תצורה אופיינית של עיצוב מערכת תנועה

תנועה ליניארית היא מרכזית במכונות נעות רבות, ואופי ההנעה הישירה של מנועים ליניאריים יכול לפשט את עיצוב המכונה הכולל ביישומים אלה. יתרונות נוספים כוללים קשיחות משופרת, מכיוון שמנועים ליניאריים מקובעים ישירות לעומס.

שילוב המנועים הללו (והרכיבים ההיקפיים שהם דורשים) עשוי להיראות מרתיע, אך ניתן לפרק את התהליך לחמישה שלבים פשוטים. ביצוע תהליך זה שלב אחר שלב מאפשר לבוני מכונות ורובוטים לקצור יתרונות מוטוריים ליניאריים ללא מאמץ או מורכבות מיותרים.

1. קבעו סוג מנוע: ליבת ברזל לעומת ללא ברזל

הצעד הראשון הוא לבחור את המנוע הליניארי מהסוגים הזמינים.

מנועי ליבת ברזל: מנועי ליבת ברזל הם הנפוצים ביותר, ומתאימים ליישומי אוטומציה כלליים. ליבת ברזל מתייחסת למבנה הסליל של מנוע זה, המורכב מלמינציות של ליבת ברזל. תצורה טיפוסית מורכבת ממסלול מגנט נייח חד צדדי וסליל או כוח מנוע נע. ליבת הברזל ממקסמת את כוח הדחף שנוצר, ויוצרת כוח משיכה מגנטי בין הסליל והמגנטים.

ניתן להשתמש בכוח המשיכה המגנטי הזה כדי להגביר ביעילות את הקשיחות של מערכת ההנחיה הליניארית על ידי טעינת מיסבי התנועה הליניארית מראש. טעינה מוקדמת מגנטית יכולה גם להגביר את תגובת התדרים של המערכת על ידי שיפור האטה והתיישבות.

מצד שני, כוח המשיכה חייב להיות נתמך כראוי על ידי יכולת עומס מוגברת מאברים תומכים וממיסבים ליניאריים. זה עלול לפגוע בחופש התכנון המכני של המכונה.

תצורה שנייה של מנוע ליניארי של ליבת ברזל מורכבת מזוג מסלולי מגנט נייחים הממוקמים משני צידי הסליל הנע. מבנה פטנט זה שולל את ההשפעות של משיכה מגנטית תוך מתן הכוח הגבוה ביותר לכל שטח חתך. העיצוב המאוזן מפחית את עומס המיסבים, ומאפשר שימוש במיסבים קטנים יותר של תנועה ליניארית והפחתת רעש המיסבים.

Motionsystemdesign Com Motors Drives 0111 יתרונות מנועים ללא ברזל: קיימים גם מנועים לינאריים ללא ברזל; למנועים אלו אין ברזל בסלילים, כך שאין משיכה בין חברי המנוע.

הסוג הנפוץ ביותר ללא ברזל הוא ערוץ U: שני מסלולים מגנטיים מחוברים ליצירת תעלה בה נע סליל המנוע (או הכוח). מנוע זה אידיאלי עבור יישומים הדורשים אדוות במהירות נמוכה ותאוצה גבוהה. כוח משיכה אפס ואפס גלגל שיניים של הקונסטרוקציה חסרת הברזל ממזער את אדוות המומנט; התאוצה מוגברת מכיוון שהסליל קל יחסית.

תצורה שנייה ללא ברזל היא בצורת גליל. מגנטים מוערמים בתוך צינור נירוסטה, וסליל המנוע נע סביב הצילינדר. תצורה זו מתאימה בעת החלפת ברגי כדור, מכיוון שהיא מייצרת מהירויות גבוהות בהרבה ודיוק מיקום בערך באותה מעטפה.

גודל סליל ואורך מסלול

לא משנה מה התצורה, כל סלילי המנוע הליניארי צריכים להיות בגודל לדרישות היישום: עומס מופעל, פרופיל תנועת יעד, מחזור עבודה, דיוק, דיוק, חיי שירות וסביבת הפעלה. טיפ: גייס תמיכה טכנית מיצרני מנועים ליניאריים ותוכנות לשינוי מידות (שלרוב היא חינמית) כדי לבחור את סוג המנוע והגודל הטובים ביותר עבור יישום מסוים.

קטעי מסלול מגנט מוצעים במספר אורכים וניתן לערום אותם מקצה לקצה כדי להשיג את אורך הנסיעה היעד, כאשר אורך המגנט הכולל הוא כמעט בלתי מוגבל. כדי לפשט את העיצוב ולהפחית עלויות, עדיף להשתמש בקטעי מסלול המגנטים הארוכים ביותר הזמינים מהיצרן.

