشيع)
                         وبعض المورّدين يذكرون ١٫٠ أو ١٫٥ - راجع الملاحظة
مقاومة الطور            : ٤٫٠ أوم ±١٠٪
محاثة الطور             : ٣٫٢ مللي هنري ±٢٠٪
عزم الإمساك             : نحو ١٤ نيوتن·سم (١٫٤٣ كغ·سم)
عزم التثبيت             : نحو ٢٫٢ نيوتن·سم
عطالة الدوار            : نحو ٥٤ غرام·سم٢

قطر المحور              : ٥ ملم
طول المحور              : نحو ٢١ - ٢٢ ملم
فتحات التثبيت           : بتباعد ٣١ ملم، براغي M3
الوزن                   : نحو ١٣٠ غراماً

صنف العزل               : B
مقاومة العزل            : ١٠٠ ميجا أوم كحد أدنى عند ٥٠٠ فولت
قوة العزل               : ٥٠٠ فولت متردد لدقيقة
أقصى ارتفاع حرارة        : ٨٠ درجة عند التيار المقنّن
المدى المحيط            : من -٢٠ إلى +٥٠ درجة مئوية

ألوان الأسلاك           : أسود وأخضر لملف، وأحمر وأزرق للآخر
                         - تحقق من دفعتك

أهم المزايا

• جسم قصير بعمق ٢٣ ملم — نحو نصف عمق محرك NEMA 17 القياسي، فيتسع حيث لا يتسع المحرك كامل الطول ويضيف وزناً أقل لعربة متحركة.

• خفيف بنحو ١٣٠ غراماً، وهذا يهم كثيراً على رأس طباعة بدفع مباشر.

• زاوية خطوة ١٫٨ درجة — أي ٢٠٠ خطوة كاملة لكل دورة، وأكثر بكثير مع التقسيم الدقيق للخطوة.

• ثنائي القطبية بأربعة أسلاك — يعمل مع كل المشغّلات الشائعة.

• تثبيت NEMA 17 قياسي — بتباعد ٣١ ملم وبراغي M3، فيدخل في أي حامل أو جسم باثق لهذا المقاس.

• محور بقطر ٥ ملم — وهو المقاس القياسي للبكرات والوصلات المرنة وتروس الباثق.

• محاثة منخفضة عند ٣٫٢ مللي هنري — فيستجيب بسرعة، وهذا يساعد عند معدلات الخطوة الأعلى.

• يأتي عادة بكابل بطول متر وموصّل، وإن كان هذا يختلف؛ تحقق.

الاستخدامات

• باثقات الطابعات ثلاثية الأبعاد (غرضه الأساسي)

• تجميعات الباثق بأنواعها

• محاور خفيفة في المكائن الصغيرة

• منزلقات الكاميرا ومنصات الدوران والميل

• محاور آلات النقش بالليزر

• منصات التموضع الصغيرة

• الصمامات والمشغّلات الآلية

• مفاصل الروبوتات بأحمال متواضعة

• تدريس التحكم بالمحركات الخطوية

• أتمتة المختبرات والاختبار

مهم: المواصفات تتفاوت تحت رقم القطعة نفسه

هذا ما يجب معرفته قبل الطلب، وهو غير اعتيادي بما يكفي ليستحق قسماً خاصاً.

فرقم “17HS4023” ليس قطعة من مصنّع واحد. إذ تنتج عدة مصانع محركات بهذا الترميز، والمواصفات تختلف:

ما يذكره المورّد         التيار      المقاومة     عزم الإمساك
الأشيع                  ٠٫٧ أمبير    ٤٫٠ أوم      ١٤ نيوتن·سم
بعض الإعلانات            ١٫٠ أمبير    ٣٫٥ أوم      ١٣ نيوتن·سم
إعلانات أحياناً           ١٫٥ أمبير    -           ١٣ نيوتن·سم

وأرقام ٠٫٧ أمبير و٤٫٠ أوم و١٤ نيوتن·سم تظهر بأكبر اتساق وهي ما ينبغي افتراضه ما لم يذكر مورّدك غير ذلك.

ولماذا يهم: لأنك تضبط حد التيار في مشغّلك بناءً على التيار المقنّن للمحرك. فضبطه عالياً جداً يحرق المحرك. وضبطه منخفضاً جداً يجعله يفقد خطوات. والخطأ بمعامل اثنين — وهو ما تسهّله هذه الإعلانات — يسبب تلفاً حقيقياً.

