研究者は、線形位置決めシステムの精度を向上させ、バックラッシュを軽減または排除するだけでなく、そのようなデバイスを使いやすくする方法を模索し続けています。ここで最近の動向を見てみましょう

必要な直線運動が少ないか多いかにかかわらず、位置決めの精度と信頼性は、リニア システムに必要な特性の一部です。宇宙で使用する製品を頻繁に開発する 2 つの研究センター、アラバマ州のマーシャル宇宙飛行センターとクリーブランドのルイス研究所は、これらの特性を改善した直線位置決めデバイスを開発しました。これらのデバイスの 1 つは当初宇宙で使用するために開発され、もう 1 つはより地球に近い用途向けに開発されました。ただし、どちらも送電業界にメリットをもたらします。

マーシャル宇宙飛行センターのエンジニアは、宇宙船用のリニア アクチュエーターを必要としていました。アクチュエータは宇宙船のメインエンジンのノズルアセンブリを動かします。同じ水平面にあるが 90 度回転した別のアクチュエータと組み合わせると、アクチュエータは車両のピッチ、ロール、ヨーの動きを制御します。これらの動きの公差は ±0.050 インチです。

機能的には、アクチュエータはこれらの大きな物体に正確に増分直線運動を提供し、重い荷重に対して位置を保持する必要があります。その解決策は電気機械式リニア アクチュエータでした。最大 6 インチまでの増分移動を実現します。最小ストロークは 0.00050 インチ未満です。45,000 ポンドまでの荷重を保持できます。

回転運動を直線運動に変換するこのアクチュエーターは、強力でありながら制御された運動を必要とする用途で油圧アクチュエーターを置き換えることができるクリーンでシンプルなデバイスです。また、この装置は清掃や検査のためのメンテナンス時間をほとんど必要とせず、飛行システムの適格性を評価するために必要な時間を短縮するのに役立ちます。

この設計では、レゾルバと比較的新しい機能であるアンチバックラッシュ ギア配置が使用されています。レゾルバは増分角運動を測定し、増分直線運動を制御します。その精度は 6 アーク/分です。回転と並進の関係は、ギア比とねじピッチからわかります。

2 番目の特徴は、バックラッシュ防止ギアの配置です。これにより、ギアの歯が時計回りと反時計回りの方向に常に接触していることが保証されます。

この接触を実現するには、シャフトの中心が正確に位置合わせされている必要があります。製造中に、各アセンブリでシャフトが機械加工されます。

アクチュエータのコンポーネント
電気機械式アクチュエータは、4 つのアセンブリ セクションで構成されています。1) 2 つの 25 馬力 DC モータ、2) 歯車列、3) リニア ピストン、4) 付属のハウジング。 DC モーターは歯車列を回転させ、回転運動をローラー スクリューに伝達し、ローラー スクリューがその運動を出力ピストンを介して直線運動に変換します。モーターは 34.6 オンスインチ/A のトルク定数を提供します。モーターは 125 A で動作します。ネジ部分で、ユニットは 31,000 オンスインチ (約 162 ポンドフィート) のトルクを発生します。

2 つのブラシレス DC モーターが取り付けプレートに固定されています。取り付けプレートはギアシステムと接続します。小さなアジャスタープレートにより組み立て時の機械加工が可能となり、シャフトの正確な位置合わせが容易になります。この配置は、ギアシステム内のバックラッシュを排除するのにも役立ちます。

ピニオンギアはモーターシャフトに固定されており、モーター内のベアリングによって支えられています。ピニオンは、2 つのギアを含むアイドラ シャフト アセンブリと噛み合います。アイドラシャフトは速度を減速し、高トルクを出力ギアに伝達します。前述したように、アイドラ ギアの 1 つはシャフトに直接機械加工されています。

最初のアイドラ ギアは 2 つの部品で構成されており、システム内の回転遊びを取り除くための微調整が可能です。

組み立ての際、下部モーターはモーター取り付けプレートに取り付けられ、そのピニオンギアがアイドラシャフト上の調整可能なアイドラギアにかみ合います。次に、モーターアジャスタープレートを使用して上部モーターを取り付けます。次に、エンジニアはモーター シャフトを手動で回転させ、シャフトに対してアイドラ ギアを移動させて回転の遊びを取り除きます。次に上部モーターを取り外し、新しいアジャスタープレートを正確な中心に機械加工します。この組立工程によりガタがなくなります。

ベアリングは各アイドラシャフトの両端を支持します。出力ギアは、ねじ付きローラーねじシャフトにキー止めされています。シャフトとナット、および出力ピストン アセンブリは直線的な動きを実現します。出力ピストンを安定させるリニアベアリングにより芯ずれを防止します。

ロッドの端と心押し台にある球面ベアリング アセンブリには、エンジンおよび構造コンポーネントに接続するための取り付けアタッチメントが含まれています。

オプション
ピストン ストロークごとにレゾルバ ローターが 1 回転するようにし、シャフトの回転を数える必要をなくすために、NASA のエンジニアは、レゾルバを備えたハーモニック ドライブを使用できると述べています。このようなドライブには、レゾルバ ローターがピストンの全ストロークごとに 1 回転できるような減速比が必要です。

このアクチュエーターの新しい飛行バージョンでは、4 つの 15 馬力モーターが使用されています。モーターの小型化により、モーターの慣性だけでなく重量も軽減されます。これらのモーターのトルク定数は 16.8 オンスインチ/A で、100 A および 270 V で動作し、45,000 ポンドの負荷を移動するのに必要な力を提供します。

別の位置決めデザイン
この三連リードスクリューポジショナーは宇宙で使用するために開発されたものではありませんが、精度と信頼性が向上していることが実証されています。これにより、機械内で部品を正確に配置し、プラットフォームを上げ下げしたり、パッケージを正確に正方形にしたり、レーザー機器や光学式高温測定望遠鏡のプラットフォームが水平に保たれるようにしたりするのにかかる時間が短縮されます。

一般的なネジ位置決めシステムでは、3 つまたは 4 つの固定ロッドでガイドされる中心駆動の手動制御を使用してプレートを移動します。この設計では、主な位置決め機構として 3 本の親ねじアセンブリを使用します。プレートを互いに平行に保ちながら、プレートを固定プレートに近づけたり、固定プレートから遠ざけたりします。

アセンブリは、27 個の工場製部品、ギアやベアリングなどの 9 個の購入部品、および 65 個の各種ボルト、キー溝、ナット、ワッシャーなどで構成されています。すべてのコンポーネントは 3 点制御ブラケットと 1 点駆動で組み立てられています。ブラケット。これらのアセンブリは、キャビティのベースエンドプレート上の正確な駆動制御位置に取り付けられます。

ポジショナーは、ドライブ ピンの 1 つを手動でクランク操作するか、リモート サーボ モーター ドライブのアタッチメントによって操作します。移動位置は、スケール、ポインタアタッチメント、または LED 読み取りによって読み取られます。位置調整は0.1mmまで制御可能です。