Menestyksekkäästi toimivan lineaariliikejärjestelmän rakentaminen alkaa sopivan toimilaitteen valinnalla. Eri kokojen, teknologioiden ja ominaisuuksien joukosta on olemassa satoja vaihtoehtoja. Temppu on valita toimilaite, joka tuottaa parhaat tulokset. Onneksi se ei ole niin vaikeaa kuin miltä se kuulostaa. Sovelluksen vaatimukset rajoittavat mahdollisten toimilaiteratkaisujen määrää ja projektin rajoitukset määräävät parhaan sopivuuden.

Prosessi alkaa ottamalla huomioon tässä luetellut keskeiset tekijät.

Nopeus

Nopeus on tärkeä tekijä toimilaitetta valittaessa. Vaikka ruuvityyppiset toimilaitteet ovat tehokkaita ja taloudellisia komponentteja, ne kärsivät erittäin suurilla nopeuksilla ruuvin värähtelystä, jossa ruuvi taipuu ulospäin pyöriessään. Ruuvin värähtely aiheuttaa tärinää ja ennenaikaista kulumista.

Ruuvin heilahtelun kynnysarvo, jota kutsutaan kriittiseksi nopeudeksi, riippuu ruuvin mitoista ja materiaalista. Kriittinen nopeus voidaan laskea analyyttisesti käyttämällä tunnettuja yhtälöitä. Jos nopeus on liian suuri ruuvitoimilaitteen käyttöön, harkitse lineaarimoottoria tai hihnakäyttöistä toimilaitetta.

Ladata

On tärkeää, että toimilaite on mitoitettu kuormaan nähden oikein. Kuormitettavuusmitoitusta tehtäessä on otettava huomioon useita tekijöitä: ohjauslaakereiden säteittäinen kuormituskapasiteetti, tukikelkan momenttikapasiteetti sekä tukilaakereiden ja kuularuuvin aksiaalinen kuormituskapasiteetti. On tärkeää valita toimilaite, joka on suunniteltu vastaamaan sovelluksen aiheuttamiin kuormiin.

Yleinen väärinkäsitys on, että vain kuormituskapasiteetilla on merkitystä, ja kuormituskapasiteetin perusteella voidaan laskea toimilaitteen käyttöikä tietyllä kuormituksella. On kuitenkin otettava huomioon myös muita tekijöitä, kuten toimilaitteen jäykkyys eri kuormitussuunnissa. Suunnittelutiimi voi suorittaa kuormitus-muodonmuutoslaskelmia määrittääkseen, toimiiko toimilaite onnistuneesti sovelluksessa.

Toinen huomioon otettava tekijä on kuorman sijoittelu. Toimilaitteen akselia pitkin kulkevan vaunun päällä lepäävä massa aiheuttaa hyvin erilaisia ​​voimia kuin kaatumismomentin aiheuttava ulkoneva kuorma. Varmista, että toimilaite on oikein mitoitettu ja tuettu.

Pystysuuntaiset sovellukset vaativat erityistä huolellisuutta kuorman asennon säilyttämiseksi. Tietyillä suunnitteluparametreilla johtoruuvit ovat itselukittuvat. Tämä tarkoittaa, että niitä ei voida kiertää taaksepäin edes moottorivian sattuessa. Jotta ruuvin itselukittuvuudesta voidaan varmistaa, ruuvin hyötysuhteen on oltava alle 50 %, missä hyötysuhde on funktio johtokulmasta ja mutterin ja ruuvin välisestä kitkakertoimesta. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää myös hammastankokäyttöisiä toimilaitteita.

Hihnat ovat parantuneet huomattavasti viime vuosina. Ne ovat kestäviä ja erittäin hyvin suunniteltuja, joten niitä ei enää tarvitse kiristää säännöllisesti kuten ennen. Hihnakäyttö on hyvä valinta, jos nopeus- ja iskunvoimavaatimukset ovat kuula- tai johtoruuvin tarjoamien mahdollisten rajojen ulkopuolella. Erityistä varovaisuutta on noudatettava, jos hihnakäyttöä käytetään pystysuorassa sovelluksessa. Turvallisuuden vuoksi on suositeltavaa käyttää vastapainoa tai jarrua kuorman hidastamiseen, pysäyttämiseen ja tukemiseen.

Iskun pituus

Seuraava huomioon otettava tekijä on iskunpituus. Ruuvikäyttöiset toimilaitteet ovat tehokkaita ja niitä voidaan joissakin tapauksissa käyttää jopa 1,5 metrin tai sitä suuremmille iskunpituuksille. Hyvin pitkien iskunpituuksien ruuvikäyttöisten toimilaitteiden kanssa on oltava varovainen, ettei kriittistä nopeutta ylitetä. Pitkille iskunpituuksille hihnakäytöt ovat parempia vaihtoehtoja. Nykypäivän hihnat ovat erittäin hyvin suunniteltuja materiaaleja, jotka vaativat vain vähän huoltoa. Niitä voidaan käyttää jopa 15 metrin matkoilla.

Toinen vaihtoehto pitkille iskuille on lineaarimoottori. Lineaarimoottorit ovat pohjimmiltaan rullaamattomia servomoottoreita, joissa voima kulkee kiinteää magneettirataa pitkin. Teoriassa rata voi olla niin pitkä kuin halutaan. Käytännössä lineaarimoottoreita rajoittavat sekä vaatimus tasaisen ja huolellisesti kohdistetun magneettiradan tarjoamisesta että magneettien kustannukset. Moottorikaapeleiden hallinta erittäin pitkillä matkoilla voi myös olla haasteellista.

