يبدأ بناء نظام حركة خطية ناجح باختيار المحرك المناسب. تتوافر مئات الخيارات من حيث الأحجام والتقنيات والجودة. يكمن التحدي في اختيار المحرك الذي يحقق أفضل النتائج. ولحسن الحظ، ليس الأمر بالصعوبة التي قد تبدو عليها. فمتطلبات التطبيق تُقلل من مجموعة حلول المحركات الممكنة، بينما تحدد قيود المشروع الخيار الأمثل.

تبدأ العملية بالنظر في سلسلة العوامل الرئيسية المذكورة هنا.

سرعة

تُعدّ السرعة عاملاً مهماً يجب مراعاته عند اختيار المُشغّل. فعلى الرغم من أن المُشغّلات اللولبية فعّالة واقتصادية، إلا أنها تُعاني عند السرعات العالية جداً من ظاهرة تُعرف باسم "اهتزاز اللولب"، حيث ينحني اللولب للخارج أثناء دورانه. ويُسبب هذا الاهتزاز اهتزازاً وتآكلاً مُبكراً.

يعتمد الحد الأقصى لاهتزاز البرغي، والذي يُسمى السرعة الحرجة، على أبعاد البرغي ومادته. ويمكن حساب السرعة الحرجة تحليليًا باستخدام معادلات معروفة. إذا كانت السرعة مرتفعة جدًا بحيث لا تسمح باستخدام مشغل من نوع البرغي، فيُرجى النظر في استخدام محرك خطي أو مشغل يعمل بنظام سير.

حمولة

من الضروري اختيار حجم مناسب للمشغل يتناسب مع الحمل. هناك عدة عوامل يجب مراعاتها عند تحديد حجم المشغل بناءً على قدرة التحميل: قدرة التحميل الشعاعي لمحامل التوجيه، وقدرة عزم الدوران لعربة الدعم، وقدرة التحميل المحوري لمحامل الدعم واللولب الكروي. من المهم اختيار مشغل مصمم خصيصًا للتعامل مع الأحمال التي يفرضها التطبيق.

من المفاهيم الخاطئة الشائعة أن سعة التحميل هي العامل الوحيد المهم، وهي بالفعل تُتيح حساب العمر الافتراضي للمشغل تحت حمل مُحدد. مع ذلك، يجب مراعاة عوامل أخرى، مثل صلابة المشغل في اتجاهات التحميل المختلفة. قد يُجري فريق التصميم حسابات الحمل والانحراف لتحديد ما إذا كان المشغل سيؤدي وظيفته بنجاح في التطبيق.

من العوامل الأخرى التي يجب مراعاتها موضع الحمولة. فالحمولة الموضوعة فوق عربة تتحرك على طول محور المشغل تُحدث قوى مختلفة تمامًا عن تلك التي تُحدثها الحمولة المعلقة التي تُولّد عزم انقلاب. لذا، تأكد من أن المشغل ذو حجم مناسب ومدعوم بشكل صحيح.

تتطلب التطبيقات الرأسية عناية خاصة للحفاظ على موضع الحمل. في بعض معايير التصميم، تكون براغي التوجيه ذاتية القفل، ما يعني أنها لا يمكن عكس دورانها حتى في حالة تعطل المحرك. ولضمان خاصية القفل الذاتي للبرغي، يجب ألا تتجاوز كفاءته 50%، حيث تعتمد الكفاءة على زاوية التوجيه ومعامل الاحتكاك بين الصامولة والبرغي. ويمكن استخدام مشغلات الترس والجريدة المسننة كبديل.

شهدت الأحزمة تطوراً ملحوظاً في السنوات الأخيرة، إذ أصبحت متينة ومصممة هندسياً بدقة عالية، ما جعلها لا تتطلب شداً دورياً كما كان في السابق. تُعدّ أنظمة نقل الحركة بالأحزمة خياراً مثالياً إذا كانت متطلبات السرعة والشوط تتجاوز ما يمكن أن توفره براغي الكرات أو براغي التغذية. يجب توخي الحذر الشديد عند استخدام نظام نقل الحركة بالأحزمة في التطبيقات الرأسية، حيث يُنصح باستخدام ثقل موازن أو مكابح حسب الحاجة لإبطاء الحمل وإيقافه ودعمه حفاظاً على السلامة.

طول الشوط

العامل التالي الذي يجب مراعاته هو طول الشوط. تُعدّ المحركات اللولبية فعّالة، ويمكن استخدامها في بعض الحالات لأشواط تصل إلى 5 أقدام أو أكثر. يجب توخي الحذر عند استخدام المحركات اللولبية ذات الشوط الطويل جدًا، بحيث لا تتجاوز السرعة الحرجة. بالنسبة لأطوال الشوط الطويلة، تُعدّ محركات السيور خيارًا أفضل. تتميز سيور اليوم بمواد عالية الهندسة لا تحتاج إلا إلى القليل من الصيانة، ويمكن استخدامها لمسافات تصل إلى 50 قدمًا.

يُعد المحرك الخطي خيارًا آخر للأشواط الطويلة. وهو في الأساس محرك سيرفو غير ملفوف، ويتكون من قوة تنتقل على طول مسار مغناطيسي ثابت. نظريًا، يمكن أن يكون طول المسار حسب الرغبة. عمليًا، تُحدّ من استخدامات المحركات الخطية ضرورة توفير مسار مغناطيسي مستوٍ ومحاذٍ بدقة، بالإضافة إلى تكلفة المغناطيسات. كما أن إدارة كابلات المحرك على مسافات طويلة جدًا قد تُمثل تحديًا.

