מפעיל ליניארי הוא מערכת מבנית תומכת עצמית המסוגלת להפוך תנועה מעגלית לתנועה ליניארית. תנועה זו נוצרת על ידי מנוע ושולחת את התנועה (או הכוח) לאורך ציר. באופן זה, מפעילים ליניאריים פועלים בצורה שונה ממנועים חשמליים קונבנציונליים, הפועלים בתנועה מעגלית.

הבנת מהו מפעיל ליניארי היא קריטית להבנת מגוון היישומים שלו. מפעיל ליניארי מסייע רבות ביצירת תנועות כגון דחיפה, משיכה, הרמה, הורדה או הטיה של עומס.

בשל מגוון המשימות שהם מבצעים, קיימים מספר סוגים של מפעילים ליניאריים. כפי שניתן לצפות, לא כל המפעילים הלינאריים משרתים את אותה מטרה בדיוק. כדי להבין טוב יותר מהו מפעיל ליניארי ואת הפונקציונליות שלו, בואו נבחן כמה מהיישומים הנפוצים עבור התקנים אלה.

למה משמש מפעיל ליניארי?

לא כל סוגי המפעילים הליניאריים זהים, אך הם מייצרים תנועה לינארית דומה באמצעות עוצמה. מצד אחד, מפעילים ליניאריים מזיזים חפצים או פריטים בקו ישר. אך כדי לקחת את זה צעד קדימה, הם משלימים תנועה זו בדיוק ובמהירות רבה.

מערכת הנעה ליניארית ממירה תנועה סיבובית לתנועה ליניארית, ומייצרת רמת יעילות מרשימה עבור משימות ספציפיות וייצור כולל. עם זאת, חשוב לציין שסוגים שונים של מפעילים ליניאריים בתוך מערכת הנעה ליניארית עשויים להתאים יותר לצרכים מאחרים.

הבחירה האופטימלית תלויה בתהליכים הספציפיים שלכם ובחומרים שאתם צריכים להזיז. הבנת הניואנסים של דרישות מערכת ההנעה הליניארית שלכם היא קריטית לבחירת המפעיל המתאים ביותר ליישום שלכם.

השימוש הנפוץ ביותר במפעילים ליניאריים מדויקים כרוך בשילובם עם מערכות רובוטים קרטזיות מרובות צירים. כמו כן, פופולרי להשתמש בהם כרכיבים אינטגרליים של מכונות.

המגזרים העיקריים:

ישנן כל מיני תעשיות שיכולות לעשות שימוש במפעיל ליניארי חשמלי. בין אם יש לכם פעילות קטנה או שאתם מזיזים כמות משמעותית של חומר מדי יום. הנקודה היא שלא משנה מה הפעילות שלכם, יש מפעיל ליניארי אידיאלי עבורכם.

לכן, הרשימה שלהלן אינה בשום אופן רשימה מלאה של מגזרים, אלא רק כמה מהדוגמאות הנפוצות יותר. ברור מדוע מגזרים אלה נהנים מתנועה ליניארית מבוקרת ומדויקת.

1. אוטומציה תעשייתית
2. סרוו ומערכות איסוף-הצבה בתהליכי ייצור
3. הרכבה
4. אריזה ואריזה על משטחים

 

אכן, רק תחשבו על יישומים כמו

1. מכונות חיתוך לייזר או פלזמה
2. טעינה ופריקה של חלקים מעובדים
3. הזנת מרכזי עיבוד שבבי בקו ייצור
4. או הזזת רובוט אנתרופומורפי תעשייתי לאורך ציר חיצוני נוסף על מנת להרחיב את טווח הפעולה שלו

כל היישומים הללו משתמשים במפעיל ליניארי אחד או יותר. סוג המפעיל הליניארי בו נעשה שימוש תלוי בגורמים שונים, כגון: דיוק, כושר עומס ומהירות. בסך הכל, בדרך כלל סוג העברת התנועה הוא שעושה את ההבדל.

ישנם שלושה סוגים עיקריים של העברת תנועה:רצועה / מתלה וגלגל שיניים / בורג.

כיצד ניתן להבטיח בחירת המפעיל הנכון? אילו משתנים מעצב תעשייתי המתמודד עם יישום חדש צריך לקחת בחשבון?

כשמדברים על פתרונות תנועה ליניארית, חשוב לשקול את הנושא מנקודת המבט הנכונה. ספציפית, הכוונה היא ליישום הרלוונטי. זה תמיד קודם כל חשוב כשמחליטים על סוג המפעיל הליניארי שאתם צריכים.

בעת בחירת מפעיל ליניארי מדויק, חשוב להגדיר בבירור את הציפיות שלכם לתוצאות ולביצועים. ניתוח מפורט זה יעזור לכם להתאים את המפעיל הליניארי המדויק שלכם לדרישות המדויקות שלכם.

על ידי בחינה מעמיקה של גורמים אלה, תהיו מצוידים טוב יותר לזהות לא רק את סוג המפעיל הליניארי המדויק שאתם צריכים, אלא גם את המפרטים הספציפיים שיבטיחו ביצועים אופטימליים ביישום שלכם.

תהליך בחירה קפדני זה מבטיח שהמפעיל הליניארי המדויק שבחרתם יענה על הצרכים הייחודיים שלכם ברמת הדיוק והאמינות הגבוהה ביותר.

לפיכך, כדאי להתחיל בבחינת הדינמיקה, אורך התנועה והדיוק הנדרשים. בואו נבחן את אלה בפירוט.

