Типова конфігурація конструкції системи руху

Лінійний рух є центральним для багатьох рухомих машин, і природа прямого приводу лінійних двигунів може спростити загальну конструкцію машини в цих додатках. Інші переваги включають підвищену жорсткість, оскільки лінійні двигуни закріплені безпосередньо на вантажі.

Інтеграція цих двигунів (і периферійних компонентів, які їм потрібні) може здатися складною, але процес можна розбити на п’ять простих кроків. Дотримуючись цього покрокового процесу, виробники машин і роботів отримують переваги лінійного двигуна без зайвих зусиль і складнощів.

1. Визначте тип двигуна: із залізним сердечником чи без заліза

Першим кроком є ​​вибір лінійного двигуна з доступних типів.

Двигуни із залізним сердечником: двигуни із залізним сердечником є ​​найбільш поширеними та підходять для загальної автоматизації. Залізний сердечник відноситься до конструкції котушки цього двигуна, яка складається з шарів залізного сердечника. Типова конфігурація складається з односторонньої стаціонарної магнітної доріжки та рухомої котушки двигуна або прискорювача. Залізний сердечник максимізує генеровану силу тяги та створює силу магнітного тяжіння між котушкою та магнітами.

Ця сила магнітного притягання може бути використана для ефективного підвищення жорсткості системи лінійного наведення шляхом попереднього навантаження на підшипники лінійного руху. Магнітне попереднє навантаження також може підвищити частотну характеристику системи шляхом покращення уповільнення та встановлення.

З іншого боку, сила тяжіння повинна належним чином підтримуватися підвищеною вантажопідйомністю опорних елементів і лінійних підшипників. Це може погіршити свободу механічної конструкції машини.

Друга конфігурація лінійного двигуна із залізним сердечником складається з пари нерухомих магнітних доріжок, розміщених по обидва боки від рухомої котушки. Ця запатентована конструкція нівелює вплив магнітного тяжіння, забезпечуючи при цьому найвищу силу на площу поперечного перерізу. Збалансована конструкція зменшує навантаження на підшипник, дозволяючи використовувати менші підшипники лінійного переміщення та зменшуючи шум підшипників.

Motionsystemdesign Com Motors Drives 0111 Переваги Беззалізні двигуни: також існують беззалізні лінійні двигуни; ці двигуни не мають заліза в своїх котушках, тому немає тяжіння між елементами двигуна.

Найпоширенішим беззалізним типом є U-канал: дві магнітні доріжки з’єднані, щоб утворити канал, у якому рухається котушка двигуна (або форсер). Цей двигун ідеально підходить для застосувань, які потребують низьких пульсацій швидкості та високого прискорення. Нульова сила притягання та нульовий зубчастий характер конструкції без заліза мінімізує пульсації крутного моменту; прискорення збільшується, оскільки котушка відносно легка.

Друга конфігурація без заліза має форму циліндра. Магніти розташовані всередині труби з нержавіючої сталі, а котушка двигуна рухається навколо циліндра. Ця конфігурація підходить для заміни кулькових гвинтів, оскільки вона забезпечує набагато вищі швидкості та точність позиціонування приблизно в тому самому діапазоні.

Розмір котушки та довжина доріжки

Незалежно від конфігурації, усі котушки лінійного двигуна мають відповідати вимогам застосування: прикладене навантаження, цільовий профіль переміщення, робочий цикл, точність, точність, термін служби та робоче середовище. Порада: заручіться технічною підтримкою виробників лінійних двигунів і програмним забезпеченням для визначення розміру (яке часто є безкоштовним), щоб вибрати найкращий тип і розмір двигуна для конкретного застосування.

Секції магнітної доріжки пропонуються в декількох варіантах довжини, і їх можна складати один до одного, щоб досягти цільової довжини руху, при цьому загальна довжина магніту практично необмежена. Щоб спростити конструкцію та зменшити витрати, найкраще використовувати секції магнітної доріжки найдовшої довжини, доступні виробником.

