工業(yè)自動化和許多制造過程都依賴于運動。運動系統將零件移入和移出機器,使工具與工件接觸,并操作加工機械的關鍵部件。該運動由致動器提供。這些設備在通電時會以特定方式移動。對于工程師和其他負責運動控制系統的人員來說,了解可用的各種類型的執(zhí)行器以及每種執(zhí)行器的適用時間非常重要。在應用中使用錯誤的工業(yè)電動執(zhí)行器會導致運動控制問題、設備可靠性問題和停機。
以前的文章討論了比如氣動執(zhí)行器的適當用途以及電動執(zhí)行器為何精確且可重復等主題。這文章表明了旋轉電動執(zhí)行器和線性電動執(zhí)行器之間的區(qū)別。
一、運動路徑
線性致動器以直線提供來回運動。關鍵性能參數是行駛距離、速度和加速度。(其他因素包括承載能力等因素。)關于電動線性執(zhí)行器的一個重要點,有時會引起混淆的一點是,運動是由旋轉的電動機提供的。因此,電動線性致動器將旋轉運動轉換為線性運動。
作為旁注,還有其他形式的線性電動執(zhí)行器不使用傳統電動機。其中包括壓電和音圈執(zhí)行器以及線性感應電機。它們的工作范圍很短,超出了本次討論的范圍。旋轉致動器在圍繞軸的圓形路徑中提供運動。大多數旋轉執(zhí)行器可以移動無限的距離,從單度或什至更小到多轉。關鍵性能參數是移動的角距離、施加的扭矩、速度和加速度。
二、深入了解線性電動執(zhí)行器
從電機旋轉到直線運動的轉換是通過以下兩種方式之一完成的。電機驅動安裝在電機軸末端皮帶輪上的皮帶,或者電機直接連接到絲杠。(在這兩種配置中,中間有一些傳動裝置并不少見。)
在絲杠系統中,螺母安裝在絲杠上。隨著電機轉動,螺母沿螺紋移動。平臺或托架安裝在螺母上并由導軌固定到位。轉動電機使平臺沿螺桿移動。為了阻止螺母進入螺釘的末端,每端都有限位開關。激活后,這些會切斷電機的電源,從而防止任何損壞。
小型輕負載線性電動執(zhí)行器使用12或24V直流電機。120V交流電機也很常見,但許多工業(yè)電動執(zhí)行器使用230V或460V三相電源。這種致動器可以承載重負載并施加很大的力。線性電動執(zhí)行器和氣缸之間的一個關鍵區(qū)別在于前者可以在其整個運動范圍內的任何點準確停止。氣缸難以在其行程末端之間準確停止。
通過電機實現精確的位置控制,有兩種選擇。步進電機在旋轉時對脈沖進行計數。每個脈沖對應于一個角運動,絲杠將其轉換為距離。為了移動到指定位置,命令電機移動多個脈沖。
另一種方法是使用伺服電機,其中編碼器和控制器跟蹤位置。伺服電機比步進電機更昂貴,但提供更精確的控制。對于需要高精度的應用,工業(yè)電動執(zhí)行器幾乎總是使用伺服電機。
三、看旋轉電動執(zhí)行器
與線性致動器一樣,運動來自電動機。但是,在這里,軸的旋轉是通過齒輪組來轉動平臺的。齒輪比決定了在每種情況下都可能實現的高水平扭矩和速度。在一些旋轉執(zhí)行器上,電機安裝在外殼或平臺支架內;其他人在外面。電機可以是直流或交流的。步進和伺服電機執(zhí)行器可提供所需的精度水平。與線性執(zhí)行器不同,不需要限位開關來保護機構本身。但是,應用程序可能需要限位開關來防止超程。
四、線性和旋轉工業(yè)電動執(zhí)行器的應用
線性致動器用于提供從一個位置到另一個位置的平移。電動直線執(zhí)行器比氣動執(zhí)行器具有能夠在運動中途停止的優(yōu)勢。這使得它們成為物料搬運任務的不錯選擇,更普遍地用于在短距離內沿直線移動物體。旋轉致動器用于提供精確角運動的機器人關節(jié)等應用中。傳送門的閥門驅動和移動是其他示例。