التكوين النموذجي لتصميم نظام الحركة

تُعدّ الحركة الخطية أساسية في العديد من الآلات المتحركة، ويمكن لطبيعة الدفع المباشر للمحركات الخطية أن تُبسّط تصميم الآلة بشكل عام في هذه التطبيقات. ومن المزايا الأخرى تحسين الصلابة، لأن المحركات الخطية مثبتة مباشرة على الحمل.

قد يبدو دمج هذه المحركات (والمكونات الطرفية اللازمة لها) أمرًا شاقًا، لكن يمكن تقسيم العملية إلى خمس خطوات بسيطة. باتباع هذه الخطوات المتسلسلة، يستطيع مصممو الآلات والروبوتات الاستفادة من مزايا المحركات الخطية دون بذل جهد إضافي أو تعقيد.

1. تحديد نوع المحرك: ذو قلب حديدي مقابل بدون قلب حديدي

الخطوة الأولى هي اختيار المحرك الخطي من بين الأنواع المتاحة.

محركات ذات قلب حديدي: تُعدّ المحركات ذات القلب الحديدي الأكثر شيوعًا، وهي مناسبة لتطبيقات الأتمتة العامة. يشير مصطلح "القلب الحديدي" إلى بنية ملف هذا المحرك، والذي يتكون من صفائح حديدية. يتألف التكوين النموذجي من مسار مغناطيسي ثابت أحادي الجانب وملف محرك متحرك أو قوة دفع. يعمل القلب الحديدي على زيادة قوة الدفع المتولدة إلى أقصى حد، ويُنشئ قوة جذب مغناطيسية بين الملف والمغناطيسات.

يمكن استخدام قوة الجذب المغناطيسي هذه لزيادة صلابة نظام التوجيه الخطي بشكل فعال عن طريق التحميل المسبق لمحامل الحركة الخطية. كما يمكن للتحميل المسبق المغناطيسي أن يعزز استجابة تردد النظام من خلال تحسين التباطؤ والاستقرار.

من جهة أخرى، يجب دعم قوة الجذب بشكل مناسب من خلال زيادة قدرة التحميل من العناصر الداعمة والمحامل الخطية. قد يؤدي ذلك إلى تقليل حرية التصميم الميكانيكي للآلة.

يتألف تصميم المحرك الخطي الثاني ذو القلب الحديدي من مسارين مغناطيسيين ثابتين موضوعين على جانبي الملف المتحرك. هذا التصميم الحاصل على براءة اختراع يُلغي تأثيرات التجاذب المغناطيسي مع توفير أعلى قوة لكل وحدة مساحة مقطع عرضي. يقلل التصميم المتوازن من حمل المحامل، مما يسمح باستخدام محامل حركة خطية أصغر حجمًا ويقلل من ضوضاء المحامل.

Motionsystemdesign Com Motors Drives 0111 المزايا: المحركات بدون حديد: توجد أيضًا محركات خطية بدون حديد؛ لا تحتوي هذه المحركات على حديد في ملفاتها، لذلك لا يوجد تجاذب بين أجزاء المحرك.

أكثر أنواع المحركات عديمة الحديد شيوعًا هو محرك القناة على شكل حرف U: حيث يتصل مساران مغناطيسيان لتشكيل قناة يتحرك فيها ملف المحرك (أو القوة الدافعة). يُعد هذا المحرك مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب تموجًا منخفضًا في السرعة وتسارعًا عاليًا. إن انعدام قوة الجذب وانعدام التموج في تصميم المحرك عديم الحديد يقللان من تموج عزم الدوران؛ كما يزداد التسارع نظرًا لخفة وزن الملف نسبيًا.

يأتي تصميم آخر بدون حديد على شكل أسطوانة. تُكدّس المغناطيسات داخل أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ، ويتحرك ملف المحرك حول الأسطوانة. يُعدّ هذا التصميم مناسبًا عند استبدال براغي الكرات، حيث يُنتج سرعات أعلى بكثير ودقة تحديد مواقع أفضل ضمن نفس النطاق تقريبًا.

حجم اللفائف وطول المسار

بغض النظر عن التكوين، يجب تحديد حجم جميع ملفات المحركات الخطية وفقًا لمتطلبات التطبيق: الحمل المطبق، ونمط الحركة المستهدف، ودورة التشغيل، والدقة، والضبط، والعمر الافتراضي، وبيئة التشغيل. نصيحة: استعن بالدعم الفني من مصنعي المحركات الخطية وبرامج تحديد الحجم (والتي غالبًا ما تكون مجانية) لاختيار أفضل نوع وحجم للمحرك لتطبيق معين.

تتوفر أقسام مسار المغناطيس بأطوال متعددة، ويمكن تكديسها جنبًا إلى جنب لتحقيق طول الحركة المطلوب، مع إمكانية الوصول إلى طول المغناطيس الإجمالي غير المحدود عمليًا. ولتبسيط التصميم وخفض التكاليف، يُفضل استخدام أطول أقسام مسار المغناطيس المتوفرة من الشركة المصنعة.