2. Визначтеся з кодувальником

Другим кроком при проектуванні системи лінійного двигуна є вибір лінійного кодера. Найпоширенішими є інкрементні лінійні кодери з оптичними або магнітними датчиками зчитувальної головки. Виберіть кодер із необхідною роздільною здатністю та точністю для програми, який підходить для машинного середовища.

Зворотній зв’язок кодера зазвичай надсилається назад до сервопідсилювача через синусоїдальний аналоговий або цифровий імпульс. Іншим варіантом є високошвидкісний послідовний кодер зворотного зв’язку, який забезпечує більш високу швидкість передачі даних, вищу роздільну здатність бітів, більшу завадостійкість, більшу довжину кабелю та повну інформацію про тривогу.

Послідовний зв'язок з'єднується двома способами.

Прямий зв’язок між підсилювачем і кодувальником можливий за допомогою кодерів, які мають протокол послідовного кодування, сумісний із підсилювачем.

Якщо кодер не має послідовного виходу (або якщо протокол послідовного виведення несумісний з підсилювачем), можна використовувати модуль послідовного перетворювача. У цьому випадку модуль приймає аналоговий сигнал від кодера разом із сигналом датчика Холла, розділяє аналоговий сигнал і послідовно передає дані сигналу на сервопідсилювач. Дані датчика Холла використовуються під час увімкнення живлення та для перевірки зворотного зв’язку кодера.

Кілька виробників лінійних кодерів тепер пропонують абсолютні лінійні кодери, які підтримують різноманітні протоколи послідовного зв’язку, включаючи власні протоколи сторонніх виробників підсилювачів.

3. Виберіть підсилювач

Третім кроком у процесі проектування є вибір сервопідсилювача. Розмір підсилювача повинен відповідати двигуну.

Plug and play – це функція, яку можуть запропонувати лише постачальники, які виробляють як сервомотори, так і підсилювачі. Деякі постачальники пропонують «plug and play», щоб зменшити час запуску та забезпечити правильну конфігурацію.

Деякі сервопідсилювачі мають автоматичне розпізнавання двигуна та режим без налаштування, що усуває необхідність налаштування сервосистеми. За допомогою цього програмного забезпечення характеристики двигуна (включаючи характеристики перевантаження) автоматично завантажуються в сервопідсилювач із двигуна під час увімкнення. Це усуває можливі помилки користувача під час введення специфікацій двигуна, практично усуваючи ризик розбігу двигуна та помилок фази.

4. Виберіть опорні елементи та підшипники

Два останніх етапи проектування йдуть рука об руку, щоб завершити проектування системи лінійного двигуна: четвертий крок полягає у виборі системи підшипників лінійного руху, а п’ятий – проектування опорних елементів.

У більшості вузлів лінійного двигуна існує два важливих вирівнювання: відстань між двигуном і магнітом між котушкою та магнітною доріжкою та відстань між голівкою зчитування кодера та лінійною шкалою. Останній критерій усувається при виборі замкнутого лінійного кодера.

Поради:

Підшипники лінійного переміщення повинні забезпечувати достатню точність, щоб відповідати допускам на зазор, тоді як опорні елементи мають бути сконструйовані таким чином, щоб належним чином розташувати компоненти та відповідати вимогам паралельності лінійних підшипників і кодера.

Після виконання цих критеріїв вибір і конструкція підшипників і опорних елементів остаточно залежать від вимог до продуктивності машини. Додатки, які вимагають високої точності, потребують кодера високої роздільної здатності та високої точності, а також високоточних лінійних підшипників.

Під час визначення розмірів цих підшипників враховуйте корисне навантаження та магнітні сили тяжіння, пов’язані з лінійними двигунами із залізним сердечником. У багатьох випадках опорні елементи лінійних підшипників і магнітних доріжок можуть бути невід’ємними від рами машини.