وماذا تفعل:

• اسأل مورّدك عن التصنيف الفعلي واحتفظ بالجواب.

• قس مقاومة الطور بجهاز قياس. فعند ٤ أوم يكون محرك ٠٫٧ أمبير، وعند ٣٫٥ أرجح أنه نسخة ١٫٠ أمبير. وهذا يأخذ ثلاثين ثانية ويحسم الأمر.

• وعند الشك، اضبط المشغّل بتحفظ على الرقم الأدنى. فالمحرك المدفوع بأقل من طاقته يبقى بارداً وهادئاً، والمدفوع بأكثر منها يحترق.

ضبط تيار المشغّل — لا تتجاوز هذا

هذه أهم خطوة إعداد منفردة، وأكثرها إغفالاً.

فمشغّلات المحركات الخطوية مصادر تيار لا جهد. فتخبر المشغّل بمقدار التيار المطلوب دفعه، وهو يعدّل الجهد لتحقيقه. وحد التيار ذاك يُضبط بمقاومة متغيرة صغيرة على لوحة المشغّل أو في البرنامج الثابت في المشغّلات الحديثة.

وإن ضُبط الحد عالياً جداً:

• يسخن المحرك ربما فوق ارتفاع ٨٠ درجة

• يتدهور العزل مع الوقت

• يسخن المشغّل وقد يتوقف حرارياً في منتصف الطباعة

• وفي أسوأ الحالات تفشل الملفات

وإن ضُبط منخفضاً جداً: يفقد المحرك خطوات تحت الحمل، فتفقد طابعتك البثق أو الموضع.

ولمشغّل A4988 مع محرك ٠٫٧ أمبير:

جهد المرجع = التيار × ٨ × مقاومة الاستشعار
مع مقاومات استشعار ٠٫١ أوم الشائعة:
جهد المرجع = ٠٫٧ × ٨ × ٠٫١ = ٠٫٥٦ فولت

ولمشغّل DRV8825:

جهد المرجع = التيار ÷ ٢
جهد المرجع = ٠٫٧ ÷ ٢ = ٠٫٣٥ فولت

قس جهد المرجع بين مؤشر المقاومة المتغيرة والأرضي مع تغذية المشغّل وفصل المحرك. وتحقق من قيمة مقاومة الاستشعار في لوحتك تحديداً فالنسخ المقلّدة تختلف وتتغير المعادلة معها.

وكثيرون يضبطون تيار الباثق على نحو ٨٠٪ من المقنّن لإبقاء المحرك بارداً، فالباثق نادراً ما يحتاج العزم الكامل. ولمحرك ٠٫٧ أمبير، يكون ٠٫٥ إلى ٠٫٦ أمبير رقماً عملياً معقولاً.

تصنيف "١٢ فولت" ليس ما يبدو عليه

تقول الإعلانات "الجهد: ١٢ فولت" وهذا يربك الناس باستمرار.

فالمحرك الخطوي المُشغَّل بمشغّل حديث ليس له تصنيف جهد ذو معنى. فالمشغّل ينظّم التيار وسيستخدم أي جهد يحتاجه لدفع ذلك التيار عبر الملف.

ومن أين يأتي رقم ١٢ فولت: هو رقم اسمي مرتبط بشكل فضفاض بتشغيل المحرك من مصدر ١٢ فولت. أما الجهد الفعلي اللازم لدفع التيار المقنّن عبر الملف بتيار مستمر فأقل بكثير — فـ ٠٫٧ أمبير × ٤ أوم هو نحو ٢٫٨ فولت فقط.

وماذا يعني ذلك عملياً:

• تستطيع تشغيل هذا المحرك من ١٢ أو ٢٤ فولت، و٢٤ تؤدي أفضل عادة عند السرعة

• فالجهد الأعلى يتيح للمشغّل دفع التيار في الملف أسرع، وهذا ما يحدد كم عزماً تحتفظ به عند معدلات الخطوة العالية

• وحد التيار في المشغّل هو ما يحمي المحرك لا جهد المصدر

• ولا توصّل المحرك مباشرة بمصدر تغذية أبداً. فبدون مشغّل يحدّ التيار، يكون ١٢ فولت عبر ملف ٤ أوم تياراً مقداره ٣ أمبير، أي أبعد بكثير من التصنيف.

