Johdanto
Sähkösylinterit ovat yleisiä komponentteja nykyaikaisissa automatisoiduissa järjestelmissä, erityisesti lineaarista liikettä vaativissa järjestelmissä. Nämä laitteet tarjoavat tarkan ja luotettavan menetelmän muuttaa pyörivä liike lineaariseksi liikkeeksi, ja niitä käytetään laajalti sellaisilla aloilla kuin valmistus, robotiikka ja kuljetus. Tässä artikkelissa tutkimme sähkösylinterien sisäistä toimintaa ja niiden toimintaa ohjaavia periaatteita.
Perusrakenne
Perustasolla sähkösylinteri koostuu moottorista, voimansiirtojärjestelmästä ja lineaaritoimilaitteesta. Moottori tuottaa pyörivää liikettä, joka siirretään sitten vaihteistoon hammaspyörä- tai hihnajärjestelmän kautta. Vaihteistojärjestelmä muuntaa moottorista tulevan nopean, alhaisen vääntömomentin tulon hitaiksi, suurivääntömomenttiseksi ulostuloksi, joka soveltuu lineaarisen toimilaitteen käyttämiseen. Lopuksi lineaarinen toimilaite muuttaa tämän pyörivän liikkeen lineaariseksi liikkeeksi, jota käytetään kuorman siirtämiseen.
Lineaarinen toimilaite
Lineaarinen toimilaite on kriittisin komponentti sähkösylinterissä, ja se vastaa pyörivän liikkeen ottamisesta voimansiirrosta ja sen muuntamisesta lineaariliikkeeksi. Lineaarisia toimilaitteita on useita, mutta yleisimmät ovat kuularuuvitoimilaitteet, hihnakäyttöiset toimilaitteet ja lineaarimoottorit.
Palloruuvitoimilaitteet*
Kuularuuvitoimilaitteet käyttävät johtoruuvia ja kuulalaakereita kääntämään pyörivän liikkeen lineaariseksi liikkeeksi. Johtoruuvissa on kierre, jonka avulla se voi liikkua mutterin läpi sen pyöriessä. Mutteri sisältää sarjan kuulalaakereita, jotka kulkevat johtoruuvin kierteisessä urassa, ja kun johtoruuvi pyörii, kuulalaakereita työnnetään pitkin akselia, jolloin mutteri liikkuu lineaarisesti. Tämän tyyppinen toimilaite on erittäin tarkka ja voi tuottaa suuria voimia ja nopeuksia.
Hihnakäyttöiset toimilaitteet*
Hihnakäyttöiset toimilaitteet käyttävät jakohihnaa pyörivän liikkeen siirtämiseen voimansiirrosta lineaaritoimilaitteeseen. Hihna on tyypillisesti valmistettu vahvistetusta kumista tai polymeeristä ja se on kierretty kahden hihnapyörän ympärille. Moottorin puoleinen hihnapyörä on kiinnitetty moottorin akseliin, kun taas lineaaritoimilaitteen puoleinen on kiinnitetty johtoruuviin tai hammastankomekanismiin. Kun moottori pyörii, hihnapyörän hihna kytkeytyy, jolloin lineaarinen toimilaite liikkuu.
Lineaarimoottorit*
Lineaarimoottorit käyttävät sähkömagneettista kenttää tuottamaan lineaarista liikettä. Nämä laitteet koostuvat staattorista, joka sisältää sarjan sähkömagneetteja, ja lineaarisesta liikuttimesta tai translaattorista, joka sisältää sarjan kestomagneetteja. Kun sähkövirta syötetään staattorin käämiin, syntyy magneettikenttä, joka työntää tai vetää lineaarista liikuttajaa staattoria pitkin luoden lineaarista liikettä. Lineaarimoottorit ovat uskomattoman nopeita ja tarkkoja, ja niitä käytetään usein nopeissa tuotantolinjoissa ja robottijärjestelmissä.
Moottorin valinta
Oikean moottorin valinta sähkösylinterille on ratkaisevan tärkeää sen suorituskyvyn ja pitkäikäisyyden kannalta. Moottoria valittaessa on otettava huomioon useita tekijöitä, mukaan lukien kuormitusvaatimukset, nopeus, käyttösuhde ja ympäristöolosuhteet. Jotkut yleisimmistä sähkösylintereissä käytetyistä moottoreista ovat AC-oikosulkumoottorit, harjatut tasavirtamoottorit, harjattomat tasavirtamoottorit ja askelmoottorit.
AC induktiomoottorit*
AC-oikosulkumoottoreita käytetään yleisesti sähkösylintereissä niiden kestävyyden ja alhaisten kustannusten vuoksi. Nämä moottorit toimivat kohdistamalla staattorin keloihin vaihtovirtajännitettä, joka synnyttää pyörivän magneettikentän. Magneettikentän ja roottorin välinen vuorovaikutus indusoi roottorin käämeissä virran, joka luo toisen magneettikentän. Näiden kahden kentän välinen vuorovaikutus synnyttää vääntömomentin, joka saa roottorin pyörimään. AC-oikosulkumoottorit ovat erittäin tehokkaita ja sopivat erinomaisesti suurikuormittuviin sovelluksiin, jotka vaativat suurta vääntömomenttia alhaisilla nopeuksilla.
