연구자들은 선형 포지셔닝 시스템의 정확성을 향상시키고, 백래시를 줄이거나 제거하며, 이러한 장치를 더 쉽게 사용할 수 있는 방법을 계속해서 찾고 있습니다. 최근 개발 상황을 살펴보겠습니다.

필요한 선형 움직임이 적든 많든 관계없이 위치 정확도와 신뢰성은 선형 시스템에 필요한 속성 중 일부입니다. 우주에서 사용하기 위한 제품을 자주 개발하는 두 연구 센터인 앨라배마주 마샬 우주 비행 센터와 클리블랜드주 루이스 연구 센터는 이러한 특성을 개선한 선형 포지셔닝 장치를 개발했습니다. 이들 장치 중 하나는 처음에 우주에서 사용하기 위해 개발되었고, 다른 하나는 지구에 더 많이 사용되는 용도로 개발되었습니다. 그러나 둘 다 송전 산업에 이점을 제공합니다.

Marshall Space Flight Center의 엔지니어들은 우주선용 선형 액추에이터가 필요했습니다. 액추에이터는 우주선 주 엔진의 노즐 어셈블리를 움직입니다. 동일한 수평면에 있지만 90도 회전한 다른 액추에이터와 결합하여 액추에이터는 차량의 피치, 롤 및 요 움직임을 제어합니다. 이러한 움직임의 허용 오차는 ±0.050인치입니다.

기능적으로 액추에이터는 이러한 대형 물체에 점진적인 선형 움직임을 정확하게 제공하고 무거운 하중에 대해 위치를 유지해야 합니다. 해결책은 전기 기계식 선형 액추에이터였습니다. 최대 6인치까지 증분 이동을 제공합니다. 최소 스트로크는 0.00050인치 미만입니다. 최대 45,000lb의 하중을 견딜 수 있습니다.

회전 운동을 선형 운동으로 변환하는 이 액추에이터는 강력하면서도 제어된 모션이 필요한 응용 분야에서 유압 액추에이터를 대체할 수 있는 깨끗하고 간단한 장치입니다. 또한 이 장치는 청소 및 검사를 위한 유지 관리 시간이 거의 필요하지 않으며 비행 시스템 자격을 갖추는 데 필요한 시간을 줄이는 데 도움이 됩니다.

이 디자인은 리졸버와 상대적으로 새로운 기능인 백래시 방지 기어 배열을 사용합니다. 리졸버는 증분 직선 운동을 제어하는 ​​증분 각도 운동을 측정합니다. 정확도는 6 arc/min입니다. 회전과 평행이동 사이의 관계는 기어비와 나사산 피치를 통해 알 수 있습니다.

두 번째 특징은 백래시 방지 기어 배열입니다. 이는 기어 톱니가 시계 방향과 시계 반대 방향으로 지속적으로 접촉하도록 보장합니다.

이러한 접촉을 달성하려면 샤프트 중심이 정확하게 정렬되어야 합니다. 제조 과정에서 샤프트는 각 어셈블리에서 가공됩니다.

액추에이터 구성 요소
전기 기계식 액추에이터는 1) 25마력 DC 모터 2개, 2) 기어 트레인, 3) 선형 피스톤, 4) 동반 하우징 등 4개의 조립 섹션으로 구성됩니다. DC 모터는 기어 트레인을 회전시켜 회전 운동을 롤러 스크류에 전달하고, 롤러 스크류는 해당 운동을 출력 피스톤을 통한 선형 운동으로 변환합니다. 모터는 34.6oz-in./A의 토크 상수를 제공합니다. 모터는 125A에서 작동합니다. 나사에서 장치는 31,000oz-in. 또는 약 162lb-ft의 토크를 생성합니다.

두 개의 브러시리스 DC 모터가 장착 플레이트에 고정되어 있습니다. 장착 플레이트는 기어 시스템과 연결됩니다. 작은 조정 플레이트를 사용하면 조립 시 가공이 가능하므로 샤프트를 정밀하게 정렬할 수 있습니다. 이러한 배열은 기어 시스템 내의 백래시를 제거하는 데도 도움이 됩니다.