إنه محرك قصير — اعرف ما يكلّفه ذلك

الجسم بعمق ٢٣ ملم هو الخاصية المميزة، والمقايضة صريحة.

المحرك        طول الجسم    العزم النموذجي    الاستخدام النموذجي
17HS4023     ٢٣ ملم       ١٤ نيوتن·سم      الباثقات والأحمال الخفيفة
17HS4401     ٤٠ ملم       ٤٠ نيوتن·سم      محاور الطابعات
17HS8401     ٤٨ ملم       ٥٢ نيوتن·سم      محاور أثقل وماكنات صغيرة

و١٤ نيوتن·سم نحو ثلث محرك NEMA 17 القياسي. وهذا وافر لدفع خيط عبر رأس تسخين، وغير كافٍ لمعظم الأشياء الأخرى.

الاستخدامات الجيدة:

• باثق طابعة ثلاثية الأبعاد بأي نوع

• أي تطبيق يهم فيه الوزن والحجم أكثر من القوة

• التموضع الخفيف بلا حمل معتبر

والاستخدامات الرديئة:

• محاور الطابعة — فقد يعمل على هيكل خفيف جداً لكن بلا هامش، ومحور رأسي يرفع منضدة ثقيلة سيتوقف

• ماكنات التحكم الرقمي — فالعزم أبعد ما يكون عن الكفاية لقوى القطع

• أي شيء يرفع وزناً ضد الجاذبية

• قيادة أحمال ذات عطالة عالية

فإن احتجت عزماً، اشترِ نسخة الأربعين ملم. فالموديل 17HS4401 يكلّف قليلاً أكثر وعزم إمساكه نحو ثلاثة أضعاف. وشراء هذا لأنه أرخص ثم اكتشاف أنه يتوقف اقتصاد زائف.

عزم الإمساك هو أفضل الحالات

مواصفة تستحق الفهم الصحيح.

فعزم الإمساك يُقاس والمحرك ساكن وبالتيار المقنّن في الطورين. وهو أقصى ما يقاوم به المحرك إدارته وهو لا يتحرك.

والعزم ينخفض مع ارتفاع السرعة، وينخفض بحدة. فعند السرعات المتوسطة قد يكون لديك نصف عزم الإمساك، وعند السرعات العالية أقل بكثير. والسبب هو المحاثة — فالملف يقاوم التغيرات السريعة في التيار، وعند معدلات الخطوة العالية لا يستطيع المشغّل إدخال التيار الكامل قبل أن يحين وقت التبديل.

والعواقب العملية:

• لا تصمّم على رقم عزم الإمساك. اترك هامشاً كبيراً.

• وجهد المصدر الأعلى يساعد — فـ ٢٤ فولت تحتفظ بالعزم إلى سرعات أعلى من ١٢.

• وإن توقف المحرك أو تخطى خطوات عند السرعة، فخفّض التسارع قبل تخفيض السرعة. فالتسارع يطلب عزماً أكثر من الحركة الثابتة.

• والمحرك المتوقف قسراً يصدر صوت طنين أو حكّ مميزاً ويفقد موضعه بصمت. ووحدة تحكمك لا تعلم بذلك.

الحرارة — والمحيط العراقي

المحركات الخطوية تعمل دافئة بالتصميم. والمواصفة تسمح بـ ارتفاع ٨٠ درجة فوق المحيط عند التيار المقنّن.

ففي غرفة بحرارة ٢٥ يعني ذلك ١٠٥ درجات. وفي غرفة عراقية بحرارة ٤٥ صيفاً، يعني الارتفاع نفسه ١٢٥ درجة — أي عند حد عزل الصنف B البالغ ١٣٠ درجة أو فوقه، وبلا أي هامش.

وماذا تفعل:

• اضبط تيار المشغّل بتحفظ خصوصاً صيفاً. فنسبة ٧٠-٨٠٪ من المقنّن معقولة لاستخدام الباثق.

• الدفء طبيعي؛ أما السخونة التي تمنع اللمس أكثر من ثانية فليست كذلك. فنحو ٦٠-٧٠ درجة مقبول، و٩٠ فأكثر تعني تخفيض التيار.

