Napęd liniowy - Przekształcenie ruchu obrotowego na liniowy

Napęd liniowy przekształca ruchy obrotowe w ruchy liniowe i odwrotnie. Siłowniki liniowe są kluczowymi elementami sterowania ruchem w wielu systemach mechanicznych i inżynierii mechanicznej. Często ta konwersja jest potrzebna do przekształcenia mocy i ruchu generowanego przez silniki i inne urządzenia obrotowe w translację (ruch liniowy). Napęd jest realizowany przemysłowo z silnikami lub ręcznie. Artykuł wprowadza często stosowane i powszechne koncepcje oraz wymienia kryteria projektowe. Na koniec omówimy przykłady zastosowań w inżynierii mechanicznej.

Napęd liniowy - przekształcanie ruchu obrotowego na ruch liniowy

Inżynieria mechaniczna opiera się na różnych koncepcjach, aby przekształcić ruch obrotowy w ruch liniowy. Wydajność silników w środowiskach przemysłowych jest wysoka i może być przekształcana w ruchy liniowe przez różne mechanizmy. Obrót silnika może być używany zarówno rotacyjnie, jak i translacyjnie.

Najczęstszymi zasadami są:

• Mechanizm korbowy suwaka
• Napęd ze śrubą pociągową
• Przekładnia krzywkowa
• Mechanizm mimośrodowy

Mechanizm korbowo-suwakowy składa się z napędzanej korby, sprzęgła (zwanego również korbowodem) do przenoszenia mocy i liniowo prowadzonego suwaka. Napęd jest napędzany ruchem obrotowym, który obraca wał korbowy, a tym samym korbę. Korbowód ma łącznik obrotowy na obu końcach. Suwak można przesuwać tylko w sposób translacyjny. Ograniczony ruch korby i suwaka tworzy przekładnię, która generuje translację z obrotu.

• 1 Śruba pociągowa
• 2 Nakrętka śruby kulowej z kołnierzem
• 3 Łożysko
• 4 Wózek
• 5 Silnik z przekładnią
• 6 Trapezowa śruba pociągowa
• 7 Śruba pociągowa (przekrój poprzeczny)

Napęd ze śrubą pociągową to śrubowe koło zębate składające się z obracającej się śruby pociągowej i wózka z prowadnicą liniową. Śruba pociągowa jest napędzana przez silnik, a skok śruby prowadzącej powoduje przesunięcie wózka w sposób translacyjny. Ruch kierowany i zdefiniowany, jednolita translacja pozwalają na bardzo precyzyjny i łatwy do kontrolowania ruch.

Napędy ze śrubą pociagową i inne koła zębate są często poruszane ręcznie w celu dostosowania obiektów.

Przekładnie krzywkowe są przekładniami o zmiennym przełożeniu. Ruch obrotowy jest przekształcany przez napędzaną, definiującą geometrię przekładnię (np. tarczę krzywkową) i skaner. Skaner jest prowadzony liniowo.

Przekładnie krzywkowe są klasyfikowane między innymi według metody blokowania. Rozróżnia się je według blokowania ciernego i zazębionego.

• Przekładnie blokujące cierne są łatwiejsze i tańsze w produkcji, ale nie są tak wydajne w obsłudze i mogą zostać zniszczone przez rezonanse.
• Rozwiązania techniczne zazębienia blokowania zazębionego są droższe w produkcji ze względu na dodatkową powierzchnię prowadzącą i dokładność. Przekładnie te zazwyczaj wymagają więcej miejsca.

Mechanizm mimośrodowy składa się z tarczy sterującej skonstruowanej z mimośrodem (przesunięciem do osi obrotu) i korbowodu. Mechanizm mimośrodowy jest kołem zębatym sprzęgającym i działa jak korba suwaka. Tarcza sterująca jest korbą. Konstrukcja ta często umożliwia zmniejszenie przestrzeni instalacyjnej i ma płynniejsze właściwości operacyjne ze względu na większe masy.

