Lineáris motorok
A lineáris motorok használata a következő előnyökkel jár a szervomotorokkal ellátott áramköröknél: helymeghatározási pontosság; lehetséges ultra-kis adag (mikron); nagy sebesség (3 m / s fölött); nagy gyorsulás (80 m / s 2); nincs halott futás; alacsony zajszint még a maximális sebesség mellett is; a kis munkalehetőségek végrehajtásának lehetősége; a hajtóelemek (fogazott szíj, csavaros gömbcsavar) elasztikus deformációi nincsenek; hosszú élettartam és megbízhatóság. A hátrányok a következők: nagy követelmények a gépelemek gyártásának pontosságára; a hűtőrendszer elérhetősége; magas költségek.
Egy lineáris motoron alapuló tipikus szervórendszer (1. ábra) a következőket foglalja magában: egy primer és egy másodlagos szakaszból álló lineáris motor; vezérlőegység (az ábrán nem látható); munkaasztal; gördülő útmutatók; visszacsatolás érzékelő; kábelvezető lánc; utazási korlátozó; puffer.
A sebesség, a rendszer helyzetének és a motor kapcsolásának figyelése érdekében egy lineáris elmozdulás-érzékelőt használnak. Ez a csomópont átalakítja a mért mozgást olyan elektromos jelek sorozatába, amelyek információt tartalmaznak az elmozdulások nagyságáról és irányáról. A jelátalakító mérőfejből és vonalzóból áll, és nincs közöttük mechanikus kapcsolat. Ezek általában optoelektronikus érzékelők, de mágneses és indukciós rendszerek is használhatók.
A lineáris motor, valamint a forgó, két részből áll: az elsődleges és a másodlagos szakaszból. Az elsődleges szakasz megfelel a forgó motor állórészének. Magában foglal egy laminált mágneses áramkört, háromfázisú tekercseléssel és hőmérsékletérzékelővel. A szekunder szakasz rotor, amely acél tartó keretből áll, amelyhez állandó mágnesek vannak. Az elsődleges és másodlagos szakaszok héjban vannak.
Viszonylag szó szerint a lineáris motor (2. Ábra) egy forgó motor, amelyet levágnak és "kibontanak" lapos állapotba. Ennek megfelelően a munka elvei változatlanok maradnak. Egy lineáris motorban azonban a mozgást az elsődleges szakasz (tekercselés) végzi egy instabil másodlagos szakasz (rotor) segítségével.
A vezetõ mágneses mezõt az elsõ rész csévélése generálja. A másodlagos szakasz mezei és az elsődleges szakasz eredő mágneses mezője mozgási irányba mozdul el a megfelelő irányba. Az eredményül kapott vektor helyzetét a frekvenciaváltók áramainak fázisai határozzák meg, és a vektor amplitúdóját, következésképpen a motor által kifejtett erőt a fázisáramok amplitúdója határozza meg.
A lineáris motor normál működéséhez pontosan ellenőrizni kell az elsődleges és a másodlagos szakasz közötti légrést. Ahogy a hézag nő, a motor teherbírása csökken. Ebben a tekintetben megnövekszik a rögzítési felületek pontossága. A légrés nagyságát és pontosságát az egyenes vonalú mozgásvezetők és a munkaasztal befolyásolja.
A szervomotorhoz hasonlóan a lineáris motort a vezérlőegység vezérli. A vezérlőegység modelljét a kiválasztott lineáris motor határozza meg.
Az egyik tengelyen két elsődleges szakasz helyezhető el, amelyek párhuzamosan működnek egy vezérlőegységből. Ezeknek a szakaszoknak ugyanolyan méretűnek kell lenniük, ugyanolyan típusú tekercseléssel. Az elsődleges szakaszok közötti távolságot az elektromos fázisok előírt pozíciói határozzák meg. A szakaszok megengedett elrendezését és a köztük lévő távolságokat a motordokumentáció tartalmazza.
A lineáris motorok kritikus helye a hőmérsékleti rendszer. A gyártók lineáris motorokat kínálnak levegővel és vízzel (olaj) történő hűtéssel. Ugyanaz a motor működhet különböző üzemmódokban.
A konvekciós hűtés jelentősen leegyszerűsíti a gép kialakítását, azonban a névleges vonóerő (≈ 2-szeres) jelentősen csökken. A motor maximális ereje változatlan marad. Az 1. ábrán. A 3. ábra egy egyszerű vízhűtéses sémát mutat be. Természetesen a hűtés jelenléte megnehezíti az egész gép kialakítását.
A motor hűtésének javítása érdekében a gyártók további hűtőelemeket vezetnek be a tervezésbe. Az 1. ábrán. A 4 (a) ábra bemutatja a Sew-Eurodrive elsődleges motorrészének kialakítását léghűtéssel, amelyben ventilátort alkalmaznak. Az 1. ábrán. A 4 (b) ábra Siemensből egy lineáris motor, egy további vízhűtővel a másodlagos szakaszok primer és hűtőkörének irányított hűtésére.
A túlmelegedés elkerülése érdekében a lineáris motor hőmérséklet-érzékelővel van felszerelve. Az érzékelő kikapcsolja a motort ≈ 120 ° C kanyargási hőmérsékleten.
A lineáris motor fő jellemzői: az FN névleges húzóerő. H; maximális vonóerő-erőkifejtés Fmax. H; a maximális sebesség Vmax. m / s; az elsődleges szakasz mágneses vonzásának ereje - hossz L, mm és szélesség B, mm. Az 5. ábra a vonóerő függvényének tipikus függését mutatja a lineáris sebességre. Az FN névleges erőt, amely meghatározza a folyamatos terhelésű működési területet, a hőmérsékleti rendszer határozza meg. A lehető legnagyobb erőfeszítéssel a motor korlátozott ideig működhet, nem pedig a teljes sebességtartományban.