피니언 기어는 모터 샤프트에 고정되어 있으며 모터 내부의 베어링에 의해 지지됩니다. 피니언은 두 개의 기어가 포함된 아이들러 샤프트 어셈블리와 짝을 이룹니다. 아이들러 샤프트는 속도를 줄이고 높은 토크를 출력 기어에 전달합니다. 앞서 언급했듯이 아이들러 기어 중 하나는 샤프트에 직접 가공됩니다.

첫 번째 아이들러 기어는 시스템의 회전 유격을 제거하기 위해 작은 조정이 가능한 두 부분으로 구성됩니다.

조립 시 하부 모터는 모터 장착 플레이트에 장착되어 피니언 기어를 아이들러 샤프트의 조정 가능한 아이들러 기어와 결합합니다. 그런 다음 모터 조정 플레이트를 사용하여 상단 모터를 장착합니다. 다음으로 엔지니어는 모터 샤프트를 수동으로 회전시켜 샤프트를 기준으로 아이들러 기어를 움직여 회전 유격을 제거합니다. 그런 다음 상단 모터가 제거되고 새 조정 플레이트가 정확한 중앙에 가공됩니다. 이 조립 공정은 백래시를 제거합니다.

베어링은 양쪽 끝에서 각 아이들러 샤프트를 지지합니다. 출력 기어는 나사형 롤러 나사 샤프트에 맞춰져 있습니다. 샤프트와 너트, 출력 피스톤 어셈블리는 선형 움직임을 제공합니다. 출력 피스톤을 안정화하는 선형 베어링으로 ​​정렬 불량이 방지됩니다.

로드 끝과 심압대에 있는 구면 베어링 어셈블리에는 엔진과 구조 구성 요소에 연결하기 위한 장착 부착물이 포함되어 있습니다.

옵션
피스톤 스트로크당 리졸버 로터의 1회전을 달성하고 샤프트의 회전수를 계산할 필요를 없애기 위해 NASA 엔지니어들은 리졸버와 함께 하모닉 드라이브를 사용할 수 있다고 말합니다. 이러한 드라이브에는 리졸버 로터가 피스톤의 전체 스트로크당 1회전 이동할 수 있도록 하는 감속비가 있어야 합니다.

이 액추에이터의 최신 비행 버전은 4개의 15마력 모터를 사용합니다. 모터가 작을수록 모터 관성은 물론 무게도 줄어듭니다. 이 모터의 토크 상수는 16.8oz-in./A이며 100A 및 270V에서 작동하여 45,000lb 부하를 이동하는 데 필요한 힘을 제공합니다.

또 다른 포지셔닝 디자인
이 삼중 갱 리드 스크류 포지셔너는 우주용으로 개발되지 않았지만 정확성과 신뢰성이 향상되었습니다. 이는 기계에 부품을 정확하게 배치하고, 플랫폼을 올리거나 내리고, 패키지를 정밀하게 정사각형으로 유지하고, 플랫폼이 레이저 장비 및 광학 고온 측정 망원경과 수평을 유지하도록 보장하는 데 걸리는 시간을 줄여줍니다.

일반적인 나사 위치 지정 시스템은 플레이트를 이동하기 위해 3개 또는 4개의 고정 로드로 안내되는 중앙 구동 수동 제어 장치를 사용할 수 있습니다. 이 설계에서는 삼중 리드 스크류 어셈블리를 주요 위치 지정 메커니즘으로 사용합니다. 이는 플레이트를 서로 평행하게 유지하면서 고정된 플레이트에서 플레이트를 이동시키거나 멀리 이동시킵니다.

조립품은 매장에서 제작한 부품 27개, 기어, 베어링 등 구입한 부품 9개, 다양한 볼트, 키홈, 너트, 와셔 등 65개로 구성됩니다. 모든 구성품은 3점 제어 브래킷과 1점 드라이브에 조립됩니다. 까치발. 이 어셈블리는 캐비티 베이스 엔드 플레이트의 정밀한 드라이브 제어 위치에 장착됩니다.

포지셔너는 드라이브 핀 중 하나의 수동 핸드 크랭크나 원격 서보 모터 드라이브 부착 장치를 통해 작동합니다. 이동 위치는 눈금, 포인터 부착물 또는 LED 판독을 통해 판독됩니다. 위치 튜닝은 0.1mm까지 제어할 수 있습니다.