С момента изобретения электродвигателя инженеры искали способы использовать принцип его работы для создания линейного движения вместо вращательного, как показано на рисунке. поворотные приводы. За последнее столетие или около того они разработали множество способов добиться этого.
Наиболее распространенным методом создания линейного движения является использование домкратов, которые, по сути, аналогичны винтам, поднимающим шасси автомобиля при повороте. Домкраты существуют во всем: от лодочных лебедок и лифтов до печатных станков и конвейерных лент.
Но если вы все еще не понимаете, что такое линейные приводы, вы не одиноки. Именно поэтому мы беремся за эту запутанную тему и объясняем ее вам раз и навсегда. Мы разработали руководство, которое предоставит вам всю информацию в простой и понятной форме.
Что такое линейный привод?
Линейные приводы — это простые электромеханические устройства, которые преобразуют электрическую энергию в линейное движение вместо вращательных приводов. Линейные приводы, как правило, более компактны, точны и надежны, чем поворотные приводы, что делает их идеальным решением для многих приложений, связанных с линейным движением.
Линейные приводы также имеют явное преимущество: для преобразования вращательного движения в желаемую величину линейного движения требуется меньше шестерен или других компонентов. Например, некоторым домкратам требуется несколько передач для создания одного дюйма линейного движения. Линейные приводы нужно максимум два или три компонента.
Линейные приводы могут превратить простое нажатие или притяжение в дугу, которая будет простираться настолько далеко, насколько позволит ваша рука. Фактически, универсальность и простота линейных приводов делают их фаворитами среди профессионалов отрасли.
Как работают линейные приводы?
Линейные приводы представляют собой простые электромеханические устройства, в основе которых лежит электродвигатель и стержень с резьбой. Стержень с резьбой соединяется с объектом, который движется по линии. В то же время двигатель вызывает вращательное движение внутри резьбового стержня. Когда стержень поворачивается, он движется вдоль оси. Просто как тот!
Линейные приводы состоят из двух основных секций: телескопической и приводной. Телескопическая секция состоит из двух металлических стержней (называемых «действием» и «перетаскиванием»), которые скользят друг по другу при перемещении двигателя внутри них. Секция привода содержит двигатель и прикрепленный к нему стержень с резьбой. Двигатель вращается, приводя в движение стержень с резьбой внутри телескопической секции.
Когда резьбовой стержень движется, он вызывает исполнительное движение в стержнях действия/перетаскивания, перемещая их вдоль оси (следовательно, "линейный привод"). Тем не менее, точность линейных приводов зависит от конструкции подвижного/перетаскивающего стержня и встроенных в них двигателей, поэтому именно здесь вступает в игру правильный выбор привода.
Каковы типы линейных приводов?
Линейные приводы делятся на четыре основных типа в зависимости от способа их питания. Четыре типа: электромагнитные, пневматические, гидравлические и пьезоэлектрические. Эти приводы могут быть активными или пассивными, причем первые работают от электроэнергии, а вторые не имеют источника питания.
Поначалу вы можете подумать, что это отрицательный момент: приводы не имеют более обобщенных функций. Но тот факт, что существует так много типов, в долгосрочной перспективе пойдет вам только на пользу. Поскольку различные отрасли промышленности столкнулись с различными проблемами. Они разработали свои собственные решения с использованием новых типов линейных приводов, чтобы лучше справляться со своими уникальными задачами.
Результатом является множество различных типов приводов, которые соответствуют конкретным потребностям и проблемам. Это само по себе является огромным преимуществом, поскольку позволяет каждому типу линейного привода служить своей цели и делать ее лучше. Вот подробное описание того, как работает каждый тип привода и чего они призваны достичь.
Электромагнитные приводы
Электромагнитные приводы используют для своей работы электрический ток. Принципы, лежащие в основе электромагнитных приводов, аналогичны принципам электромагнетизма, приводных двигателей или соленоидов. Ток приводит в движение провод, обернутый вокруг ферромагнитного материала, такого как сталь, который скручивается и прижимается к тягам.
Когда возникает ток, он генерирует магнитное поле, которое притягивает другие ферромагнитные материалы, такие как железо. Как только ток перестает течь, магнитное поле ослабевает, и железный сердечник вылетает из цилиндра. Этот принцип позволяет электромагнитам захватывать металлические предметы, поэтому линейное движение электромагнитных приводов меняется при переключении направления.