2. تحديد جهاز التشفير

تتمثل الخطوة الثانية في تصميم نظام محرك خطي في اختيار المشفر الخطي. أكثرها شيوعًا هي المشفرات الخطية التزايدية المزودة بمستشعرات قراءة بصرية أو مغناطيسية. اختر مشفرًا يتمتع بالدقة والوضوح المطلوبين للتطبيق، ومتوافقًا مع بيئة الماكينة.

تُرسل بيانات التغذية الراجعة من المُشفِّر عادةً إلى مُضخِّم المؤازرة عبر سلسلة نبضات تناظرية جيبية أو رقمية. وثمة خيار آخر يتمثل في التغذية الراجعة التسلسلية عالية السرعة من المُشفِّر، والتي توفر معدلات بيانات أعلى، ودقة بت أعلى، ومقاومة أكبر للتشويش، وأطوال كابلات أطول، ومعلومات إنذار شاملة.

تتصل الاتصالات التسلسلية بطريقتين.

يمكن إجراء اتصال مباشر بين المضخم والمشفر باستخدام مشفرات تتميز ببروتوكول تشفير تسلسلي متوافق مع المضخم.

في حال عدم وجود مخرج تسلسلي للمشفّر (أو في حال عدم توافق بروتوكول المخرج التسلسلي مع المُضخّم)، يُمكن استخدام وحدة تحويل تسلسلي. في هذه الحالة، تستقبل الوحدة إشارة تناظرية من المشفّر بالإضافة إلى إشارة مستشعر هول، ثم تُقسّم الإشارة التناظرية، وتُرسل بيانات هذه الإشارة تسلسليًا إلى مُضخّم المؤازرة. تُستخدم بيانات مستشعر هول عند بدء التشغيل وللتحقق من تغذية المشفّر الراجعة.

يقدم العديد من مصنعي أجهزة التشفير الخطي الآن أجهزة تشفير خطية مطلقة تدعم مجموعة متنوعة من بروتوكولات الاتصال التسلسلي، بما في ذلك البروتوكولات الخاصة بمصنعي مكبرات الصوت من جهات خارجية.

3. اختر مكبر الصوت

تتمثل الخطوة الثالثة في عملية التصميم في اختيار مضخم المؤازرة. يجب أن يكون حجم المضخم مناسبًا بناءً على حجم المحرك.

خاصية التوصيل والتشغيل متاحة فقط لدى الموردين الذين يصنعون كلاً من المحركات المؤازرة والمضخمات. يوفر بعض الموردين هذه الخاصية لتقليل وقت بدء التشغيل وضمان الإعداد الصحيح.

تتميز بعض مضخمات المؤازرة بخاصية التعرف التلقائي على المحرك ووضع التشغيل بدون ضبط، مما يُغني عن الحاجة إلى ضبط نظام المؤازرة. وبفضل هذا البرنامج، تُحمّل مواصفات المحرك (بما في ذلك خصائص التحميل الزائد) تلقائيًا إلى مضخم المؤازرة من المحرك عند التشغيل. وهذا يُزيل احتمالية الخطأ البشري عند إدخال مواصفات المحرك، مما يُقلل بشكل كبير من خطر تسارع المحرك بشكل غير طبيعي وأخطاء الطور.

4. اختيار عناصر الدعم والمحامل

تتكامل خطوتا التصميم الأخيرتان لإكمال تصميم نظام المحرك الخطي: الخطوة الرابعة هي اختيار نظام محمل الحركة الخطية، والخطوة الخامسة هي تصميم عناصر الدعم.

يوجد معياران مهمان للمحاذاة في معظم مجموعات المحركات الخطية: المسافة بين المحرك والمغناطيس (المسافة بين الملف ومسار المغناطيس)، والمسافة بين رأس قراءة المشفر والمقياس الخطي. يتم الاستغناء عن المعيار الأخير عند اختيار مشفر خطي مغلق.

نصائح:

ينبغي أن توفر محامل الحركة الخطية دقة كافية لتلبية متطلبات التفاوتات في الفجوة، في حين يجب تصميم عناصر الدعم لتباعد المكونات بشكل صحيح وتلبية متطلبات التوازي للمحامل الخطية والمشفر.

بمجرد استيفاء هذه المعايير، يعتمد اختيار وتصميم المحامل وعناصر الدعم في نهاية المطاف على متطلبات أداء الآلة. تتطلب التطبيقات التي تتطلب دقة عالية وجود مشفر عالي الدقة والوضوح، بالإضافة إلى محامل خطية عالية الدقة.

عند تحديد أبعاد هذه المحامل، يجب مراعاة الحمولة وقوى الجذب المغناطيسي المرتبطة بالمحركات الخطية ذات القلب الحديدي. في كثير من الحالات، يمكن أن تكون العناصر الداعمة للمحامل الخطية ومسارات المغناطيس جزءًا لا يتجزأ من هيكل الآلة.