Сравнение и тест моторов Nema 14

Всем привет! Собственно, занялся я проектированием всяческих директ-экструдеров на основе механизма BMG под моторы Nema 14, ну и встал вопрос, какой мотор лучше использовать. Как известно, продавцам с Али верить нельзя в принципе, восторженные отзывы обывателей, купивших механизм, также ясности не добавляют. Поэтому, когда набралась пара-тройка разных моторов, решил заказать еще несколько и сравнить, на что они способны, и какие заслуживают большего доверия.

Претенденты (слева направо):

1. Fysetc G36HSY4405-6D-1200
2. LDO 36STH17-1004AHG
3. LDO 36STH20-1004AHG
4. Noname 36HS2418CL16
5. Noname 36BYG1204-A-6QHT
6. Moons CSE14HRA1L410A
7. Stepperonline 14HR07-1004VRN

Для начала приведу общую табличку с характеристиками и таблицу с измеренным усилием удержания, а также температурой в зависимости от силы тока. В первой табличке приведены характеристики, указанные производителем или продавцом, а также измеренные собственноручно. Для понимания, если характеристика совпадает, она указана одним значением, если нет, то вверху значение производителя, внизу – измеренное. Если значения отличаются существенно, они подкрашены цветами, зеленое – корректное, красное - враньё. По поводу значительных расхождений, на сколько я понимаю, продавцы тупо копипастят описание и характеристики моторов друг у друга не особо разбираясь в том, что это за моторы, лишь бы поместить на страницу красивую табличку с цифрами, отсюда и возникает всякая дичь, верить которой нельзя! Описание моторов и выводы по ним будут дальше, после тестов. 

Вес, размеры, сопротивление и индуктивность обмоток были измерены при тестировании. Номинальный ток определялся исходя из режима, при котором нагрев составил ~45-50С. Температурный класс в таблице тот, что указан производителем/продавцом. Сразу стоит сказать, что более-менее ответственные производители типа Moons и StepperOnline решили не выпендриваться и указать честно класс B (градиент 80 градусов), остальные же указали F (105) или H (125), но ожидать от них таких характеристик совсем не стоит. Шум и вибрации оценивались субъективно по шкале от 0 до 5 (выше – хуже), драйвер при этом в режиме SpreadCycle. В режиме StealthChop шумят гораздо тише. Плавность вращения ротора (просто вращение руками) оценивалась также субъективно (выше – лучше, т.е. вращение мягче), может ничего не значить, а может и влияет на уровень вибрации при работе мотора, во всяком случае некая зависимость прослеживается.

О методике определения усилия удержания.

Собрал нехитрый стенд, в качестве измерителя усилия используются бытовые весы – плюс/минус приемлемая точность, хотя и не абсолютная, но сравнить между собой моторы можно. Вал диаметром 15мм. Плата SKR 1.3, драйвер TMC2226 (в режиме SpreadCycle) с подключением по UART, прошивка Marlin 2.0.6, ток выставляется в настройках. Измеренные значения пересчитываются в Нсм с учетом диаметра вала.

Прежде всего, что такое усилие удержания. Удерживающий момент шагового двигателя — это величина крутящего момента, необходимая для перемещения двигателя на один полный шаг, когда обмотки находятся под напряжением, но ротор неподвижен. Т.е. будем тестировать в режиме минимального перемещения ротора. Но сначала оценим, каков реальный режим работы.

Допустим, печатаем на скорости 80мм/с, сопло 0.4мм, слой 0.2мм. Объемный расход в таком случае получается 6,4мм^3/сек. При толщине прутка 1.75мм скорость движения составляет 2.67мм/с. Для экструдера из комплектующих BMG при редукции 10/50 для перемещения на такое расстояние необходима частота вращения ротора ~0.5 об/сек. Можно сказать, что это максимальная частота вращения при печати, но при этом она не постоянна с учетом остановок и откатов.

Стоит отметить, что из «брендовых» моторов только у StepperOnline есть даташит на сайте, да и тот по-минимуму, LDO и Moons с шестерней как будто не существует, во всяком случае я не нашел. Интересовали в первую очередь графики усилия в зависимости от оборотов, хотелось понять, для какого режима указано значение у производителя. По графикам для других шаговиков Moons понятно, что максимум крутящего момента на минимальных оборотах, и с увеличением частоты падает, так что считаем, что указанное производителем значение соответствует режиму, в котором будем тестировать 😊.

Результаты:

Зеленым выделен фактический номинальный режим, розовым - номинальный, заявленный производителем/продавцом, и не соответствующий действительности. Измерения проводились по несколько раз, приведено среднее значение. Не знаю, как производители измеряли усилие, но у меня получилось примерно в половину меньше на номинальном токе для всех моторов, не считая совсем уж завышенных значений для пары из них (выделены красным в первой таблице).

Температура измерялась термопарой мультиметра сбоку корпуса после 15 минут непрерывной работы в каждом режиме с частотой вращения ~0.5об/сек.