Чтобы он работал, должен быть пружинный механизм, который удерживает натяжение проволоки, чтобы «подбросить» сердечник и вернуть его в исходное положение. Как вы понимаете, именно здесь в игру вступает устойчивость линейных приводов. Они гораздо более долговечны, чем вы думаете.
Пневматические приводы
Пневматические приводы имеют те же функции, что и пневматические инструменты. Они имеют ту же форму и функции, что и различные типы трубок, цилиндров и клапанов. Пневматические приводы работают, используя сжатый воздух или жидкости для приведения в действие таких вещей, как поршни. Когда воздух или жидкость попадает в цилиндр, они толкают поршень, который приводит его в движение.
Важно помнить, что пневматические приводы обычно проще и компактнее гидравлических, что делает их отличным вариантом для домашнего применения. Тем не менее, они обычно ограничены наибольшим давлением газа или жидкости, приводящей в движение поршень. Кроме того, они требуют большего обслуживания и ухода, чем линейные приводы других типов.
Чтобы использовать пневмопривод, вам просто нужно запустить поток воздуха или жидкости через рабочий цилиндр. Помните, что линейные приводы с пневматическим приводом почти всегда работают в паре с электрическим насосом, обеспечивающим подачу воздуха при необходимости.
Гидравлические приводы
Гидравлические приводы представляют собой цилиндры, которые можно использовать для таких задач, как подъем или перемещение тяжелых предметов. Они состоят из цилиндра и поршня, погруженных в масло, что обеспечивает сопротивление за счет его вязкости.
При прохождении тока выделяется тепло, которое снижает вязкость окружающего масла. В результате уменьшение сопротивления облегчает нажатие на поршень, преодолевая сопротивление масла.
Когда вы используете гидравлический линейный привод, жидкость (обычно масло или вода) закачивается в цилиндр, заставляя его расширяться. Этот процесс контролируется клапаном и заставляет прикрепленный объект двигаться относительно земли.
Пьезоэлектрические приводы
Пьезоэлектрические приводы работают по принципу пьезоэлектричества, то есть электрического заряда, который накапливается в определенных материалах, когда они подвергаются механическому напряжению или давлению. Например, если вы скомкаете алюминиевую фольгу, она создаст электрический заряд, и если прикоснуться к ней, возникнет искра.
Оказывается, этот процесс может производить и линейное движение, а не электрические заряды. Принцип его работы заключается в том, что кристаллы прикрепляются к обеим сторонам материала, а затем к ним прикладывается напряжение. Один из кристаллов действует как электрод и заставляет электроны течь через материал в одном направлении. Напротив, другой кристалл заставляет их двигаться в противоположном направлении.
Пьезоэлектрические приводы обычно используются в таких устройствах, как стереолитографические машины и принтеры, где точное позиционирование и точность имеют первостепенное значение для успеха.
Для чего используются линейные приводы?
Линейные приводы широко используются в нескольких приложениях, но все они имеют одну общую черту. Это может показаться очевидным, но они могут заставить объект двигаться линейно.
Это может показаться не таким уж большим делом. Тем не менее, если учесть, как много вещей нуждаются в линейном движении, чтобы быть эффективными, становится понятно, что потребность в такого рода устройствах широко распространена повсюду. Примеры линейных приводов можно увидеть повсюду в повседневной жизни: от дома до самых гигантских складов и производственных предприятий в мире.
Линейные приводы в доме
Типичное использование линейных приводов в быту включает гаражные ворота, ворота и шторы в гостиной. Механизмы достаточно легкие и компактные, чтобы удобно разместиться в домах потребителей непроизводственного сектора. Линейные приводы также часто встречаются в окнах проезда и в окнах банковских касс.
Большинство людей не осознают, что они включены в число часть предметов повседневного обихода такие как двери, гаражные ворота и окна. Тем не менее, эти устройства являются обычным явлением в том, что вы можете считать высококачественными строительными материалами, из-за их универсальности.
В конечном итоге они служат одной и той же цели, просто с разной экономией на масштабе. Вот более подробная информация о том, как эти линейные приводы работают в вашем доме.
Гаражные ворота и железные ворота
Линейные приводы — небольшой, но важный элемент в больших, неповоротливых машинах, открывающих и закрывающих гаражные ворота. Линейные приводы используются для перемещения большого и тяжелого дверного механизма вперед и назад, чтобы открыть ворота гаража.