דינמיקה גבוהה

בתחומי עיצוב תעשייתי רבים, דרישות המעצב כרוכות לעיתים קרובות במהירות. הן כוללות בדרך כלל גם קיצור זמני מחזור. דוגמה טובה לכך היא תעשיית האריזות. אחרי הכל, ככל שהאריזה מדויקת ומהירה יותר, כך האריזות יוצאות מהר יותר.

אין זה מפתיע, אם כן, שדינמיקה גבוהה היא בדרך כלל נקודת המוצא בעת הגדרת פתרון.

הנעות רצועות הן לרוב הפתרון האידיאלי בכל הנוגע לדינמיקה גבוהה, בהתחשב בכך ש:

1. הם מאפשרים תאוצות של עד 50 מטר/שנייה ומהירויות של עד 5 מטר/שנייה במשיכות של עד 10-12 מטר
2. פורטל XYZ עם צירים מונעים על ידי רצועה מסוגל להתמודד עם עומסים הנעים בין משקל קטן במיוחד ועד כ-200 ק"ג
3. בהתאם לסוג הסיכה, מערכות אלו יכולות להציע מרווחי תחזוקה ארוכים במיוחד, ובכך להבטיח המשכיות ייצור.

ישנם מקרים בהם נדרשת דינמיקה גבוהה במהלכים ארוכים מ-10-12 מטר. במקרים אלה, מפעילים עם הנעה מסוג גלגל שיניים נוטים להיות פתרון מצוין. הסיבה לכך היא שמפעילים ליניאריים אלה מאפשרים תאוצות של עד 10 מטר/שנייה ומהירויות של עד 3.5 מטר/שנייה. וכל זאת במהלכים בעלי פוטנציאל אינסופי.

דגמי מפעילי גלגלים וגלגלי שיניים מיישמים את הקונספט של גלגל וסרן. באופן ספציפי, גלגל מסתובב מזיז כבל, שרשרת או רצועה כדי לייצר תנועה ליניארית.

בחירה בסוג אחר של מפעיל לא תבטיח את אותן תוצאות. מערכת הברגה, למשל, שהיא ללא ספק מדויקת הרבה יותר, תהיה איטית מדי. עם מפעיל כזה, לא תוכלו להתמודד עם מהלכים ארוכים כל כך.

למרות שמפעיל בורג הוא כלי נפוץ להפליא, סיבוב הבורג הוא כלי שנועד להניע אותו קדימה, עם זאת, יש לו מגבלות מהירות בהתאם לתרחיש.

משיכות ארוכות

מערכות שנוצרו על ידי מפעילים ליניאריים בתצורות XYZ טיפוסיות של רובוטיקה קרטזית לרוב בעלות מהלכים ארוכים. זה נפוץ ביישומים כגון מרכזי עיבוד שבבי מסוג "פיק-אנד-פלייס" והזנה. בגלל קווי הייצור הארוכים הללו, מהלכי הסיבוב יכולים להגיע לעיתים קרובות לאורך של עשרות מטרים.

בנוסף, במקרים רבים, מהלכים ארוכים אלה - שבדרך כלל כוללים את ציר ה-Y - נועדו להתמודד עם עומסים כבדים למדי. במקרים מסוימים, העומסים יכולים לשקול מאות קילוגרמים. בנוסף, צירי Z אנכיים רבים פועלים באופן עצמאי על מהלכים ארוכים אלה.

ביישומים מסוג זה, הבחירה הטובה ביותר עבור ציר Y היא מפעיל עם הנעה של מתלה וגלגל שיניים. זאת בשל גורמים שונים, כגון:

1. הודות לקשיחות מערכת המתלים והגלגלים, הם יכולים לפעול לאורך מהלכים בלתי מוגבלים. בינתיים, הם יכולים לתפקד תוך שמירה על קשיחות, דיוק ויעילות.
2. בתוך ההינע, למפעילים עם מתלים מפלדה מוקשחת באינדוקציה יש שיניים משופעות. שיניים אלו מחליקות לאורך מסילות מיסבים כדוריים מסתובבות או מסילות פריזמטיות.
3. האפשרות להתקין מספר קרונות, לכל אחד מנוע משלו, מאפשרת מספר רב של צירי Z אנכיים עצמאיים.

מערכת רצועות אידיאלית למהלכים של עד 10-12 מטר. ובכל זאת, מפעילי בורג כדוריים מוגבלים (במקרה של מהלכים ארוכים) על ידי המהירות הקריטית שלהם.

חזרתיות מיקום

ישנם מקרים, לעומת זאת, בהם המתכנן מחפש דיוק מקסימלי. זה עשוי להיות המקרה ביישומים כגון הרכבת מיקרו-רכיבים או יישומים מסוימים בתחום הרפואי. במקרים אלה, יש רק בחירה אחת ברורה: צירים ליניאריים עם הנעת בורג כדוריים.

מפעילים ליניאריים מונעי בורג מציעים את הביצועים הטובים ביותר מנקודת מבט זו. הסיבה לכך היא בעיקר משום שיש להם דרגת חזרתיות מיקום גבוהה של ±5 מיקרון. ביצועים אלה אינם ניתנים להשגה על ידי מפעילים מונעי רצועה או מונעי בורג. מפעילים ליניאריים מונעי רצועה והן מונעי בורג מגיעים לדרגת חזרתיות מיקום מקסימלית של ±0.05 מ"מ.