Liikejärjestelmän suunnittelun tyypillinen kokoonpano

Lineaariliike on keskeistä monissa liikkuvissa koneissa, ja lineaarimoottoreiden suoravetoisuus voi yksinkertaistaa koneen kokonaissuunnittelua näissä sovelluksissa. Muita etuja ovat parempi jäykkyys, koska lineaarimoottorit on kiinnitetty suoraan kuormaan.

Näiden moottoreiden (ja niiden tarvitsemien oheiskomponenttien) integrointi voi tuntua pelottavalta, mutta prosessi voidaan jakaa viiteen yksinkertaiseen vaiheeseen. Tämän vaiheittaisen prosessin noudattaminen antaa kone- ja robottirakentajille mahdollisuuden hyötyä lineaarimoottoreiden eduista ilman ylimääräistä vaivaa tai monimutkaisuutta.

1. Määritä moottorin tyyppi: Rautaydin vs. raudaton

Ensimmäinen vaihe on valita lineaarimoottori saatavilla olevista tyypeistä.

Rautaytimelliset moottorit: Rautaytimelliset moottorit ovat yleisimpiä ja sopivat yleisiin automaatiosovelluksiin. Rautaytimellä tarkoitetaan tämän moottorin käämirakennetta, joka koostuu rautaytimestä koostuvista laminaateista. Tyypillinen kokoonpano koostuu yksipuolisesta kiinteästä magneettiradasta ja liikkuvasta moottorin käämistä tai voimanlähteestä. Rautaytimellä maksimoidaan tuotettu työntövoima ja luodaan magneettinen vetovoima käämin ja magneettien välille.

Tätä magneettista vetovoimaa voidaan käyttää lineaariohjausjärjestelmän jäykkyyden tehokkaaseen lisäämiseen esikuormittamalla lineaariliikkeen laakereita. Magneettinen esikuormitus voi myös parantaa järjestelmän taajuusvastetta parantamalla hidastuvuutta ja painumista.

Toisaalta vetovoimaa on tuettava asianmukaisesti lisäämällä tukirakenteiden ja lineaarilaakereiden kuormituskapasiteettia. Tämä voi heikentää koneen mekaanisen suunnittelun vapautta.

Toinen rautaytiminen lineaarimoottorikokoonpano koostuu parista kiinteitä magneettikiskoja, jotka on sijoitettu liikkuvan kelan molemmille puolille. Tämä patentoitu rakenne kumoaa magneettisen vetovoiman vaikutukset ja tuottaa samalla suurimman voiman poikkileikkauspinta-alaa kohden. Tasapainotettu rakenne vähentää laakerikuormitusta, mikä mahdollistaa pienempien lineaarilaakereiden käytön ja vähentää laakerimelua.

Motionsystemdesign.com Moottorit Taajuusmuuttajat 0111 Edut Raudattomat moottorit: On myös olemassa raudattomia lineaarimoottoreita; näissä moottoreissa ei ole rautaa käämeissään, joten moottorin osien välillä ei ole vetovoimaa.

Yleisin raudaton tyyppi on U-kanava: Kaksi magneettista rataa on yhdistetty muodostaen kanavan, jossa moottorin käämi (tai pakotin) liikkuu. Tämä moottori sopii erinomaisesti sovelluksiin, jotka vaativat pientä nopeuden aaltoilua ja suurta kiihtyvyyttä. Raudattoman rakenteen nolla vetovoima ja nolla takertelu minimoivat vääntömomentin aaltoilun; kiihtyvyys kasvaa, koska käämi on suhteellisen kevyt.

Toinen raudaton kokoonpano on sylinterin muotoinen. Magneetit on pinottu ruostumattomasta teräksestä valmistetun putken sisään, ja moottorin käämi liikkuu sylinterin ympäri. Tämä kokoonpano sopii kuularuuvien korvaamiseen, koska se tuottaa paljon suurempia nopeuksia ja paikannustarkkuutta suunnilleen samassa tilassa.

Käämin koko ja kiskon pituus

Kokoonpanosta riippumatta kaikki lineaarimoottoreiden kelat tulee mitoittaa sovelluksen vaatimusten mukaisesti: käytetty kuormitus, kohteen liikeprofiili, käyttöjakso, tarkkuus, täsmällisyys, käyttöikä ja käyttöympäristö. Vinkki: Pyydä lineaarimoottoreiden valmistajien teknistä tukea ja mitoitusohjelmistoja (jotka ovat usein ilmaisia) valitaksesi parhaan moottorityypin ja -koon tiettyyn sovellukseen.

Magneettikisko-osia on saatavilla useissa eri pituuksissa, ja ne voidaan pinota päästä päähän tavoitematkan saavuttamiseksi. Magneetin kokonaispituus on käytännössä rajaton. Suunnittelun yksinkertaistamiseksi ja kustannusten vähentämiseksi on parasta käyttää valmistajan tarjoamia pisimpiä magneettikiskoja.

