Lineaarisia liikejärjestelmiä löytyy lukemattomista koneista, mukaan lukien tarkkuuslaserleikkausjärjestelmät, laboratorioautomaatiolaitteet, puolijohteiden valmistuskoneet, CNC -koneet, tehdasautomaatio ja monet muut liian paljon luetteloon. Ne vaihtelevat suhteellisen yksinkertaisista, kuten matkustaja-ajoneuvon edullisesta istuintoimilaitteesta, monimutkaiseen, moniakseliseen koordinaattijärjestelmään, joka on täydellisenä ohjaus- ja ohjauselektroniikan kanssa suljetun silmukan paikannusta varten. Riippumatta siitä, kuinka yksinkertainen tai monimutkainen lineaarinen liikejärjestelmä, kaikkein perustasolla, heillä kaikilla on yksi yhteinen asia: kuorman siirtäminen lineaarisen etäisyyden läpi tietyssä ajassa.

Yksi yleisimmistä kysymyksistä suunnitellessaan lineaarista liikejärjestelmää keskittyy moottoritekniikkaan. Kun tekniikka on valittu, moottori on koottava vastaamaan kuormituksen kiihtyvyyden vaatimuksia, järjestelmän kitkan voittamista ja painovoiman vaikutuksen voittamista, samalla kun se ylläpitää turvallista maksimaalista käyttölämpötilaa. Moottorin vääntömomentti, nopeus, teho ja paikannuskyky ovat moottorin suunnittelun funktio yhdistettynä asemaan ja ohjaukseen.

Millä moottorilla minun pitäisi aloittaa?

On paljon sovelluskysymyksiä, jotka on otettava huomioon suunnitellessasi lineaarista liikejärjestelmää tietyn moottoritekniikan avulla. Koko prosessin tyhjentävä selitys on tämän artikkelin ulkopuolella. Tarkoituksena on saada sinut ajattelemaan oikeita kysymyksiä puhuessasi moottorin toimittajan kanssa.

Jokaiselle sovellukselle ei ole sellaista asiaa kuin paras moottori, vaan pikemminkin paras moottori tietylle sovellukselle. Suurimmassa osassa inkrementaalisia liikesovelluksia valinta on joko askelmoottori, harja DC -moottori tai harjaton DC -moottori. Monimutkaisimmat liikejärjestelmät voivat käyttää lineaarisia moottoreita, jotka on kytketty suoraan kuormaan, välttäen mekaanisen tehon muuntamisen tarvetta; Lyijyruuvin/palloruuvin, vaihdelaatikon tai hihnapyörän järjestelmän kautta ei tarvita käännöstä. Vaikka suurin tarkkuus, toistettavuus ja paikannusresoluutio voidaan saavuttaa Coreless Direct Drive -lineaarisilla servojärjestelmillä, ne ovat korkeimmat kustannukset ja monimutkaisuus verrattuna kiertomoottoreihin. Rotary -moottoreita käyttävä arkkitehtuuri on paljon halvempaa ja täyttää suurimman osan lineaarisista liikkeen sovelluksista; Kuorman ajamiseen tarvitaan kuitenkin joitain keinoja "kierto-lineaariseen" muuntamiseen (ja seurauksena tehon muuntamiseen).

