يبدأ بناء نظام حركة خطية ناجح باختيار المُشغِّل المُناسب. فهناك مئات الخيارات المُتاحة بين الأحجام والتقنيات والجودة المُختلفة. يكمن السر في اختيار المُشغِّل الذي يُحقق أفضل النتائج. ولحسن الحظ، ليس الأمر صعبًا كما يبدو. فمتطلبات التطبيق تُقلل من خيارات المُشغِّل المُتاحة، وتُحدد قيود المشروع الخيار الأنسب.

وتبدأ العملية بالنظر في سلسلة العوامل الرئيسية المدرجة هنا.

سرعة

السرعة عامل مهم يجب مراعاته عند اختيار المشغل. على الرغم من أن المشغلات اللولبية مكونات فعّالة واقتصادية، إلا أنها تعاني عند السرعات العالية جدًا من ظاهرة تُعرف باسم "اللولب المتحرك"، حيث ينحني اللولب للخارج أثناء دورانه. يُسبب هذا الانحناء اهتزازًا وتآكلًا مبكرًا.

تعتمد عتبة سوط اللولب، والتي تُسمى السرعة الحرجة، على أبعاد ومادة اللولب. يمكن حساب السرعة الحرجة تحليليًا باستخدام معادلات معروفة. إذا كانت السرعة عالية جدًا بحيث لا يمكن استخدام مشغل لولبي، يُنصح باستخدام محرك خطي أو مشغل سير.

حمولة

من الضروري أن يكون حجم المُشغِّل مناسبًا للحمل. هناك عدة عوامل يجب مراعاتها عند تحديد حجم سعة التحميل: سعة التحميل الشعاعية لمحامل التوجيه، وسعة عزم عربة الدعم، وسعة التحميل المحورية لمحامل الدعم واللولب الكروي. من المهم اختيار مُشغِّل مُصمَّم خصيصًا لمواجهة الأحمال التي يُمثلها التطبيق.

من المفاهيم الخاطئة الشائعة أن سعة التحميل فقط هي العامل الحاسم، وأن سعة التحميل تُمكّن من حساب عمر خدمة المُشغّل تحت حمل مُحدد. ومع ذلك، يجب مراعاة عوامل أخرى، مثل صلابة المُشغّل في اتجاهات الحمل المُختلفة. قد يُجري فريق التصميم حسابات انحراف الحمل لتحديد مدى نجاح المُشغّل في التطبيق.

من العوامل الأخرى التي يجب مراعاتها وضع الحمل. فالكتلة المستقرة فوق عربة تسير على طول محور المُشغِّل تُحدث قوى مختلفة تمامًا عن الحمل المُعلَّق الذي يُطبِّق عزم انقلاب. تأكد من أن المُشغِّل مُناسب من حيث الحجم والدعم.

تتطلب التطبيقات الرأسية عناية خاصة للحفاظ على موضع الحمل. بالنسبة لبعض معايير التصميم، تكون براغي الرصاص ذاتية القفل. هذا يعني أنه لا يمكن تشغيلها للخلف، حتى في حالة تعطل المحرك. لضمان قفل المسمار ذاتيًا، يجب أن تكون كفاءته أقل من 50%، حيث تعتمد الكفاءة على زاوية الرصاص ومعامل الاحتكاك بين الصمولة والبرغي. كبديل، يمكن أيضًا استخدام مشغلات الجريدة والترس.

شهدت الأحزمة تطورًا ملحوظًا في السنوات الأخيرة. فهي متينة ومصممة هندسيًا بدقة عالية، مما جعلها لا تتطلب شدًا منتظمًا كما كانت في السابق. تُعد محركات الأحزمة خيارًا جيدًا إذا كانت متطلبات السرعة والشوط تتجاوز ما توفره لولب الكرة أو لولب التوجيه. يجب توخي الحذر الشديد عند استخدام محرك الأحزمة في التطبيقات الرأسية. يُنصح باستخدام ثقل موازن أو فرامل حسب الحاجة لإبطاء الحمل وإيقافه ودعمه لضمان السلامة.

طول الضربة

العامل التالي الذي يجب مراعاته هو طول الشوط. تُعد المحركات اللولبية فعّالة، ويمكن استخدامها في بعض الحالات لأشواط تصل إلى 5 أقدام أو أكثر. يجب الحرص على عدم تجاوز السرعة الحرجة للمحركات اللولبية طويلة المدى. بالنسبة لأطوال الشوط الطويلة، تُعد محركات السيور خيارًا أفضل. تتميز السيور الحالية بكونها مواد عالية الهندسة لا تتطلب صيانة كثيرة، ويمكن استخدامها لمسافات تصل إلى 50 قدمًا.

خيار آخر للأشواط الطويلة هو المحرك الخطي. المحركات الخطية، وهي في الأساس محركات سيرفو غير ملفوفة، تتكون من قوة تنتقل على طول مسار مغناطيسي ثابت. نظريًا، يمكن أن يكون المسار بالطول المطلوب. أما عمليًا، فتقتصر المحركات الخطية على ضرورة توفير مسار مغناطيسي مستوٍ ومحاذي بعناية، بالإضافة إلى تكلفة المغناطيسات. كما أن إدارة كابلات المحرك على مسافات طويلة جدًا قد تُشكل تحديًا.