Описание моторов и выводы по каждому:

1. Fysetc G36HSY4405-6D-1200. Реальный вес 86г, а не 70г, как у продавцов, и не 100г, как в даташите на Гитхабе Fysetc, где более-менее точно указаны остальные характеристики. При своем номинальном токе выдает чуть больше момента в сравнении с остальными моторами с таким же размером. Но он гораздо более шумный, самый шумный, в сравнении с остальными, значительные вибрации при вращении. У меня пара таких моторов и ситуация у всех одинакова. К слову, где-то встречалось сравнение с LDO по качеству изготовления и по факту тут оно такое себе… Ждать от него чего-то не приходится. ИМХО, цена не соответствует качеству, хотя у некоторых продавцов попадалось по 700-800 руб.
2. LDO 36STH17-1004AHG. Покупался у Mellow store у которого указан одинаковый момент 10Нсм, что для версии 20мм, что для 17мм. В данном случае абсолютное вранье, мотор слабый и на номинальном токе уступает по моменту примерно в два раза версии 20мм. Не смотря на хорошее качество изготовления не рекомендую покупать, цена высокая при том, что есть более интересный вариант, читайте далее.
3. LDO 36STH20-1004AHG. Гораздо более тяговитый в сравнении с 17мм при той же цене и весе на 15г больше. Качество хорошее, гораздо лучше Fysetc, в принципе можно покупать и использовать. Не считая температурного класса все характеристики указаны плюс-минс корректно.
4. Noname 36HS2418CL16. Если выражаться кратко, то обычное «китайское» (в плохом смысле этого слова) изделие из г…а и веток, цена как бы намекает. Приехал с уже ржавой шестерней. Откуда взялся заявленный ток 1.88А не понятно, видимо при таком токе он как раз укладывается в температурный класс B, т.е. имеет температуру 130С, что посчитали номинальным режимом работы 😊. При токе в 1А, что я посчитал номинальным, значительно уступает другим 20-миллиметровым моторам. Издает шум и вибрации при вращении, причем характер вибраций меняется с фазой ротора, т.е. присутствует биение. Не вздумайте покупать не смотря на низкую цену!
5. Noname 36BYG1204-A-6QHT. Практически все указанные характеристики – вранье. Номинальный ток явно занижен. Но несмотря на это, достаточно интересный экземпляр и вот почему. Он всего на 2-3мм толще LDO или Fysetc, при этом вес всего немногим больше, а усилие развивает на ~20% больше. Достаточно качественно собран, низкий уровень шума и вибраций, имеет разъем непосредственно на корпусе, что гораздо удобнее длинных проводов. И стоит гораздо дешевле! Я бы рекомендовал его, если необходимо иметь большой объемный расход. Как мне кажется, мотор сможет давить большой объем пластика и без перегрева.
6. Moons CSE14HRA1L410A. Забавный мотор с большими подшипниками. Узкий (17мм), но при этом куда более мощный в сравнении с таким же LDO. Вес гораздо меньше заявленного. Собран качественно. Немного шумноват. На момент тестирования у меня не было последнего экземпляра в списке, и я думал, что Moons окажется лучшим вариантом. Он греется гораздо меньше других, обеспечивает достаточное усилие, сравнимое с 20мм моторами, при этом весит немного меньше и его можно рекомендовать.
7. Stepperonline 14HR07-1004VRN. Изначально не смотрел этот вариант, но потом не удержался и купил, в итоге, он мне тоже понравился. Имеет латунную шестерню. А вот штекер к проводам прицепить производитель почему-то пожопился, хотя, это такая фишка StepperOnline, другие купленные моторы также не имели штекеров. Единственный из всех имеет шаг 0.9 градуса, в том числе в результате этого имеет самый низкий уровень шума и вибраций. Самый маленький вес из всех моторов при том, что обеспечивает неплохое усилие. Но при этом адски греется. Я не поверил в номинальный ток 1А глядя на сопротивление обмоток и не зря, на таком токе он разогрелся почти до 80 градусов. Гонять температурный тест на 1.2А не стал в принципе. Номинальным для него я считаю ток 0.7А. Собран качественно. Можно его рекомендовать в особенности для страждущих облегчить печатающую голову ввиду маленького веса. Цена тоже радует, хотя, это при доставке из РФ, из Китая доставка дорогая.

Итоги:

1. Китайцам верить нельзя, даже производителям, выпускающим плюс-минус известные бренды.
2. Категорически не рекомендую покупать всяческий Noname дешман. Fysetc и LDO 17мм смысла не имеют, LDO 20мм можно пользовать, но есть более интересные варианты при той же цене. Вариант 5 (Noname) хорош для более производительных экструдеров, лично я буду использовать. Moons и StepperOnline наиболее интересны и подойдут для любых целей, при этом Moons можно смело использовать в активной термокамере, а StepperOnline, если надо получить более высокую скорость печати с меньшим эхом.

Кстати, прямо сейчас идет какая-то распродажа, на некоторые моторы цены ниже.

Как-то так) Всем бобра!