Inne metody konwertowania ruchu obrotowego na liniowy

Napędy z ruchami obrotowymi mogą również przestrzegać innych zasad. Zasadniczo przenośniki taśmowe i napędy trakcyjne również przekształcają ruch obrotowy na liniowy. Jednak te zastosowania nie nadają się do przekształcania ruchu liniowego na obrotowy i dlatego nie są dalej uwzględnione.

Kryteria projektowania napędu liniowego

Konstrukcja siłowników liniowych różni się w zależności od zastosowanych mechanizmów. Zasadniczo siłowniki liniowe to przekładnie, które przekształcają przełożenie z ruchu obrotowego na translację.

• Skok: Oprócz napędu, zakres translacyjny ruchu jest główną cechą napędu liniowego. Skok wynika z geometrii przełożenia przekładni. Szybkość translacji i jednorodność ruchu zależą od geometrii i prędkości obrotowej napędu. Na syntezę napędu liniowego wpływa również waga i bezwładność, ponieważ ruchy liniowe zwykle działają ze zmianami kierunkowymi na końcu skoku.
• Napęd: Napęd jest napędzany obrotem, zwykle inicjowanym w inżynierii mechanicznej przez silnik elektryczny, który zapewnia moment obrotowy i prędkość obrotową. Ten punkt roboczy można zmienić za pomocą przekładni lub pokrętła regulacji prędkości obrotowej. Przy wyborze napędu należy również zwrócić uwagę na to, czy pewne okoliczności lub zasada nakazują, aby napęd mógł zmienić kierunek obrotów. Zmiany prędkości obrotowej spowodowane różnymi punktami pracy lub nierównymi ruchami podczas syntezy muszą być również zaobserwowane, biorąc pod uwagę bezwładność masową systemu.
• Warunki graniczne: Przy wyborze siłowników liniowych należy również wziąć pod uwagę warunki środowiskowe. Przestrzeń montażowa jest determinowana przez środowisko i peryferia i może wykluczyć pewne zasady. Waga może również odgrywać kluczową rolę w tym momencie.

Przykłady zastosowań napędów liniowych w inżynierii mechanicznej

Zastosowanie siłowników liniowych w inżynierii mechanicznej jest zróżnicowane i wiele przykładów wykonania często można zaimplementować dla jednego zastosowania. Przykładami ruchu liniowego w inżynierii mechanicznej są:

• Systemy sortowania: Korba oporowa przesuwa się prostopadle do przenośnika taśmowego i popycha elementy z przenośnika taśmowego na bok.
• Drukarki 3D: Przemysłowe drukarki 3D używają liniowych siłowników do pozycjonowania.
• Frezarka: System sterowania ruchem maszyny CNC jest utworzony przez jedną śrubę pociągową na oś.
• Oznakowanie: Koła zębate krzywkowe lub mechanizmy korbowo-suwakowe są stosowane w inżynierii medycznej oraz ogólnej inżynierii opakowań do etykietowania butelek.
• Robotyka: Roboty w środowiskach przemysłowych wykorzystują śruby kulowe, aby osiągnąć precyzyjny i nisko tarciowy ruch przy dużych siłach działających.
• Regulacja: Przekładnie śrubowe, takie jak napędy ze śrubą pociągową, służą do blokowania elementów w mocowaniach.

Podczas syntezy napędu liniowego, takiego jak korba suwakowa, warsztat MISUMI ma odpowiednie złącza,takie jak śruby zawiasowe i bloki łożysk zawiasowych, do podtrzymywania ruchów obrotowych, a także ramiona przegubowe, korbowody i łożyska sferyczne do projektowania przełożenia przekładni.

Komponenty, których nie można zastąpić standardowymi częściami i zakupionymi częściami, można zamówić na meviy. Strona meviy to formularz produkcji kontraktowej, w którym można użyć modeli CAD do złożenia zamówienia - wszystko bez rysowania. Strona wykryje na podstawie przesłanego modelu, czy jest to część z blachy, toczona część, czy zmielone części, i obliczy cenę i czas realizacji.