Toistettavuus

Jokaisella sovelluksella on toistettavuusvaatimus. Oikeanlainen toimilaite tuottaa järjestelmän, joka ei ainoastaan ​​täytä näitä vaatimuksia, vaan myös auttaa projektia saavuttamaan budjetti- ja kokoonpanoaikatavoitteet. Ruuvityyppisten toimilaitteiden toistettavuus on luokkaa ±0,0001–±0,003 tuumaa. Hihnakäyttöisten toimilaitteiden toistettavuus on ±0,002–±0,010 tuumaa.

Optimaalinen valinta riippuu sovelluksen tarpeista. Hihnakäyttöiset toimilaitteet eivät ole yhtä suoritustehokkaita kuin ruuvityyppiset toimilaitteet, mutta sovelluksissa, joissa toleranssit ovat anteeksiantavaisempia, hihnakäyttöiset toimilaitteet voivat tarjota merkittäviä säästöjä. Vaativammissa sovelluksissa lineaarimoottoritoimilaitteet tarjoavat toistettavuuden, joka voi olla alle mikronin luokkaa.

Käyttöjakso

Käyttösuhteella on suuri vaikutus laitteen käyttöikään. On tärkeää valita lineaarinen toimilaite, joka täyttää sovelluksen vaatimukset. Esimerkiksi johtoruuvit perustuvat liukuvaan kosketukseen – tyypillisesti ruostumattomasta teräksestä muoviin (saatavilla on useita vaihtoehtoja sovelluksesta riippuen). Tämä aiheuttaa merkittävää kulumista laitteen käyttöiän aikana. Siksi johtoruuveja tulisi välttää, jos sinulla on yhdistetty suuri kuormitus ja suuri käyttösuhde.

Valitse sen sijaan kiertävä kuularuuvitoimilaite. Näissä laitteissa on vierintäkitkaa, ei liukukitkaa, joten ne kestävät pidempään ja käyttöikä on ennustettavampi.Pallot voivat kuitenkin vaurioitua, erityisesti suurilla kuormilla. Sovelluksissa, jotka eivät siedä rikkoutumista, kokeile planeettarullaruuvia. Nämä laitteet jakavat painoa kulumisen minimoimiseksi, mikä tekee niistä sopivia esimerkiksi sotilas- ja ilmailukäyttöön. Edullisissa sovelluksissa hihnakäyttö voi myös toimia.

Ympäristö

Myös sovelluksen käyttöympäristö vaikuttaa toimilaitteen valintaan. Puhdastilaympäristössä on vältettävä ruuvitoimilaitteita. Metallin ja muovin välinen kosketus tuottaa hiukkasia, jotka heikentävät puhdastilaluokitusta.

Toisaalta erittäin likaiset ympäristöt voivat vahingoittaa toimilaitteita. Tankotyyppisissä toimilaitteissa ruuvi on tiivistetty koteloon. Tämän seurauksena tankotyyppiset toimilaitteet ovat kohtuullisen turvallisia ympäristöissä, joissa on kontaminaatiota ja nesteitä. Tangottomissa toimilaitteissa kuorma lepää vaunun päällä, jonka on oltava yhteydessä ruuviin, mikä voi altistaa toimilaitteen kontaminaatiolle..

Tämän vuoksi männänvarrettomat toimilaitteet vaativat erityisjärjestelyjä riippumatta siitä, onko perustekniikkana ruuvitoimilaite vai lineaarimoottori. Etsi IP-luokiteltuja komponentteja. Harkitse raon asentamista alaspäin sisäänpääsyn vähentämiseksi. Huomaa, että voiteluaine voi kerätä hiukkasia ja vahingoittaa pintoja ajan myötä.

Toinen ympäristöön liittyvä huomioon otettava tekijä on käytettävissä olevan tilan määrä. Maailman paraskaan karamoottori on hyödytön, jos se ei mahdu käytettävissä olevaan tilaan. Määritä karamoottorit jo suunnitteluvaiheessa varmistaaksesi, että tilaa on riittävästi. Tee tiivistä yhteistyötä toimittajasi kanssa hyödyntääksesi kaikkia tekijöitä, jotka voivat tarjota tarvitsemasi ominaisuudet kompaktissa koossa.

Budjetti

On aina tärkeää pitää hinnoittelutavoitteet mielessä. Lineaarimoottorit ovat kalleimpia, ja niitä seuraavat ruuvitoimiset toimilaitteet (planeettaruuvi, kuularuuvi ja johtoruuvi). Hihnakäyttöiset toimilaitteet ovat taloudellisimpia.

Suunnitteluun liittyy aina kompromisseja. Yllä oleva lista on ensimmäinen askel toimilaitteen valinnassa. Tietyssä sovelluksessa erityisrajoitukset voivat tarkoittaa esimerkiksi sitä, että budjetti on suorituskykyä tärkeämpi tai että käyttösuhde on nopeutta tärkeämpi. Aloita toimilaitteen määrittelyprosessi mahdollisimman varhaisessa suunnitteluvaiheessa. Pyri työskentelemään standardikomponenttien kanssa. Jos mikään näistä ei tyydytä tarpeitasi, keskustele toimittajasi kanssa räätälöidyn tuotteen kehittämisestä, joka hoitaa työn.