Araştırmacılar, doğrusal konumlandırma sistemlerinin doğruluğunu artırmanın, boşlukları azaltmanın veya ortadan kaldırmanın ve bu tür cihazların kullanımını kolaylaştırmanın yollarını aramaya devam ediyor. İşte son gelişmelere bir göz atın.

İhtiyaç duyulan doğrusal hareket az ya da çok olsun, konumlandırma doğruluğu ve güvenilirlik, doğrusal sistemlerde bulunması gereken özelliklerden bazılarıdır. Genellikle uzayda kullanılmak üzere ürün geliştiren iki araştırma merkezi, Alabama'daki Marshall Uzay Uçuş Merkezi ve Cleveland'daki Lewis Araştırma Merkezi, bu özelliklerde iyileştirmeler sunan doğrusal konumlandırma cihazları geliştirmiştir. Bu cihazlardan biri başlangıçta uzayda kullanım için, diğeri ise daha çok yeryüzü uygulamaları için geliştirilmiştir. Ancak her ikisinin de güç iletim sektörüne sunduğu avantajlar bulunmaktadır.

Marshall Uzay Uçuş Merkezi mühendisleri, uzay araçları için doğrusal bir aktüatöre ihtiyaç duyuyordu. Aktüatör, bir uzay aracının ana motorunun nozul tertibatını hareket ettirecek. Aynı yatay düzlemde ancak 90 derece döndürülmüş başka bir aktüatörle birlikte, aktüatörler aracın eğim, yuvarlanma ve sapma hareketlerini kontrol edecek. Bu hareketlerin toleransları ±0,050 inçtir.

İşlevsel olarak, aktüatör bu büyük nesnelere doğru bir şekilde kademeli doğrusal hareketler sağlamalı ve ağır yüklere karşı konumunu korumalıdır. Çözüm, elektromekanik bir doğrusal aktüatördür. Maksimum 15 cm'ye kadar kademeli hareket sağlar. Minimum stroku 0,00050 cm'den azdır. 20.000 kg'a kadar yükleri taşıyabilir.

Döner hareketi doğrusal harekete dönüştüren bu aktüatör, güçlü ve kontrollü hareket gerektiren uygulamalarda hidrolik aktüatörlerin yerini alabilecek temiz ve basit bir cihazdır. Ayrıca, temizlik ve muayene için çok az bakım gerektirir ve uçuş sisteminin onaylanması için gereken süreyi azaltmaya yardımcı olur.

Bu tasarım, bir çözücü ve nispeten yeni bir özellik olan boşluk önleyici dişli düzeneği kullanır. Çözücü, artımlı açısal hareketi ölçer ve artımlı doğrusal hareketi kontrol eder. Hassasiyeti 6 ark/dak'dır. Dönüş ve öteleme arasındaki ilişki, dişli oranları ve diş hatvesinden bilinmektedir.

İkinci özellik ise boşluk önleyici dişli düzenlemesidir. Bu düzenleme, dişli dişlerinin saat yönünde ve saat yönünün tersine sürekli temas halinde olmasını sağlar.

Bu teması sağlamak için şaft merkezlerinin hassas bir şekilde hizalanması gerekir. Üretim sırasında, şaftlar her bir montajda işlenir.

Aktüatör bileşenleri
Elektromekanik aktüatör dört montaj bölümünden oluşur: 1) iki adet 25 beygir gücünde DC motor, 2) bir dişli takımı, 3) bir doğrusal piston ve 4) bir gövde. DC motorlar dişli takımını döndürerek, dönme hareketini bir silindir vidaya iletir ve bu vida da bu hareketi çıkış pistonu aracılığıyla doğrusal harekete dönüştürür. Motorlar 34,6 oz-inç/A tork sabiti sağlar. Motorlar 125 A'da çalışır. Vidada, ünite 31.000 oz-inç veya yaklaşık 162 lb-ft tork üretir.

İki fırçasız DC motor bir montaj plakasına sabitlenmiştir. Montaj plakası, dişli sistemiyle arayüz oluşturur. Küçük bir ayar plakası, montaj sırasında işleme imkanı sunarak şaftların hassas bir şekilde hizalanmasını kolaylaştırır. Bu düzenleme aynı zamanda dişli sistemindeki boşluğun ortadan kaldırılmasına da yardımcı olur.