القدرة على التكرار

لكل تطبيق متطلبات تكرار محددة. يضمن الاختيار الصحيح للمشغل نظامًا لا يلبي هذه المتطلبات فحسب، بل يساعد المشروع أيضًا على تحقيق أهداف الميزانية ووقت التجميع. توفر المشغلات اللولبية تكرارًا يتراوح بين ±0.0001 و±0.003 بوصة، مقارنةً بـ ±0.002 و±0.010 بوصة للمشغلات ذات السير.

يعتمد الاختيار الأمثل على احتياجات التطبيق. لا تُقدم محركات السيور أداءً جيدًا كالمشغلات اللولبية، ولكن في التطبيقات ذات التفاوتات الأكثر تسامحًا، تُوفر محركات السيور وفورات كبيرة. أما في التطبيقات الأكثر تطلبًا، فتُوفر مشغلات المحركات الخطية تكرارًا يصل إلى أقل من الميكرون.

دورة العمل

تؤثر دورة العمل بشكل كبير على عمر المعدات. من المهم اختيار مشغل خطي يلبي متطلبات التطبيق. على سبيل المثال، تعتمد براغي التوصيل على التلامس المنزلق - عادةً ما تكون من الفولاذ المقاوم للصدأ إلى البلاستيك (تتوفر خيارات متعددة حسب التطبيق). هذا يُسبب تآكلًا كبيرًا على مدار عمر الجهاز. لذلك، يُنصح بتجنب براغي التوصيل في التطبيقات التي تتطلب حملًا عاليًا ودورة عمل طويلة.

بدلاً من ذلك، اختر مشغلًا لولبيًا كرويًا مُعاد تدويره. تتميز هذه الأجهزة باحتكاك دوار، وليس احتكاكًا انزلاقيًا، مما يجعلها تدوم لفترة أطول وعمرًا افتراضيًا أكثر قابلية للتنبؤ.مع ذلك، قد تتلف الكرات، خاصةً مع الأحمال العالية. في التطبيقات التي لا تتحمل الأعطال، جرّب استخدام لولب أسطواني كوكبي. توزع هذه الأجهزة الوزن لتقليل التآكل، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات العسكرية والفضائية، وغيرها. أما في التطبيقات الاقتصادية، فقد يكون نظام السير فعالاً أيضًا.

بيئة

تؤثر بيئة تشغيل التطبيق أيضًا على اختيار المُشغِّل. في بيئة الغرف النظيفة، تجنب استخدام مُشغِّلات لولبية الرصاص. يُولِّد تلامس المعدن بالبلاستيك جسيمات تُؤثر سلبًا على تصنيف الغرفة النظيفة.

على العكس من ذلك، قد تُلحق البيئات شديدة الاتساخ الضرر بالمشغلات. في المشغلات ذات القضبان، يكون البرغي مُحكم الغلق داخل الغلاف. ونتيجةً لذلك، تُعتبر المشغلات ذات القضبان آمنةً نسبيًا في البيئات المليئة بالملوثات والسوائل. أما في المشغلات عديمة القضبان، فيستقر الحمل على عربة يجب توصيلها بالبرغي، مما قد يُعرّض المشغل للتلوث..

نتيجةً لذلك، تحتاج المحركات بدون قضبان إلى تجهيزات خاصة، سواءً كانت التقنية الأساسية محركًا لولبيًا أو محركًا خطيًا. ابحث عن مكونات ذات تصنيف IP. يُنصح بتركيب الشق بحيث يكون متجهًا للأسفل لتقليل دخول الجسيمات. انتبه إلى أن التزييت قد يحتجز الجسيمات ويتسبب في إتلاف الأسطح بمرور الوقت.

من العوامل الأخرى التي يجب مراعاتها بشأن البيئة، المساحة المتاحة. أفضل مُشغِّل في العالم لا قيمة له إذا لم يكن مناسبًا للمساحة المتوفرة. حدّد المُشغِّلات في مرحلة مبكرة من التصميم لضمان وجود مساحة كافية. تعاون بشكل وثيق مع المُورِّد للاستفادة من أي عوامل تُوفّر الخصائص التي تحتاجها في تصميم صغير الحجم.

ميزانية

من المهم دائمًا مراعاة أهداف التسعير. المحركات الخطية هي الأغلى، تليها المحركات اللولبية (اللولبية الكوكبية، واللولبية الكروية، واللولبية الرصاصية). أما محركات السيور فهي الأكثر توفيرًا.

الهندسة تنطوي دائمًا على تنازلات. القائمة أعلاه هي بمثابة بداية لاختيار المشغل. في أي تطبيق، قد تعني القيود الخاصة أن الميزانية تُعطى أولوية أكبر من الأداء، على سبيل المثال، أو أن دورة العمل أهم من السرعة. ابدأ عملية تحديد المشغل في أقرب وقت ممكن من مرحلة التصميم. حاول العمل بمكونات قياسية. إذا لم يُلبِ أيٌّ منها احتياجاتك، فتحدث مع البائع حول تطوير منتج مخصص يُنجز المهمة.