Типова конфігурація конструкції системи руху

Лінійний рух є центральним для багатьох рухомих машин, а прямий привід лінійних двигунів може спростити загальну конструкцію машин у цих застосуваннях. Інші переваги включають підвищену жорсткість, оскільки лінійні двигуни закріплені безпосередньо до навантаження.

Інтеграція цих двигунів (та необхідних для них периферійних компонентів) може здатися складною, але процес можна розбити на п'ять простих кроків. Дотримання цього покрокового процесу дозволяє виробникам машин і роботів отримувати переваги лінійних двигунів без зайвих зусиль чи складнощів.

1. Визначте тип двигуна: із залізним сердечником чи без заліза

Перший крок – вибрати лінійний двигун з доступних типів.

Двигуни із залізним сердечником: Двигуни із залізним сердечником є ​​найпоширенішими та підходять для загальної автоматизації. Залізний сердечник означає конструкцію котушки цього двигуна, яка складається з пластин залізного сердечника. Типова конфігурація складається з односторонньої нерухомої магнітної доріжки та рухомої котушки двигуна або силового механізму. Залізний сердечник максимізує генеровану силу тяги та створює силу магнітного тяжіння між котушкою та магнітами.

Цю силу магнітного тяжіння можна ефективно використовувати для підвищення жорсткості лінійної системи направляючих шляхом попереднього натягу підшипників лінійного руху. Магнітне попереднє натягування також може покращити частотну характеристику системи, покращуючи уповільнення та стабілізацію.

З іншого боку, сила тяжіння повинна належним чином підтримуватися збільшеною вантажопідйомністю опорних елементів та лінійних підшипників. Це може погіршити свободу механічного проектування машини.

Друга конфігурація лінійного двигуна із залізним сердечником складається з пари стаціонарних магнітних доріжок, розміщених по обидва боки рухомої котушки. Ця запатентована конструкція усуває вплив магнітного тяжіння, забезпечуючи при цьому найвищу силу на площу поперечного перерізу. Збалансована конструкція зменшує навантаження на підшипник, що дозволяє використовувати менші підшипники лінійного переміщення та зменшує шум підшипників.

Motionsystemdesign Com Motors Drives 0111 Переваги Беззалізні двигуни: Також існують лінійні двигуни без заліза; ці двигуни не мають заліза в своїх котушках, тому між елементами двигуна немає притягання.

Найпоширенішим типом безжелезного двигуна є U-канал: дві магнітні доріжки з'єднані, утворюючи канал, в якому рухається котушка двигуна (або силовий механізм). Цей двигун ідеально підходить для застосувань, що вимагають низької пульсації швидкості та високого прискорення. Нульова сила тяжіння та відсутність зубчастих зубців у безжелезній конструкції мінімізують пульсації крутного моменту; прискорення збільшується завдяки відносно легкій котушці.

Друга беззалізна конфігурація має форму циліндра. Магніти розташовані всередині трубки з нержавіючої сталі, а котушка двигуна рухається навколо циліндра. Така конфігурація підходить для заміни кулькових гвинтів, оскільки забезпечує набагато вищі швидкості та точність позиціонування приблизно за тих самих умов.

Розмір котушки та довжина доріжки

Незалежно від конфігурації, розмір усіх котушок лінійних двигунів слід підбирати відповідно до вимог застосування: прикладеного навантаження, профілю переміщення цілі, робочого циклу, точності, прецизійності, терміну служби та умов експлуатації. Порада: зверніться за технічною підтримкою до виробників лінійних двигунів та програмного забезпечення для визначення розмірів (яке часто є безкоштовним), щоб вибрати найкращий тип та розмір двигуна для конкретного застосування.

Секції магнітної доріжки пропонуються різної довжини та можуть складатися одна в одну для досягнення цільової довжини ходу, при цьому загальна довжина магніту практично необмежена. Для спрощення проектування та зменшення витрат найкраще використовувати секції магнітної доріжки найдовшої довжини, доступні у виробника.