Предположим, вы вручную открыли дверь гаража и осмотрели все ее части. В этом случае вы, возможно, видели электродвигатель, соединенный цепью с системой шкивов, открывающих дверь.
Крепления и подставки для ТВ
Крепления и подставки для телевизора, вероятно, не первое, что приходит на ум, когда вы думаете о линейных приводах, но они выполняют важную работу. Они используются для отрегулируйте угол наклона телевизора с минимальными усилиями. Чаще всего их используют в отелях, чтобы облегчить уборку и переключение каналов гостиничных телевизоров. Тем не менее, вы найдете их и в некоторых домашних средствах передвижения.
Автомобильные запчасти
Другой пример — ваша машина. В автомобилях используются линейные приводы как часть тормозной системы. Педаль тормоза водителя соединена с толкателем, идущим к главному цилиндру. Здесь гидравлическая жидкость давит на поршни внутри цилиндра, что приводит к расширению колодок на каждом колесе.
Линейные приводы в промышленности
Линейные приводы находят множество применений в промышленных условиях на производственных предприятиях. Например, в производстве линейные приводы действуют как камеры давления. Затем они генерируют водяные струи под высоким давлением для резки, придания формы или сверления таких материалов, как камень, алюминий, сталь и бетон.
Но обычно они используются для подъема и транспортировки. На складе они используются для подъема тяжелых предметов, таких как поддоны или контейнеры, из одного места в другое. Их также можно найти в настройках других типов распространения. В таких условиях они поднимают, опускают и перемещают большие грузы по заводу или от одного дока к другому.
Линейные приводы также можно найти на сборочных линиях, где им поручено перемещать отдельные части сборочной линии по ее циклу. Ниже приведены некоторые более конкретные варианты использования линейных приводов с конвейера.
Конвейерные системы
Конвейерные системы используют линейные приводы для транспортировки материалов. Существует множество конвейерных систем, выполняющих разнообразные функции. Ленточный конвейер использует ряд шкивов или роликов для перемещения предметов по горизонтали. Электродвигатель приводит в движение роликовое устройство, которое движется по рельсам для доставки предметов.
Обвязочные машины
Обвязочные машины используйте линейные приводы для связывания предметов вместе с помощью обвязочной ленты. Эта машина состоит из зажимов, приводной головки и концевого эффектора, выполняющего окончательное соединение. Концевой захват также позволяет прикрепить концы обвязочной ленты к соответствующей стороне.
Выбирайте и размещайте роботов
Эти роботы предназначены для того, чтобы брать предметы с полки и помещать их в другой контейнер. Это важная задача, которая помогает людям в их повседневной работе. В этом приложении используются два типа роботов. Первый тип предназначен для перемещения твердых предметов, таких как коробки. Напротив, второй тип (микроманипуляторы) заботится о деликатных продуктах, таких как сэндвичи или гамбургеры.
Линейные приводы, используемые для автоматизации
Одной из крупнейших отраслей, связанных с линейными приводами, является автоматизация, будь то промышленная или для технических и научных целей. Например, роботизированным рукам часто требуется линейный привод для точных движений руки. В этом случае устройства используются для контролируемого подъема и опускания предметов.
Основное отличие состоит в том, что линейные приводы должны выдерживать высокий износ в результате ежедневного использования в мире автоматизации. Моторизованный линейный привод должен иметь возможность работать снова и снова, не ломаясь. Этим устройствам часто приходится поднимать тяжелые предметы, которые могут весить более 1000 фунтов!
Поскольку эти машины часто участвуют в производственном процессе и специальных исследованиях, очень важно, чтобы они не сталкивались с другими частями оборудования или с людьми, которые могут находиться поблизости. Вот что делает эту технику такой подходящей, поскольку она может обеспечить точные необходимые движения.
Автоматизированные управляемые транспортные средства (AGV)
AGV необходимы для складской системы, поскольку помогают перемещать более крупные упаковки по объекту. AGV — это небольшой автомобиль, используемый в условиях, когда работникам необходимо доставлять вещи из одного места в другое. Как вы можете себе представить, эти транспортные средства жизненно необходимы в промышленных условиях, где работникам необходимо перевозить тяжелые грузы на большие расстояния.
AGV движется по пути, состоящему из конвейерных лент и датчиков, определяющих, является ли маршрут точным или впереди него есть препятствие, например, вилочный погрузчик. Он использует технологию остановки и движения и используется в основном для доставки товаров. Тем не менее, его также можно использовать для вывоза больших контейнеров со склада по мере необходимости.