قابلية التكرار

لكل تطبيق متطلبات تكرارية. ويضمن اختيار المشغل المناسب نظامًا لا يلبي هذه المتطلبات فحسب، بل يساعد المشروع أيضًا على تحقيق أهدافه المتعلقة بالميزانية ووقت التجميع. توفر المشغلات اللولبية تكرارية تتراوح بين ±0.0001 و ±0.003 بوصة، مقارنةً بـ ±0.002 إلى ±0.010 بوصة لمشغل الحزام.

يعتمد الاختيار الأمثل على احتياجات التطبيق. لا تُضاهي محركات السيور أداء المحركات اللولبية، ولكن في التطبيقات التي تتطلب دقة أقل، تُوفر محركات السيور وفورات كبيرة. أما في التطبيقات الأكثر تطلبًا، فتُوفر المحركات الخطية دقة تكرار تصل إلى أجزاء من الميكرون.

دورة التشغيل

يؤثر معدل التشغيل بشكل كبير على عمر المعدات. من المهم اختيار مشغل خطي يلبي متطلبات التطبيق. تعتمد براغي التوجيه، على سبيل المثال، على التلامس الانزلاقي - عادةً ما يكون من الفولاذ المقاوم للصدأ إلى البلاستيك (تتوفر خيارات عديدة حسب التطبيق). يؤدي هذا إلى تآكل كبير على مدار عمر الجهاز. لذلك، يُنصح بتجنب براغي التوجيه في التطبيقات التي تتطلب حملاً عالياً ومعدل تشغيل مرتفع.

بدلاً من ذلك، اختر مشغلًا لولبيًا كرويًا دوارًا. تتميز هذه الأجهزة باحتكاك دوراني، وليس احتكاكًا انزلاقيًا، لذا فهي تدوم لفترة أطول ويكون عمرها الافتراضي أكثر قابلية للتنبؤ.مع ذلك، قد تتعرض الكرات للتلف، خاصةً مع الأحمال العالية. بالنسبة للتطبيقات التي لا تتحمل الأعطال، يُنصح باستخدام برغي كروي كوكبي. تعمل هذه الأجهزة على توزيع الوزن لتقليل التآكل، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات العسكرية والفضائية، وغيرها. أما بالنسبة للتطبيقات ذات الميزانية المحدودة، فقد يكون نظام نقل الحركة بالحزام خيارًا مناسبًا أيضًا.

بيئة

تؤثر بيئة تشغيل التطبيق أيضًا على اختيار المشغل. في بيئة الغرفة النظيفة، يُنصح بتجنب مشغلات اللولب الرصاصي، حيث يُولّد التلامس بين المعدن والبلاستيك جزيئات دقيقة تُؤثر سلبًا على تصنيف الغرفة النظيفة.

في المقابل، قد تتسبب البيئات شديدة التلوث في تلف المشغلات. في المشغلات ذات القضيب، يكون البرغي محكم الإغلاق داخل الغلاف. ونتيجة لذلك، تُعد هذه المشغلات آمنة نسبيًا في البيئات الملوثة والسوائل. أما في المشغلات عديمة القضيب، فيستقر الحمل على حامل يجب أن يتصل بالبرغي، مما قد يعرض المشغل للتلوث..

ونتيجةً لذلك، تتطلب المحركات عديمة القضيب تجهيزات خاصة، سواءً كانت التقنية الأساسية محركًا لولبيًا أو محركًا خطيًا. ابحث عن مكونات حاصلة على تصنيف IP. ضع في اعتبارك تركيب الفتحة بحيث تكون متجهة للأسفل لتقليل دخول الجزيئات. انتبه إلى أن مواد التشحيم قد تحبس الجزيئات وتتسبب في تلف الأسطح مع مرور الوقت.

من العوامل الأخرى التي يجب مراعاتها في تصميم البيئة المساحة المتاحة. فأفضل مشغل في العالم عديم الفائدة إن لم يتناسب مع المساحة المتاحة. لذا، حدد المشغلات في المراحل الأولى من التصميم لضمان وجود مساحة كافية. تعاون بشكل وثيق مع المورد للاستفادة من أي عوامل تُمكّن من توفير الخصائص المطلوبة في تصميم صغير الحجم.

ميزانية

من المهم دائمًا مراعاة أهداف التسعير. تُعدّ المحركات الخطية الأغلى سعرًا، تليها المحركات اللولبية (اللولب الكوكبي، واللولب الكروي، واللولب الرئيسي). أما محركات السيور فهي الأكثر اقتصادية.

تتضمن الهندسة دائمًا مفاضلات. القائمة أعلاه هي بمثابة مقاربة أولية لاختيار المشغل. في أي تطبيق معين، قد تعني قيود خاصة أن الميزانية لها أولوية أكبر من الأداء، على سبيل المثال، أو أن دورة التشغيل أهم من السرعة. ابدأ عملية تحديد المشغل في أقرب وقت ممكن من مرحلة التصميم. حاول استخدام المكونات القياسية. إذا لم يُلبِّ أي منها احتياجاتك، فتحدث مع موردك حول تطوير منتج مُخصَّص يُلبي الغرض.