2. Виберіть кодер

Другим кроком при проектуванні системи лінійного двигуна є вибір лінійного енкодера. Найпоширенішими є інкрементальні лінійні енкодери з оптичними або магнітними датчиками зчитувальної головки. Виберіть енкодер з необхідною роздільною здатністю та точністю для застосування, а також такий, що підходить для машинного середовища.

Зворотний зв'язок від енкодера зазвичай надсилається назад до сервопідсилювача через синусоїдальний аналоговий або цифровий послідовність імпульсів. Іншим варіантом є високошвидкісний послідовний зворотний зв'язок від енкодера, який забезпечує вищу швидкість передачі даних, вищу роздільну здатність у біти, кращу завадостійкість, довші кабелі та вичерпну інформацію про тривогу.

Послідовні комунікації з'єднуються двома способами.

Прямий зв'язок між підсилювачем та кодером можливий завдяки кодерам, що мають послідовний протокол кодера, сумісний з підсилювачем.

Якщо енкодер не має послідовного виходу (або якщо протокол послідовного виходу несумісний з підсилювачем), можна використовувати модуль послідовного перетворювача. У цьому випадку модуль приймає аналоговий сигнал від енкодера разом із сигналом датчика Холла, розділяє аналоговий сигнал і передає ці дані послідовно до сервопідсилювача. Дані датчика Холла використовуються під час увімкнення живлення та для перевірки зворотного зв'язку енкодера.

Кілька виробників лінійних енкодерів зараз пропонують абсолютні лінійні енкодери, які підтримують різноманітні протоколи послідовного зв'язку, включаючи власні протоколи від сторонніх виробників підсилювачів.

3. Виберіть підсилювач

Третім кроком у процесі проектування є вибір сервопідсилювача. Підсилювач повинен бути правильно підібраний відповідно до двигуна.

Функція «Плуг і працюй» може бути запропонована лише постачальниками, що виробляють як серводвигуни, так і підсилювачі. Деякі постачальники пропонують функцію «Плуг і працюй», щоб скоротити час запуску та забезпечити правильне налаштування.

Деякі сервопідсилювачі мають автоматичне розпізнавання двигуна та режим без налаштування, що усуває необхідність налаштування сервосистеми. За допомогою цього програмного забезпечення характеристики двигуна (включаючи характеристики перевантаження) автоматично завантажуються в сервопідсилювач з двигуна під час увімкнення. Це усуває потенційну помилку користувача під час введення характеристик двигуна, практично усуваючи ризик розгону двигуна та помилок фазування.

4. Виберіть опорні елементи та підшипники

Два останні кроки проектування йдуть пліч-о-пліч для завершення проектування системи лінійного двигуна: четвертий крок – вибір системи підшипників лінійного руху, а п'ятий – проектування опорних елементів.

У більшості лінійних двигунів є два важливі параметри вирівнювання: зазор між двигуном і магнітом, що знаходиться між котушкою та магнітною доріжкою, та зазор між зчитувальною головкою енкодера та лінійною шкалою. Останній критерій усувається при виборі лінійного енкодера в корпусі.

Поради:

Підшипники лінійного руху повинні забезпечувати достатню точність для дотримання допусків зазорів, тоді як опорні елементи повинні бути спроектовані таким чином, щоб правильно розташовувати компоненти та відповідати вимогам паралельності лінійних підшипників та енкодера.

Після виконання цих критеріїв вибір та конструкція підшипників і опорних елементів зрештою залежать від вимог до продуктивності машини. Застосування, що потребують високої точності та прецизійності, потребують високоточного енкодера з високою роздільною здатністю та високою точністю, а також високоточних лінійних підшипників.

Під час визначення розмірів цих підшипників враховуйте корисне навантаження та сили магнітного тяжіння, пов'язані з лінійними двигунами із залізним сердечником. У багатьох випадках опорні елементи лінійних підшипників та магнітних доріжок можуть бути невід'ємною частиною рами машини.