Pinyon dişlisi, motor şaftına kamalı bir şekilde bağlanmış ve motorun içindeki yataklarla desteklenmiştir. Pinyon, iki dişliden oluşan gergi mili tertibatıyla eşleşir. Gergi mili, hızı düşürür ve çıkış dişlisine yüksek torklar iletir. Daha önce de belirtildiği gibi, gergi dişlilerinden biri doğrudan şaftın içine işlenmiştir.

Birinci gergi dişlisi, sistemdeki dönme boşluğunu gidermek için küçük ayarlamalar yapılmasına olanak tanıyan iki parçadan oluşuyor.

Montaj sırasında, alt motor, pinyon dişlisini gergi millerindeki ayarlanabilir gergi dişlileriyle birleştirerek motor montaj plakasına monte edilir. Üst motor daha sonra motor ayar plakası kullanılarak monte edilir. Daha sonra, mühendisler motor millerini manuel olarak döndürerek gergi dişlilerini millerine göre hareket ettirir ve böylece dönme boşluğunu giderir. Üst motor daha sonra çıkarılır ve tam merkeze gelecek şekilde yeni bir ayar plakası işlenir. Bu montaj işlemi, boşluğu ortadan kaldırır.

Rulmanlar, her iki uçtaki her iki gergi milini destekler. Çıkış dişlisi, dişli makaralı bir vidalı mile kamalanmıştır. Mil, somun ve çıkış piston tertibatı doğrusal hareketler sağlar. Çıkış pistonunu sabitleyen doğrusal bir rulman ile hizasızlık önlenir.

Çubuğun ucunda ve kuyruk milinde bulunan küresel yatak düzenekleri, motor ve yapısal bileşenlere bağlanmak için montaj aparatlarını içerir.

Seçenekler
NASA mühendisleri, çözücü rotorunun piston stroku başına bir devir yapmasını sağlamak ve şaftın devir sayısını sayma ihtiyacını ortadan kaldırmak için, bir çözücüyle harmonik bir tahrik kullanabileceklerini belirtiyor. Böyle bir tahrik, çözücü rotorunun pistonun her tam stroku başına bir devir yapmasını sağlayacak bir redüksiyon oranına sahip olmalıdır.

Bu aktüatörün daha yeni, uçuş versiyonunda dört adet 15 beygir gücünde motor kullanılıyor. Daha küçük motorlar, ağırlığın yanı sıra motor ataletini de azaltıyor. Bu motorların tork sabiti 16,8 oz-in./A olup, 100 A ve 270 V'ta çalışarak 45.000 lb'lik bir yükü hareket ettirmek için gereken kuvveti sağlıyor.

Başka bir konumlandırma tasarımı
Bu üçlü vidalı konumlandırıcı uzayda kullanılmak üzere geliştirilmemiş olsa da, doğruluk ve güvenilirlikte iyileştirmeler göstermektedir. Makinelerdeki parçaları doğru bir şekilde konumlandırmak, platformları kaldırıp indirmek, paketleri hassas bir şekilde karelemek ve platformların lazer ekipmanları ve optik pirometri teleskopları için düz kalmasını sağlamak için gereken süreyi azaltır.

Tipik bir vida konumlandırma sistemi, bir plakayı hareket ettirmek için üç veya dört sabit çubuk tarafından yönlendirilen merkezden tahrikli bir manuel kontrol kullanabilir. Bu tasarım, ana konumlandırma mekanizması olarak üçlü bir vidalı mil düzeneği kullanır. Bu düzenek, plakaları birbirine paralel tutarken, plakayı sabit bir plakaya doğru veya sabit bir plakadan uzağa doğru hareket ettirir.

Montaj grubu, 27 adet atölye yapımı parça, dişliler ve yataklar gibi dokuz adet satın alınmış parça ve 65 adet çeşitli cıvata, kama yuvası, somun, rondela vb. içerir. Tüm bileşenler, üç noktalı kontrol braketi ve tek noktalı tahrik braketi üzerine monte edilmiştir. Bu montaj grupları, boşluğun taban uç plakasına hassas bir tahrik kontrol konumunda monte edilir.

Konumlandırıcı, tahrik pimlerinden birine takılan manuel bir el krankıyla veya uzaktan servo motor tahrik aparatıyla çalıştırılır. Hareket konumu bir ölçek, bir gösterge aparatı veya bir LED gösterge ile okunur. Konum ayarı 0,1 mm'ye kadar kontrol edilebilir.