• هوّ الطابعات المغلقة. فالغلاف يحسّن جودة الطباعة ويضر بحرارة المحرك.

• افحص في آب لا في كانون الثاني. فالإعداد الذي يعمل جيداً شتاءً قد يكون على الحافة صيفاً.

• والحرارة تدهور المحرك تدريجياً — فلن يفشل فوراً بل بعد ستة أشهر.

التوصيل والربط بالمشغّل

نظام الألوان الشائع (تحقق من نظامك):

أسود   موجب الملف الأول  \  الملف الأول
أخضر   سالب الملف الأول  /

أحمر   موجب الملف الثاني \  الملف الثاني
أزرق   سالب الملف الثاني /

وكيف تميّز الملفين إن كانت الألوان غير واضحة: قس المقاومة بين أزواج الأسلاك. فسلكان يقرآن نحو ٤ أوم ملف، وسلكان بلا استمرارية من ملفين مختلفين. والمهم اقترانهما بشكل صحيح — فعكس قطبية ملف واحد يعكس الاتجاه فقط.

ولا تفصل المحرك أبداً والمشغّل مغذّى. فهذا قد يتلف المشغّل فوراً — إذ يسبب انقطاع الدارة المفاجئ ارتفاعاً في الجهد لا يستطيع المشغّل امتصاصه. افصل التغذية أولاً في كل مرة.

ملاحظات ميكانيكية

• محور ٥ ملم يناسب البكرات القياسية والوصلات المرنة ٥ ملم وتروس الباثق.

• تحقق من المحور — فبعض النسخ له وجه مستوٍ وبعضها مستدير تماماً. وبرغي التثبيت على محور مستدير قد ينزلق تحت الحمل.

• تباعد فتحات التثبيت ٣١ ملم ببراغي M3. وهو قياسي.

• تحقق من طول الجسم في دفعتك. فهو عادة ٢٣ ملم، وبعض الإعلانات تصفه بـ ٢٢، وفي جسم باثق ضيق يهم المليمتر.

• لا تفرط في شدّ البكرات. فالمحور ٥ ملم ومحاوره الكروية صغيرة.

أسئلة شائعة

على أي تيار أضبط مشغّلي؟ معظمها ٠٫٧ أمبير. تأكد من مورّدك أو قس مقاومة الطور — فـ ٤ أوم تعني ٠٫٧ أمبير. وضبطه عالياً جداً يتلف المحرك.

هل أشغّله من ١٢ أم ٢٤ فولت؟ كلاهما. و٢٤ تعطي عزماً أفضل عند السرعة، والمشغّل يحدّ التيار في الحالتين.

هل أوصّله مباشرة بمصدر تغذية؟ لا. فبدون مشغّل يحدّ التيار سيسخن المحرك ويفشل.

هل هو قوي بما يكفي لمحور طابعة؟ على الحافة. فهو محرك باثق، وللمحاور استخدم نسخة الأربعين ملم.

كم خطوة لكل دورة؟ ٢٠٠ بالخطوة الكاملة، والتقسيم الدقيق يضاعف ذلك — فالتقسيم إلى ستة عشر يعطي ٣٢٠٠.

لماذا يسخن؟ هذا طبيعي. فالتصنيف يسمح بارتفاع ٨٠ درجة. وإن كان أسخن من أن تلمسه فخفّض تيار المشغّل.

أي مشغّل أستخدم؟ A4988 أو DRV8825 للاستخدام الأساسي، و TMC2208 أو TMC2209 للتشغيل شبه الصامت.

هل يتضمن كابلاً؟ عادة كابل بطول متر مع موصّل، لكن تحقق.

لماذا يتخطى خطوات؟ التيار مضبوط منخفضاً جداً، أو التسارع عالٍ جداً، أو عائق ميكانيكي، أو حمل يتجاوز عزمه.

هل أستخدمه في ماكنة تحكم رقمي؟ لا. فالعزم غير كافٍ لقوى القطع.

ما الفرق عن 17HS4401؟ فذاك بطول ٤٠ ملم وبعزم نحو ثلاثة أضعاف، وهذا هو القصير الخفيف.

أي سلك لأي ملف؟ شائعاً الأسود والأخضر لملف والأحمر والأزرق للآخر. قس المقاومة للتأكد — فالسلكان المقترنان يقرآن نحو ٤ أوم.