2. החליטו על מקודד

השלב השני בעת תכנון מערכת מנוע ליניארי הוא בחירת המקודד הליניארי. הנפוצים ביותר הם מקודדים ליניאריים אינקרמנטליים עם חיישני ראש קריאה אופטיים או מגנטיים. בחר מקודד עם הרזולוציה והדיוק הנדרשים לאפליקציה, וכזה שמתאים לסביבת המכונה.

משוב מקודד נשלח בדרך כלל חזרה למגבר הסרוו באמצעות רכבת אנלוגית סינוסואידית או דיגיטלית. אפשרות נוספת היא משוב מקודד טורי במהירות גבוהה - מספק קצבי נתונים גבוהים יותר, רזולוציית סיביות גבוהה יותר, חסינות רבה יותר לרעש, אורכי כבלים ארוכים יותר ומידע אזעקה מקיף.

תקשורת טורית מתחברת בשתי דרכים.

תקשורת ישירה בין המגבר למקודד אפשרית עם מקודדים הכוללים פרוטוקול מקודד טורי התואם למגבר.

כאשר לקודד אין פלט טורי (או כאשר פרוטוקול הפלט הטורי אינו תואם למגבר) ניתן להשתמש במודול ממיר טורי. במקרה זה, המודול מקבל אות אנלוגי מהמקודד יחד עם אות חיישן הול, מחלק את האות האנלוגי ומשדר את נתוני האות הללו באופן סדרתי למגבר הסרוו. נעשה שימוש בנתוני חיישן הול בעת הפעלה וכדי לאמת משוב מקודד.

מספר יצרני מקודדים לינאריים מציעים כעת מקודדים לינאריים מוחלטים התומכים במגוון פרוטוקולי תקשורת טוריים, כולל פרוטוקולים קנייניים של יצרני מגברים של צד שלישי.

3. בחר את המגבר

השלב השלישי בתהליך העיצוב הוא בחירת מגבר הסרוו. המגבר חייב להיות בגודל נכון בהתבסס על המנוע.

Plug and play היא תכונה שיכולה להיות מוצעת רק על ידי ספקים שמייצרים גם מנועי סרוו וגם מגברים. ספקים מסוימים מספקים Plug and Play כדי להפחית את זמן האתחול ולהבטיח תצורה נכונה.

חלק ממגברי סרוו כוללים זיהוי מנוע אוטומטי ומצב נטול כוונון, אשר מונעים את הצורך לכוונן את מערכת הסרוו. עם תוכנה זו, מפרטי המנוע (כולל מאפייני עומס יתר) מועלים אוטומטית למגבר הסרוו מהמנוע בעת ההפעלה. זה מסיר שגיאות משתמש פוטנציאליות בעת הזנת מפרטי מנוע, ומבטל למעשה את הסיכון לבריחת מנוע ושגיאות שלב.

4. בחר חברי תמיכה ומסבים

שני שלבי התכנון הסופיים הולכים יד ביד להשלמת תכנון מערכת המנוע הליניארי: השלב הרביעי הוא בחירת מערכת נושאת תנועה ליניארית, והחמישי הוא תכנון איברי התמיכה.

ישנם שני יישורים חשובים ברוב מכלולי המנוע הליניאריים: מרחק הפער בין המנוע למגנט בין הסליל למסלול המגנט, ומרחק הפער בין ראש הקריאה של המקודד לסולם הליניארי. הקריטריון האחרון בוטל בעת בחירת מקודד ליניארי סגור.

טיפים:

מיסבי התנועה הליניארית צריכים לספק דיוק מספיק כדי לעמוד בסובלנות המרווחים, בעוד שאיברי התמיכה צריכים להיות מתוכננים כך שירווחו כראוי את הרכיבים ויעמדו בדרישות ההקבלה של המיסבים הליניאריים והמקודד.

לאחר שקריטריונים אלה מתקיימים, הבחירה והעיצוב של המסבים והאיברים התומכים תלויים בסופו של דבר בדרישות הביצועים של המכונה. יישומים הדורשים דיוק ודיוק גבוהים זקוקים למקודד ברזולוציה גבוהה ובדיוק גבוה, בתוספת מיסבים ליניאריים בעלי דיוק גבוה.

בעת גודל מיסבים אלה, חשבו על המטען וכוחות המשיכה המגנטיים הקשורים למנועים ליניאריים בליבת ברזל. במקרים רבים, האיברים התומכים של המסבים הליניאריים ומסלולי המגנט יכולים להיות חלק בלתי נפרד ממסגרת המכונה.