Вот несколько вопросов, которые инженеры и дизайнеры должны задать себе перед выбором линейных актуаторов.

Разработчикам, готовящимся выбрать линейный актуатор для конкретного устройства или машины, следует иметь под рукой список вопросов, которые они зададут поставщикам и производителям этих устройств. Эти списки обычно содержат часто задаваемые вопросы (FAQ), и большинство компаний, продающих актуаторы, готовы к их рассмотрению. Но эти поставщики во многих случаях ожидают, что потенциальные покупатели зададут другие, возможно, более подробные и содержательные вопросы: так называемые редко задаваемые вопросы (iFAQ).

Вот пара вопросов, которые инженеры должны задать себе при выборе линейных актуаторов.

В: Мне необходима высокая скорость и точность на большом расстоянии. Какой тип привода мне следует использовать?

А. Это умный вопрос. Многие инженеры-конструкторы переоценивают точность традиционных двигателей и исполнительных механизмов на больших расстояниях перемещения. Они ошибочно полагают, что если исполнительный механизм хорошо работает на коротких участках, он будет так же хорошо работать и на длинных. Хотя многие типы линейных систем отвечают двум из трех требований, которые обычно предъявляют инженеры (большие расстояния перемещения, высокая скорость и высокая точность позиционирования), линейные мотор-приводы — единственные, которые обеспечивают все три без компромиссов. Они часто используются в полупроводниковом производстве, контроле качества бытовой электроники, медицине и биологических науках, станкостроении, полиграфии и упаковке.

Для начала немного определим понятия линейных двигателей. По сути, линейный двигатель — это вращающийся двигатель, обмотка которого развернута и расположена плоско. Это позволяет двигателю напрямую соединяться с линейной нагрузкой. В отличие от них, в других конструкциях используется вращающийся двигатель, соединенный механически, что может приводить к люфту, потерям эффективности и другим неточностям. Кроме того, линейные двигатели, как правило, имеют более высокие максимальные скорости по сравнению с шариковинтовыми двигателями той же длины хода.

Сегодня используются три основных типа линейных двигателей. Первый — это двигатели с железным сердечником, в которых катушки намотаны вокруг зубцов из ферромагнитных материалов и обернуты ламинатом. Эти двигатели обладают наибольшей силой на единицу размера и хорошей теплопередачей, а также, как правило, являются самыми недорогими. Однако наличие железа в двигателе приводит к увеличению пульсаций крутящего момента (из-за взаимодействия магнитов двигателя), поэтому они часто несколько менее точны, чем второй тип — безжелезные линейные двигатели.

Как следует из названия, в безжелезных линейных двигателях внутри нет железа. Силовой элемент представляет собой, по сути, эпоксидную пластину, в которую вставлены плотно намотанные медные катушки. Он скользит между двумя рядами магнитов, расположенных друг напротив друга (это также известно как U-образный магнитный канал). Разделительная планка вдоль одной стороны магнитов соединяет их между собой. Главные преимущества безжелезных двигателей — меньшие силы притяжения и отсутствие пульсаций. Это делает их более точными, чем двигатели с железным сердечником. Однако два ряда магнитов делают безжелезные двигатели дороже, чем версии с железным сердечником. Управление теплопередачей также может быть сложным, поэтому важно на раннем этапе понять, существует ли риск перегрева в конкретном применении. В новейших безжелезных двигателях используются перекрывающиеся катушки, которые обеспечивают больший контакт с поверхностью для рассеивания тепла. Такая конструкция также позволяет двигателю иметь более высокую плотность силы.

Третий и последний тип — это линейные двигатели без пазов, которые, по сути, являются гибридами первых двух типов. В двигателе без пазов, как и в двигателях с железным сердечником, используется один ряд магнитов, что помогает снизить его стоимость. Ламинированный задний сердечник обеспечивает хорошую теплопередачу, а также меньшие силы притяжения и зубчатость, чем у двигателей с железным сердечником. Помимо более низкой цены, двигатели без пазов также обладают преимуществом меньшей высоты по сравнению с двигателями без железного сердечника. Для конструкторов, которые ставят во главу угла максимально малые размеры компонентов в своих машинах, каждый сэкономленный миллиметр пространства может иметь решающее значение.

В: Как узнать, подходит ли данный исполнительный механизм для использования в конкретной среде?

А. Слишком часто инженеры-конструкторы выбирают приводы изолированно, не учитывая, где они будут использоваться. Линейные приводы имеют важные подвижные части, которые правильно работают только в тех условиях, для которых они были спроектированы и изготовлены. Использование неподходящего линейного привода может вызвать проблемы, начиная от неправильной работы и заканчивая непоправимым повреждением самого привода. Для «загрязняющих» применений, таких как режущий инструмент, который отбрасывает частицы и отходы, привод потребует герметизации и защиты для предотвращения попадания загрязнений.

С другой стороны, привод без надлежащей защиты может внести загрязнения в чистую среду, что поставит под угрозу работоспособность устройства. Естественный износ со временем приводит к образованию частиц на линейных платформах. В чистых помещениях или вакуумных средах часто используется оборудование, не выделяющее частиц, поэтому крайне важно, чтобы приводы, используемые в таких условиях, были оснащены уплотнениями и защитными экранами для предотвращения попадания частиц в окружающую среду. Некоторые механические устройства, обеспечивающие линейное перемещение, например, в полупроводниковой промышленности, перемещаются всего на несколько микрон за раз, поэтому даже минимальное загрязнение может поставить под угрозу работоспособность устройства.

Уплотнения и защитные кожухи предохраняют важные компоненты от воздействия агрессивных сред, позволяя линейным актуаторам работать так, как они и были задуманы. В чистых средах уплотнения и защитные кожухи защищают окружающую среду от возможных загрязнений, создаваемых актуатором, а не от самого актуатора. В дополнение к уплотнениям и защитным кожухам, линейные актуаторы, изготовленные на заказ, могут быть оснащены портами избыточного давления, которые удаляют загрязнения изнутри устройства, обеспечивая максимальную производительность и срок службы.

При выборе линейных актуаторов необходимо учитывать множество факторов окружающей среды. К ним относятся температура окружающей среды, наличие влаги, воздействие химических веществ и газов (кроме комнатного воздуха), радиация, уровень давления воздуха (для применений, выполняемых в вакууме), чистота и наличие расположенного поблизости оборудования. Например, находится ли поблизости оборудование, которое может передавать вибрации, влияющие на работу линейного привода?

Степень защиты от проникновения влаги и пыли (IP), обычно указываемая в технических характеристиках линейного каскада, показывает, обеспечивает ли он надлежащую защиту от воздействия конкретных условий окружающей среды. Степень защиты IP определяет уровень эффективности герметизации корпуса от проникновения посторонних предметов (пыли и грязи) и различной влажности.

Класс защиты корпуса обозначается как «IP-», за которым следуют две цифры. Первая цифра указывает степень защиты от движущихся частей и посторонних предметов. Вторая цифра определяет уровень защиты от воздействия различных уровней влажности (от капель и брызг до полного погружения).

Проверка степени защиты IP на раннем этапе выбора привода — это быстрый и простой способ отсеять устройства, не подходящие для данной среды. Например, привод с классом защиты IP30 не обеспечивает защиту от влаги, но защитит от попадания мелких предметов. Если защита от влаги крайне важна, ищите привод с более высоким классом защиты, например, IP54, который защищает от пыли и брызг воды. Однако приводы без защиты от проникновения влаги могут стать экономичной альтернативой для сред, где загрязнения не представляют проблемы.