Когда AGV управляются оператором, их часто называют «езди и езди». Когда они полностью автоматизированы, их называют «движущейся дорожкой» или «роботом-конвейером». Большая разница в том, что, достигнув пункта назначения на движущейся дорожке, он должен иметь возможность определить местоположение и не ускользнуть.
Стол линейного позиционирования
В системах линейных столов используются линейные приводы для управления положением стола, поддерживаемого колесами или роликами. Линейный привод будет обеспечивать силу, необходимую для позиционирования сверху вниз (т. е. перемещения объекта в исходную точку). Эти системы доступны в 2- и 3-осных конфигурациях.
Двухосные системы перемещают стол вперед и назад, а трехосные системы могут перемещать стол вверх и вниз, влево и вправо.
Одним из основных применений этих столов является размещение предметов на подложке, для чего требуется, чтобы линейный привод поднимался вверх при втягивании и опускался при перемещении. Он также должен обеспечивать необходимое втягивающее усилие, чтобы удерживать объект на месте, поэтому так важно выбрать правильный линейный привод.
Пользователи также могут контролировать перемещение стола линейного позиционирования, контролируя силу, которую он прикладывает, с помощью панели управления или компьютера. Внося небольшие изменения, пользователи могут гарантировать, что их объекты находятся именно в том положении, в котором они хотят, не теряя времени.
Печатные машины и станки с ЧПУ
Линейные приводы широко используются в печатных машинах, где их обычно называют сервоприводами. Они используются для автоматизированных задач печатной машины, включая перемещение лент, подъем печатающих головок и перемещение кареты на станке с ЧПУ.
Станки с ЧПУ используют линейные приводы для позиционирования сверла в любом месте для фрезерования или резки. Они должны быть установлены под точными углами. В противном случае они могут привести к повреждению других частей машины. Фактически, многие принтеры используют несколько сервоприводов для достижения более сложных движений в целях печати.
Линейные приводы также используются для перемещения печатающей головки относительно движущейся платформы во время процесса печати. И хотя это может показаться простой задачей, на самом деле это не так, поскольку необходимо учитывать множество факторов.
Скорость продвижения или отвода зависит от того, насколько быстро вы хотите, чтобы он печатал, и от того, какой вес приходится на станину. Кроме того, вы должны учитывать скорость, с которой движутся любые другие части сборки.
Когда не следует использовать гидравлический линейный привод
Предположим, вы ищете способ переместить тяжелый предмет или что-то среднего размера. Тем не менее, вам не нужны эффекты ускорения и замедления. В этом случае линейный привод, вероятно, не является идеальным решением. Это связано с тем, что линейные приводы в основном полагаются на гидравлическое давление и могут прикладывать силу к объекту только в том случае, если у него достаточно времени для создания давления.
Любители также заметили эти ограничения. Их находят любители робототехники слишком медленно для питания основных двигателей ног или рук робота. Вместо этого они лучше всего подходят в качестве приводов меньшего размера, которые управляют суставами или выполняют другие задачи, где скорость не так важна. Любители часто используют серводвигатель в сочетании с линейным приводом для изменения направления и/или скорости.
Таким образом, линейное срабатывание отлично подходит для точных, контролируемых движений, где необходимы исключительная точность и последовательность. Но он не идеален для быстрого изменения направления или подъема тяжестей. Этот недостаток присущ всем линейным приводам, и вам следует учитывать его при их оценке.
Линейные приводы повсюду
Применение линейных приводов практически безгранично. Они встречаются повсюду: от производственных линий судоходных и производственных центров до автомобилей, которыми мы ездим в повседневной жизни.
Куда бы вы ни посмотрели, вы обнаружите, что используется какая-то форма линейного привода. Эти машины являются сердцем бесчисленных механизмов, на которые мы все полагаемся, чтобы выполнять свою работу каждый день.
Лучший способ использовать линейный привод — это подобрать его для вашего применения. Учитывайте, какие задачи ему придется выполнять и какая сила на него воздействует. Это поможет вам определить поднимаемый вес, скорость его перемещения и достаточно ли он силен для ваших нужд.
Если вы работаете над продуктом, для которого, как вы знаете, требуется привод, независимо от того, знаете ли вы его тип или нет, связаться сегодня, чтобы узнать цену, и давайте посмотрим, как мы можем поднять ваш проект на новую высоту!
