Spis treści:
Przekształcanie ruchu obrotowego w ruch liniowy pchający lub ciągnący może być wykorzystywane do podnoszenia, opuszczania, przesuwania lub przechylania. Z artykułu dowiesz się, czym jest siłownik liniowy, jakie są rodzaje siłowników liniowych, jak działa siłownik liniowy i jak prezentuje się jego konstrukcja.
Siłownik liniowy - co to jest?
Elektryczne siłowniki liniowe wykorzystują silnik prądu stałego lub zmiennego z szeregiem kół zębatych i śrubą pociągową do popychania głównego wału pręta. Różnica między siłownikami zależy od wielkości silnika, która może wynosić od 12 V DC do 48 V DC. Ważne pojęcia to obciążalność statyczna i dynamiczna – są to zmienne dotyczące udźwigu siłowników liniowych.
Udźwig dynamiczny to wielkość siły przyłożonej, gdy siłownik jest w ruchu. Udźwig statyczny ma miejsce, gdy siłownik jest nieruchomy i utrzymuje obciążenie w miejscu. Dzięki tym właściwościom siłowniki liniowe to coraz popularniejsze rozwiązanie, a od dawna otwierają dla nas automatyczne drzwi, przesuwają fotele samochodowe do przodu i do tyłu oraz otwierają i zamykają komputerowe napędy dyskowe. Podstawową zasadą działania siłowników liniowych jest koncepcja nachylonej płaszczyzny, w której śruba pociągowa siłownika porusza się wzdłuż rampy o niewielkiej sile obrotowej.
Typy siłowników liniowych
Zaczęliśmy od elektrycznych, a najprostsza forma siłownika, która przekształca ruch obrotowy w ruch liniowy, to siłowniki mechaniczne. Siłowniki ze śrubą kulową, śrubą pociągową, zębatką, paskiem i krzywką są klasyfikowane jako mechaniczne.
Siłowniki hydrauliczne to cylindry hydrauliczne z tłokiem, które wykorzystują nieściśliwą ciecz do wytworzenia niezrównoważonego ciśnienia na tłoku w celu uzyskania liniowego przemieszczenia. Przykładowo płyn pod ciśnieniem wchodzi przez port po lewej stronie komory i naciska na powierzchnię tłoka. Gdy ciśnienie płynu zostanie zwolnione, tłok przesuwa się z powrotem w lewo.
Siłowniki pneumatyczne szybko wytwarzają niską lub średnią siłę i są używane jako serwomechanizmy. Pneumatyczne siłowniki liniowe wykorzystują sprężone powietrze do przekształcania energii w ruch mechaniczny. Składają się one z tłoka, cylindra i zaworu lub portu, które mogą wytwarzać liniowy lub obrotowy ruch mechaniczny.
Nieco mniej powszechnie kojarzone siłowniki piezoelektryczne wykorzystują efekt piezoelektryczny, czyli energię elektryczną wytwarzaną przez ciśnienie i ciepło utajone, co skutkuje elektromechaniczną interakcją między stanami mechanicznymi i elektrycznymi. Siłowniki piezoelektryczne mają wiele warstw elementów piezoelektrycznych takich jak ceramika, które łączą efekt rozszerzania się każdego elementu w celu wytworzenia ruchu.
Dość nietypowe siłowniki zwijane mają magnesy, które generują pole magnetyczne, które wytwarza prąd do poruszania cewką w celu wytworzenia ruchu wału lub wahadła. Siła ruchu jest proporcjonalna do liczby zwojów cewki i strumienia magnetycznego oraz natężenia prądu. Zwiększenie natężenia prądu zwiększa siłę.
Warto wspomnieć siłowniki elektromechaniczne, które są programowalne, a profil ruchu i siła zależy w większej mierze od nas. Chociaż siłownik elektromechaniczny jest dość podobny do siłowników mechanicznych, to oczywiście różni je wykorzystanie napędów takich jak bezszczotkowe silniki DC, krokowe lub serwo. Resztę stanowią najczęściej uproszczone, standardowe i kompaktowe konstrukcje.
Jak działa siłownik liniowy?
Siłownik liniowy porusza się w… linii prostej. Chociaż podstawowa funkcja siłownika jest taka sama, istnieją różne sposoby na osiągnięcie ruchu. Zastosowania siłowników liniowych obejmują rampy dla wózków inwalidzkich, zabawki i instrumenty technologiczne dla statków kosmicznych. Samo działanie siłownika jest natomiast dość proste. Śruba, taka jak śruba pociągowa, kulowa lub wałeczkowa jest używana w zależności od wymaganej wydajności i wytwarza ruch. Osiąga to obracając się zgodnie z ruchem lub przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, co powoduje ruch nakrętki na śrubie w celu wytworzenia ruchu liniowego. Śruby kulowe są idealne do szybkich i dynamicznych zastosowań, które wymagają precyzyjnego pozycjonowania, podczas gdy rolki są najlepsze do dużych sił.
Ruch siłownika liniowego
Typowy silnik ma zakres napięcia od 12 V DC do 48 V DC. Szczotkowe siłowniki DC mają przełącznik do odwracania polaryzacji silnika, co powoduje zmianę ruchu. Serwo i silniki krokowe wymagają elektroniki sterującej, używa się także hallotronów (czujniki Halla) i enkoderów.
Elektronika sterująca siłownika może być dostępna zewnętrznie lub wbudowana. Prędkość i siła siłownika zależy od jego przekładni – naturalnie przekładnia, która obniża prędkość siłownika, zapewnia większą siłę, ponieważ istnieje korelacja między prędkością a siłą.
Jedną z podstawowych różnic między siłownikami w kontekście ruchu jest ich skok, który jest definiowany przez długość śruby i wału. Prędkość zależy od przekładni, które łączą silnik ze śrubą. Mechanizm zatrzymywania skoku siłownika obejmuje wyłączniki krańcowe lub małe przełączniki, enkodery czy potencjometry liniowe.
Budowa siłownika liniowego
Silnik prądu przemiennego lub stałego dostarcza energię niezbędną do napędzania siłownika. Chociaż energia elektryczna jest najczęstszym źródłem energii, wykorzystywana jest również energia powietrza i płynów – różnice te po lekturze akapitu o typach siłowników są zrozumiałe.
Konwerter mocy dostarcza moc ze źródła do siłownika wykorzystując pomiary ze sterownika. Przykładami przemysłowych konwerterów mocy są hydrauliczne zawory proporcjonalne i falowniki elektryczne. Obciążenie napędzane przez siłownik łączy się z kwestią udźwigu – ten jest określany za pomocą wzoru matematycznego lub wykresu udźwigu. Obciążenia są obliczane dla konfiguracji pionowych i poziomych, a także ruchu wzdłuż osi X i Y. W tym punkcie warto zwrócić uwagę na fakt, że siłownik ma dwie formy obciążeń – statyczne i dynamiczne. Statyczne występuje, gdy siłownik jest zatrzymany, natomiast dynamiczne w ruchu. Każda forma obciążenia ma swój zakres wydajności. Prawidłowe działanie systemu zapewnia kontroler, a raczej zastosowany interfejs kontroli, który umożliwia operatorowi wprowadzanie zadanych wartości.
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.