2. Valitse enkooderi

Lineaarimoottorijärjestelmän suunnittelun toinen vaihe on lineaarianturin valinta. Yleisimpiä ovat inkrementaaliset lineaarianturit, joissa on optinen tai magneettinen lukupääanturi. Valitse anturi, jolla on sovellukseen vaadittu resoluutio ja tarkkuus ja joka sopii koneympäristöön.

Enkooderin takaisinkytkentä lähetetään tyypillisesti takaisin servovahvistimelle joko sinimuotoisen analogisen tai digitaalisen pulssijonon kautta. Toinen vaihtoehto on nopea sarjamuotoinen enkooderin takaisinkytkentä, joka tarjoaa suuremmat tiedonsiirtonopeudet, korkeamman bittiresoluution, paremman kohinansietokyvyn, pidemmät kaapelit ja kattavat hälytystiedot.

Sarjaliikenne yhdistyy kahdella tavalla.

Suora tiedonsiirto vahvistimen ja enkooderin välillä on mahdollista enkoodereilla, joissa on vahvistimen kanssa yhteensopiva sarjaporttienkooderiprotokolla.

Jos enkooderissa ei ole sarjaliikennelähtöä (tai jos sarjaliikennelähtöprotokolla ei ole yhteensopiva vahvistimen kanssa), voidaan käyttää sarjamuunninmoduulia. Tässä tapauksessa moduuli vastaanottaa enkooderista analogisen signaalin yhdessä Hall-anturin signaalin kanssa, jakaa analogisen signaalin osiin ja lähettää tämän signaalidatan sarjamuotoon servovahvistimelle. Hall-anturin dataa käytetään käynnistyksen yhteydessä ja enkooderin takaisinkytkennän tarkistamiseen.

Useat lineaarianturivalmistajat tarjoavat nyt absoluuttisia lineaarianturia, joka tukee useita sarjaliikenneprotokollia, mukaan lukien kolmansien osapuolten vahvistinvalmistajien omia protokollia.

3. Valitse vahvistin

Suunnitteluprosessin kolmas vaihe on servovahvistimen valinta. Vahvistin on mitoitettava oikein moottorin mukaan.

Plug and play -ominaisuutta voivat tarjota vain toimittajat, jotka valmistavat sekä servomoottoreita että vahvistimia. Jotkut toimittajat tarjoavat plug and play -ominaisuuden lyhentääkseen käynnistysaikaa ja varmistaakseen oikean konfiguroinnin.

Joissakin servovahvistimissa on automaattinen moottorin tunnistus ja virittämätön tila, jotka poistavat servojärjestelmän virittämisen tarpeen. Tämän ohjelmiston avulla moottorin tekniset tiedot (mukaan lukien ylikuormitusominaisuudet) ladataan automaattisesti servovahvistimeen moottorista käynnistyksen yhteydessä. Tämä poistaa mahdolliset käyttäjävirheet moottorin teknisiä tietoja syötettäessä ja poistaa käytännössä kokonaan moottorin ylikiertäytymisen ja vaiheistusvirheiden riskin.

4. Valitse tukipalkit ja laakerit

Lineaarimoottorijärjestelmän suunnittelun kaksi viimeistä suunnitteluvaihetta kulkevat käsi kädessä: Neljäs vaihe on lineaariliikkeen laakerijärjestelmän valinta ja viides tukipalkkien suunnittelu.

Useimmissa lineaarimoottoreissa on kaksi tärkeää kohdistusta: moottorin ja magneetin välinen rako kelan ja magneettiradan välillä sekä enkooderin lukupään ja lineaariasteikon välinen rako. Jälkimmäinen kriteeri poistuu koteloitua lineaarianturia valittaessa.

Vinkkejä:

Lineaarisen liikkeen laakereiden tulee olla riittävän tarkkoja, jotta rakotoleranssit täyttyvät, kun taas tukipalkit tulee suunnitella siten, että komponentit ovat oikein etäisyydellä toisistaan ​​ja lineaarilaakereiden ja enkooderin yhdensuuntaisuusvaatimukset täyttyvät.

Kun nämä kriteerit täyttyvät, laakereiden ja tukirakenteiden valinta ja suunnittelu riippuvat viime kädessä koneen suorituskykyvaatimuksista. Suurta tarkkuutta ja täsmällisyyttä vaativissa sovelluksissa tarvitaan korkean resoluution ja tarkkuuden anturi sekä erittäin tarkat lineaarilaakerit.

Näitä laakereita mitoitettaessa on otettava huomioon hyötykuorma ja rautaytimisillä lineaarimoottoreilla esiintyvät magneettiset vetovoimat. Monissa tapauksissa lineaarilaakereiden tukipalkit ja magneettikiskot voivat olla kiinteä osa koneen runkoa.