Askekka-, harja- ja harjattomia moottoreita pidetään DC -moottoreina; On kuitenkin olemassa hienouksia, jotka saavat insinöörin suosimaan yhtä tyyppiä kahdessa muussa tietyssä sovelluksessa. On korostettava, että tämä valinta on erittäin riippuvainen järjestelmän suunnitteluvaatimuksista, ei vain nopeuden ja vääntömomentin, myös paikannustarkkuuden, toistettavuuden ja resoluutiovaatimusten suhteen. Jokaiselle sovellukselle ei ole täydellistä moottoria, ja kaikki päätökset vaativat suunnittelun kompromisseja. Perusteellisimmalla tasolla kaikkia moottoreita, riippumatta siitä, kutsutaanko niitä AC- tai DC-, harjaksi, harjatonta tai mitä tahansa muuta sähkömoottoria tässä asiassa, toimivat samalla fysiikan periaatteella vääntömomentin tuottamiseksi: magneettikenttien vuorovaikutus. Dramaattisia eroja on kuitenkin tavalla, jolla nämä eri moottoritekniikat reagoivat tietyissä sovelluksissa. Moottorin yleinen suorituskyky, vaste ja vääntömomentin muodostuminen riippuu fysikaalisesta moottorin suunnittelulle ominaisesta kentän viritys- ja magneettisen piirin geometrian menetelmästä, ohjaimen/aseman tulojännitteen ja virran ohjaamisesta ja nopeuden tai sijainnin palautteen menetelmästä, jos sovellus vaatii.

DC Stepper, Brush Servo ja harjaton servomoottoritekniikka käyttävät kaikki tasavirtahyökkäystä niiden virran saamiseksi. Lineaaristen liikesovellusten osalta tämä ei tarkoita, että kiinteä tasavirtalähde voidaan levittää suoraan moottorin käämiöihin; Käämitysvirran (joka liittyy lähtö vääntömomenttiin) ja käämityksen jännitteen (liittyy lähtösuuntaan), tarvitaan elektroniikkaa. Alla lueteltu on yhteenveto kolmen tekniikan vahvuuksista ja heikkouksista.

Lineaarisen järjestelmän suunnittelu alkaa kuormitusmassasta ja kuinka nopeasti massan on kultava pisteestä A pisteeseen B. Moottorityyppi, koko ja mekaaninen muotoilu alkavat kuorman siirtämiseen tarvittavalla teholla (WATT). Alkaen kuormasta ja viime kädessä takaisin kaikkien komponenttien läpi aseman virransyöttöön, analyysi on sarja vaiheita, joiden avulla voidaan ymmärtää virranmuuntaminen järjestelmän yhdestä osasta toiseen, kun otetaan huomioon komponenttien erilaiset tehokkuudet välillä. Watts jännitteen ja virran muodossa asemaan kääntyy viime kädessä mekaanisiin lähtöihin, jotka siirtävät tiettyä kuormaa tietyssä ajassa.

Jotta saadaan viittaus kuormituksessa tarvittavasta lähtötehosta, yksinkertainen virtalaskelma auttaa moottorin palloperkkiä. Ymmärrettynä tarvittavan keskimääräisen lähtötehon, viimeistely analysoimalla tehovaatimukset työskentelemällä takaisin moottoriin ja ajamalla eri tehonmuuntamiselementtien läpi. Valmistajien tietoihin olisi viitattava eri komponenttien tehokkuuden huomioon ottamiseksi, koska tämä lopulta määrittää moottorin koon ja virtalähteen. Se on henkilökohtainen mieltymys, minkä yksiköiden kanssa työskentelee, mutta SI -yksiköt ovat erittäin suositeltavia. SI -yksiköissä työskentely välttää tarvetta muistaa useita muuntamisvakioita, ja lopputulos voidaan aina muuntaa takaisin englanninkielisiksi yksiköiksi.

Kuinka paljon virtaa tarvitaan kuorman siirtämiseen vaaditussa ajassa?

Painovoimaa vastaan ​​nostettu 9 kg: n massa vaatii noin 88N voiman. Kuorman siirtämiseen tarvittavien wattien laskeminen antaa lähtökohdan komponenttien määrittämiseksi muualla järjestelmässä. Tämä on keskimääräinen voima, jota tarvitaan 9 kg: n massalla pystysuoraan pisteestä A pisteeseen B 1 sekunnissa. Järjestelmän menetykset, kuten kitka, eivät sisälly hintaan. Vaadittava moottorin akselin teho on jonkin verran korkeampi ja riippuu muista järjestelmässä käytetyistä komponenteista, kuten vaihdelaatikko ja lyijäruuvi.

