86系列两相混合式步进电机结构设计

　　做非标设备结构设计快十年，经手的步进电机选型少说也有上百款，这次拆解建模的这款86机座混合式步进，是数控雕铣、小型自动化生产线里用得极普遍的规格，很多刚入行的工程师选步进的时候只看保持扭矩，忽略安装边界和轴系负载的匹配，最后装上去要么干涉要么丢步，其实把三维模型拆透，很多选型坑都能提前避开。

　　先讲实际应用场景，这款电机最常出现在桌面级CNC雕刻机的XYZ轴进给驱动、小型皮带输送线的主动辊驱动、点胶机的位移平台驱动、自动锁螺丝机的滑台动力端，还有一些低成本机械手的关节驱动，相比伺服电机它没有闭环反馈，成本只有同扭矩伺服的三分之一不到，在低速大扭矩、定位精度要求在0.1度级别的工况下，性价比优势非常明显，很多做小型自动化设备的厂商，整台设备的动力源一半以上都是用这类混合式步进。

　　从功能特性来说，混合式步进结合了反应式和永磁式步进的优势，定子绕组通电后产生的磁场和转子永磁体的磁场相互作用，步距角可以做到1.8度，细分驱动下能实现更小的进给当量，这款机身长度属于中长机座规格，保持扭矩能到4N·m以上，足够驱动100kg以内的直线滑台负载，低速运行时的振动比短机座型号小很多，因为转子惯量更大，运行平稳性更好，适合中低速频繁启停的往复运动工况。

　　设计思路上，这款电机的结构完全遵循行业通用的安装规范，前端盖的安装法兰是标准86方形法兰，四个安装孔的位置度公差控制在0.02mm以内，保证和设备安装面的同轴度，输出轴是单出轴D型切边结构，和联轴器连接的时候不需要额外打顶丝孔就能防转，轴伸长度和直径都是标准尺寸，市面上常规的梅花联轴器、膜片联轴器都能直接适配，不需要定制。后端预留了编码器安装位，如果后续需要升级闭环步进，直接加装编码器后盖就能改装，不用更换电机本体，这点在设备迭代的时候能省不少开模成本。

　　外形尺寸和安装边界是建模的时候最需要注意的点，机座横截面是86mm×86mm的方形，四个安装孔的中心距是60mm，安装孔是M5的螺纹通孔，从前端面拧入的深度不要超过8mm，不然会顶到内部的定子绕组造成短路。机身总长度不含输出轴是118mm左右，输出轴直径是14mm，轴伸长度是32mm，D型切边的平面到轴中心的距离是12mm，设计安装结构的时候，电机安装面和主动带轮或者联轴器的贴合面要留至少1mm的间隙，避免电机轴承受轴向力，很多新手设计的时候把联轴器顶死在电机端面上，运行一段时间就会把电机的前轴承顶坏，造成异响和丢步。另外电机的出线方向是在后端盖的侧面，设计设备走线槽的时候要在电机后侧留至少20mm的走线空间，避免线缆弯折半径过小造成内部线芯断裂。

　　从结构细节来看，电机的定子和转子之间的气隙控制在0.05mm到0.1mm之间，建模的时候这个尺寸不能随便改，气隙过大会造成扭矩下降，气隙过小会出现扫膛的问题，前后端盖用的是压铸铝合金材质，重量轻而且散热性好，表面做了氧化处理，长时间运行的温升能控制在60K以内，符合工业设备的绝缘等级要求。机身外壳是拉伸铝型材，表面的散热筋是和型材一体挤出的，不需要额外加工，能增大散热面积，保证电机在额定扭矩下长时间运行不会过热退磁。

　　实际选型搭配的时候，这款电机适配的驱动器一般是24V到60V供电的两相步进驱动器，细分设置在16细分的时候，运行的噪音和振动都能控制在比较理想的范围，如果是带垂直负载的工况，要注意选带抱闸的版本，不然断电的时候负载会下滑造成撞机，这款模型里虽然没做抱闸结构，但后端盖的安装尺寸是兼容抱闸模块的，需要的时候直接叠加抱闸组件就行，不用修改前端的安装尺寸。

　　很多做三维建模的新手画步进电机的时候，容易把安装孔的位置画错，或者把输出轴的D型切边方向搞反，最后导出的工程图和实物对不上，加工出来的安装板装不上，其实照着标准机座的尺寸规范来画，再结合实物的安装边界做校验，就能避免这类低级错误。另外在做设备总装的时候，电机的重心位置要算好，安装板的厚度不要小于6mm，不然电机高速运行的时候会产生共振，影响设备的运行精度。