Az 1. táblázat a különböző gyártók lineáris motorjainak jellemzőit mutatja be. Névleges húzóerőt ad a levegő és a vízhűtés számára ("/" jelzéssel elválasztva). Természetesen az összes modell nem képviselhető egyetlen táblázatban sem. A teljes katalógusokat a gyártók vagy kereskedőik biztosítják.
1. táblázat. A lineáris motorok jellemzői
A lineáris motor kiválasztása a szükséges vonóerő meghatározásán alapul. Ez a számítás azt feltételezi, hogy a lineáris motor másodlagos része helyhez kötött. Az első szakaszban először a motort használjuk képlet segítségével
_ _ _
Fmax = 1,5 # 8729; (Fg + Fa),
ahol Fg. H a gravitációs erő tényleges összetevője (7. Fa a gyorsulás során fellépő energia ereje. Jellemzően egy olyan motorra van szükség, amelynek maximális vontatása van. A gyártó szerint kiválasztjuk a motort a szükséges Fmax-szal és a szükséges V max sebességgel.
Ezután meg kell határozni a súrlódási erőt Fr. H, amely a gördülővezetőkben (7. ábra, b) a képlet szerint jelenik meg
_ _ _
Fmax = μ # 8729; (Fn + Fd),
ahol Fn a súrlódási erő normális összetevője; Az Fd az elsődleges szakasz mágneses vonzereje. Így Fr = μ-t írhatunk # 8729; [(M + l) # 8729; g # 8729; sin α + Fd], ahol μ, kg az elsődleges szakasz tömege.
Ezután határozza meg a Fa tehetetlenségi erejét. H, amely a motor gyorsulása / lassulása során következik be, Fa = (M + m) # 8729; a.
A rendszeren ható erők összege a következő:
_ _ _ _ _
Fm = Fc + Fg + Fa + Fr.
Szükséges a motorra és az ebből eredő ciklogramra ható valamennyi erő ciklogramjainak kialakítása (8. Ebben az esetben pontosan meg kell határozni az Fmax maximális előírt erősségét. H. Az előre kiválasztott motornak ki kell dolgoznia a szükséges maximális vonóerő-igényt.
A maximális erő mellett meg kell határozni a névleges erőt, amellyel a motor hosszú ideig futhat. Névleges húzóerő FN. H, a motor hőmérséklete korlátozza, és általában a képlet határozza meg
Egy lépésenkénti eredményű ciklogrammal a terhelés (8b. Ábra) (gördülési irány) FN = √1 / t # 8729; (F1 2 t1 + F2 2 t2 + F3 2 t3 + ... + Fn 2 tn).
Az elsődleges rész kiválasztása után ki kell választania a másodlagos részt. A szekunder szakasz hossza (9. ábra a) Ls. mm-t az Ls ≥ L + Lp + (2 # 8729; SE), ahol L, mm - munkaütemű; Lp. mm - az elsődleges szakasz aktív hossza; SE. mm - a kapcsolási teljesítmény tartalék (≈20 mm).
Egy másodlagos szekcióban több primer telepíthető (9. ábra, b). Ennek megfelelően a másodlagos szakasz hosszát növelni kell az elsődleges szakasz hossza és a szakaszok közötti rés. Ha az elsődleges szakasz által vezérelt különböző szervo erősítők külön mérési rendszerek (mint például a master / slave hajtás), a különbség közöttük határozza meg a követelmények a mechanikai alkatrészek a rendszer - a csatlakozódugó hossz, hajlítási sugár, stb Ha az elsődleges szakaszokat párhuzamosan egy blokk vezérli, akkor a köztük lévő rést a telepítési rajz szerint kell elfogadni.
A szükséges lökést különböző hosszúságú másodlagos szakaszok adhatják meg. A másodlagos szakaszok hosszát a gyártó határozza meg. Gyakran előnyösebb, ha néhány hosszú szegmens helyett sok rövid szegmenst használ.
A maximális erő nem függ a hűtéstípustól. Egyenletes névleges erővel a lineáris, vízhűtéses motor kisebb lesz, ezért olcsóbb. A hűtési rendszer költsége azonban növeli a motor költségét. Ajánlatos az intenzív munkaciklusú motorok vízhűtésének használata (gyakori gyorsítás, fékezés, hosszan tartó munkavégzés nagy erőfeszítéssel).
Az azonos erővel rendelkező lineáris motorok elsődleges szakaszának költsége kisebb a rövidebb és nagyobb szélességű részeknél. A másodlagos szakasz költsége azonban kisebb, kisebb szélességű. Ezért egy kis munkaütem (kevesebb, mint 1 m) esetén ajánlatos egy rövidebb hosszt és egy nagyobb szélességű motort választani. Ha 1 m-nél többet mozog - az elsődleges szakasz hosszabb és kisebb szélességű.
A lineáris motor maximális sebessége az adott tápfeszültség aktuális értékétől függ. Szükséges a motor legkisebb menetsebességű motorjának kiválasztása, amely a legközelebb esik a szükségeshez.
A szervo hajtások a gépészet területén tartoznak, amit "mechatronikának" neveznek. Ez a kifejezés a "mechanizmus" és az "elektronika" fogalmát ötvözi. Az elektronika eredményei lehetővé teszik, hogy szinte bármilyen mechatronikus mechanizmust hívjunk le. Ugyanakkor gyakran hallják, hogy "ez drága", "nem a mi feltételeinkre", stb. Vagy talán még egyszer eszébe jut a VN Chelomey akadémikus szavai: "A rendszer stabilabb volt, gyakran meg kell rázni."
M. Grankin, tervezőmérnök
Magazin "A műszaki és technológiai világ"