P = (f × s) / t

P = (88N × 0,2m) / 1,0S = 17,64W

Tämä on erilainen kuin järjestelmästä vaadittava huipputeho. Kun kiihtyvyys ja hidastuminen on otettu huomioon, hetkellinen voima siirtoprofiilin aikana on jonkin verran korkeampi; Kuormassa tarvittava keskimääräinen lähtöteho on kuitenkin noin 18 wattia. Kaikkien komponenttien perusteellisen analyysin jälkeen tällainen järjestelmä vaatii noin 37 W: n huipputehoa työn suorittamiseen. Nämä tiedot yhdessä useiden muiden sovellustietojen kanssa auttavat nyt valitsemaan sopivin moottoritekniikka.

Mitä moottoritekniikkaa minun pitäisi harkita?

Erinomainen paikannuskyky ja suhteellisen yksinkertaiset ohjaimet johtaisivat suunnittelijaa tarkastelemaan mahdollisuutta käyttää ensin askelmoottoria. Askelmoottori ei kuitenkaan täyttäisi pienen mekaanisen jalanjäljen vaatimusta, kun kuormitus vaatii. 37 watin huipputehovaatimus vaatisi erittäin suurta askelmoottoria. Vaikka askelmoottoreilla on erittäin korkea vääntömomentti alhaisella nopeudella, huipun nopeus ja siten siirtoprofiilin tehovaatimus ylittävät kaikkien paitsi suurimman askelmoottorin kyvyn.

Harja DC -servomoottori täyttäisi kuormitusvaatimukset, pienen mekaanisen jalanjäljen, ja sillä olisi erittäin sileä kierto alhaisella nopeudella; Tiukkojen EMC -vaatimusten vuoksi on kuitenkin todennäköisesti parasta välttää harjimoottoria tätä erityistä sovellusta varten. Tämä olisi halvempi vaihtoehto verrattuna harjattomaan järjestelmään, mutta sillä saattaa olla vaikeuksia tiukkojen EMC -vaatimusten läpikäynnissä.

Harjaton tasavirtamoottori sinimuotoisella käyttöjärjestelmällä olisi ensimmäinen valinta täyttää kaikki sovellusvaatimukset, mukaan lukien kuorma- ja liikeprofiili (suuritehot tiheys); sileä, hammasvapaa liike alhaisella nopeudella; ja pieni mekaaninen jalanjälki. Tässä tapauksessa EMI -allekirjoitus on edelleen potentiaalia käyttöelektroniikan korkean taajuuden kytkemisen vuoksi; Tätä voidaan kuitenkin lieventää käyttämällä kapeamman taajuuskaistan johtuen linja-suodatin. Harja DC -moottorilla on laajempi kaista EMI -allekirjoitus, joten suodatin on haastavampaa.

Moottorin koko on vasta alku

Tämä artikkeli oli lyhyt keskustelu suunnittelijan esittelemiseksi erilaisiin näkökohtiin valitsemalla motorinen tekniikka suhteellisen yksinkertaiseen lineaariseen liikkeen sovellukseen. Vaikka periaatteet ovat identtisiä monimutkaisemmalle järjestelmälle, kuten XY-taulukkolle tai moni-akseliselle tarkkuuspisteen mekanismille, kukin akseli on analysoitava kuormitukseksi itsenäisesti. Toinen näkökohta tämän artikkelin ulkopuolella on, kuinka valita asianmukainen turvallisuuskerroin järjestelmän halutun elinkaaren (syklien lukumäärä) saavuttamiseksi. Järjestelmän käyttöikä ei ole vain moottorin koon funktio, vaan myös muut järjestelmän mekaaniset elementit, kuten vaihdelaatikko ja lyijäruuvikorvaus. Muut tekijät, kuten paikannustarkkuus, resoluutio, toistettavuus, maksimirulla, sävelkorkeus ja sivu, jne. Ovat kaikki tärkeitä näkökohtia sen varmistamiseksi, että lineaarinen liikejärjestelmä täyttää tai ylittää sovellustavoitteet.