Harjatut tasavirtamoottorit*
Harjatut DC-moottorit käyttävät kommutaattoria ja harjoja sähkön tuottamiseen ankkurin käämeille. Kun harjaan syötetään jännite, ankkuriin virtaa virta, mikä saa sen pyörimään. Ankkurin pyöriessä harjat joutuvat kosketuksiin kommutaattorin eri osien kanssa, mikä muuttaa virran suuntaa ja saa moottorin pyörimään. Harjatut tasavirtamoottorit ovat yksinkertaisia, luotettavia ja tehokkaita, mutta niiden käyttöikä on rajallinen harjojen kulumisen vuoksi.
Harjattomat tasavirtamoottorit*
Harjattomat tasavirtamoottorit ovat samanlaisia kuin harjatut DC-moottorit, mutta ne käyttävät elektronista kommutointia mekaanisten harjojen sijaan. Ne koostuvat useilla käämeillä varustetusta staattorista ja kestomagneeteilla varustetusta roottorista. Hall-efektiantureita käytetään roottorin pyörimisen havaitsemiseen ja elektronisen säätimen avulla staattorin käämitykset viritetään oikeassa järjestyksessä roottorin pyörimisen pitämiseksi. Harjattomat tasavirtamoottorit ovat erittäin tehokkaita ja niillä on pidempi käyttöikä kuin harjatuilla tasavirtamoottoreilla.
Askelmoottorit*
Askelmoottorit ovat ainutlaatuisia moottoreita, jotka liikkuvat diskreetein askelin, mikä tekee niistä erittäin tarkkoja. Ne koostuvat roottorista, jossa on useita hampaita, ja staattorista, jossa on useita sähkömagneetteja. Elektroninen ohjain kytkee sähkömagneetit päälle tietyssä järjestyksessä luodakseen magneettikentän, joka vetää roottorin hampaita ympäri myötä- tai vastapäivään. Askelmoottorit ovat ihanteellisia sovelluksiin, joissa vaaditaan tarkkaa moottorin asennon ja nopeuden hallintaa.
Voimansiirtojärjestelmät
Voimansiirtojärjestelmiä käytetään sähkösylintereissä vähentämään moottorin nopeutta ja lisäämään sen vääntömomenttia lineaariseen toimilaitteeseen. Voimansiirtojärjestelmiä on useita, mukaan lukien planeettavaihteistot, hammaspyöräjärjestelmät ja jakohihnajärjestelmät.
Planeetta vaihteet järjestelmät*
Planeettavaihteistojärjestelmät koostuvat keskimmäisestä aurinkopyörästä, planeettavaihteista ja ulkorenkaasta. Planeettavaihteet on asennettu yhteiseen telineeseen, joka pyörii keskeisen aurinkopyörän ympäri. Kun planeettapyörät pyörivät, ne osuvat ulompaan hammaspyörään, mikä saa sen pyörimään. Planeettavaihteistot ovat erittäin tehokkaita ja voivat tarjota korkean alennussuhteen kompaktissa paketissa.
Spur Gear Systems*
Spur-vaihdejärjestelmät koostuvat joukosta hammaspyöriä, joissa on hampaat, jotka osuvat toisiinsa vääntömomentin ja pyörimisliikkeen siirtämiseksi. Hammaspyörästöjärjestelmät voivat tarjota laajan valikoiman alennussuhteita, ja niitä käytetään usein sovelluksissa, jotka vaativat suurta vääntömomenttia.
Jakohihnajärjestelmät*
Jakohihnajärjestelmät käyttävät jakohihnaa pyörivän liikkeen siirtämiseen moottorista voimansiirtojärjestelmään. Jakohihnat ovat erittäin tarkkoja ja luotettavia, ja ne voivat tarjota suuren alennussuhteen ilman suuria vaihdesarjoja. Ne eivät kuitenkaan sovellu suuriin vääntömomenttisiin sovelluksiin.
Johtopäätös
Sähkösylinterit ovat monipuolisia laitteita, joita käytetään monenlaisissa teollisissa ja kaupallisissa sovelluksissa. Ne voivat tarjota tarkkaa ja luotettavaa lineaarista liikettä, mikä tekee niistä ihanteellisia automaatiota ja robotiikkaa vaativiin tehtäviin. Ymmärtämällä niiden toimintaa ohjaavat perusperiaatteet, mukaan lukien moottori- ja voimansiirtojärjestelmien valinta ja käytettävän lineaarisen toimilaitteen tyyppi, voit valita oikean sähkösylinterin erityistarpeisiisi.