10.11.2020

Андрей Смирнов

Время чтения: ~14 мин.

РЕДУКТОРЫ, ЛИНЕЙНЫЕ ПРИВОДЫ И АКТУАТОРЫ TOLOMATIC ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА

Цены на компоненты направляющих могут варьироваться от десятков до тысяч долларов в зависимости от их размера и точности. Один из способов обойти высокую стоимость этих компонентов — заменить их механизмом, который преобразует вращательное движение в прямолинейное. Механизм Саррюса, изобретенный в 1853 году Пьером Фредериком Саррюсом, как раз является одним из таких механизмов, которые могут обеспечить идеально ровное линейное движение, и для которых не нужны какие-либо справочные руководства.

В этом проекте для создания недорогого механизма Саррюса используются простые пластины, напечатанные на 3Д принтере или вырезанные лазером, а также пластиковые «живые» петли. Затем, чтобы заставить их двигаться, к ним добавляется шаговый двигатель NEMA 17 и резьбовой стержень. Длина хода привода в этом проекте составляет приблизительно 254 мм, но бОльшая или меньшая версия может быть выполнена путем простого изменения длины соединительных пластин.

Шаг 1: Материалы и приспособления

Материалы:

Связующая пластина (4 штуки, напечатанные на 3Д-принтере или вырезанные лазером в Шаге 2)
Пластина двигателя (1 штука, напечатанная на 3Д-принтере или вырезанная лазером в Шаге 2)
Пластина привода (1 штука, напечатанная на 3Д-принтере или вырезанная лазером в Шаге 2)
Пластиковые петли (6 штук, куплены мной в McMaster-Carr, парт-номер 1637A713)
Винты с плоской головкой, резьба 6-32 x 9,5 мм длиной (24 штуки)
Пресс-гайка, резьба 6-32 (1 упаковка из 25 штук, куплены мной в McMaster-Carr, парт-номер 94674A515)
Винты с выемкой под шестигранник в головке, M3x0.5 x 12 мм длиной (2 штуки)
Шестигранные гайки, M3x0.5 (2 штуки)
Винты с выемкой под шестигранник в головке, M3x0.5 x 10 мм длиной (4 штуки)
Муфта вала, 5 х 8 мм (1 штука)
Шаговый мотор NEMA 17 с монтажными отверстиями с резьбой M3x0.5 (1 штука)
Гайка Акме M8 (1 штука)
Стержень с резьбой Акме M8, 300 мм длиной (1 штука)

Инструмент:

Набор шестигранных ключей
Отвертка
Плоскогубцы

Шаг 2: Печатаем или вырезаем связующие

Используя прикреплённые файлы, напечатайте на 3Д-принтере, либо вырежьте на лазерном резчике следующие части:

Связующая пластина (4 штуки)
Пластина двигателя (1 штука)
Пластина привода (1 штука)

Свои части я напечатал серым пластиком ABS. Если вы вырежете части лазером, то толщина их должна составить около 6.35 мм. В качестве материала подойдёт дерево, акрил, МДФ или любой другой схожий материал.

Я прикрепляю файлы формата STEP для тех из вас, кто хочет внести в проект свои изменения. Если вы планируете использовать этот электрический привод в реальной машине, вам, вероятно, потребуется добавить свои монтажные отверстия и/или увеличить/уменьшить длину соединительных пластин в соответствии с вашими нуждами.

Файлы

Шаг 3: Вставляем пресс-шайбы

Вставьте шайбы в связующие, пластину двигателя и привода. Обратите внимание на ориентацию пластин двигателя и привода.

Шаг 4: Установите на связующие пластины петли

Установите петли согласно фотографиям и прочно закрепите их четырьмя винтами с плоской головкой. Не сорвите резьбу слишком большим давлением.

Разница между электрическими, пневматическими и гидравлическими линейными приводами

Повторите процедуру и соедините петлёй две оставшиеся связующие пластины. У вас должно получиться два набора соединённых пластин.

Шаг 5: Установите петли на двигатель

Расположите пластину двигателя и два набора связующих как показано на фото. Установите две петли при помощи восьми винтов с плоской головкой.

Шаг 6: Установите петли привода

Расположите пластину привода и связующие пластины как показано на фото. Установите две пластиковые петли при помощи восьми винтов с плоской головкой.

Шаг 7: Устанавливаем гайку Акме

Вставьте два винта с выемкой под шестигранник M3 x 12 мм сквозь связующее привода, как показано на картинке. Опустите на них гайку Акме. Закрутите две шестигранных гайки M3 поверх винтов. Переверните пластину привода. Затяните винты, удерживая гайки плоскогубцами и поворачивая винты подходящим шестигранным ключом.

Шаг 8: Прикрепите шаговый двигатель

На связующее двигателя при помощи четырёх винтов с выемкой под шестигранник M3 x 10 прикрепите шаговый двигатель.

Шаг 9: Прикрепляем муфту вала

Оденьте на вал двигателя 5-миллиметровую муфту вала, затяните винты шестигранным ключом.

Шаг 10: Установите стержень с резьбой Акме

Вкрутите стержень в гайку Акме примерно наполовину. Согните механизм Саррюса таким образом, чтобы вы смогли продеть стержень с резьбой в муфту вала. Затяните винты на муфте вала подходящим шестигранным ключом.

Шаг 11: Запустите механизм

Сборка линейного электропривода своими руками подошла к концу! Теперь осталось лишь подключить шаговый двигатель к контроллеру, и механизм придёт в движение.

Актуатор – законченное универсальное исполнительное устройство (синонимы: привод, электропривод) с мотором или без мотора (электромеханическое или механическое), управляемое с помощью устройства управления. Это отличает его от других исполнительных устройств, например, ШВП, РВП, ременного или цепного привода, которые требуют дополнительных компонентов, например, линейных подшипников, рельсов и кареток, для создания законченного устройства. Линейные актуаторы и актуаторы вращения состоят из привода и направляющей. В качестве механического привода используется устройство, обеспечивающее перемещение: шариковинтовая передача, передача винт-гайка, ременный привод, реечная передача. В качестве направляющей используется конструкция из одной или нескольких телескопических труб, профильные рельсовые направляющие и различные линейные направляющие скольжения или качения, по которым осуществляется движение. В актуаторе вращения аналогом направляющей служит подшипник. Актуатор позволяет осуществлять линейное перемещение (линейный актуатор, линейный привод) или вращение (актуатор вращения, привод вращения) исполнительного устройства – штока, каретки, поворотного стола. При этом в конструкции актуатора может быть предусмотрено преобразование одного типа движения в другое, например, вращения электродвигателя в поступательное при помощи червячного редуктора и передачи гайка-винт, так и работа без преобразования типов движения – в соленоидах, линейных двигателях. Характеристики актуаторов Необходимость осуществления прямолинейного или вращательного движения в многочисленных промышленных, научных, медицинских, бытовых, военных и других устройствах привела в конечном счете к определенной универсальности этих самых устройств – актуаторов, линейных актуаторов или актуаторов вращения. Наиболее важными характеристиками актуаторов с точки зрения их универсальности являются усилие, скорость перемещения и рабочий ход. Довольно важной характеристикой является рабочий цикл (коэффициент загрузки) – процент времени, которое актуатор может функционировать без необходимости остановки. Рабочий цикл 10% означает возможность непрерывной работы в течение одной минуты из каждых десяти. Рабочий цикл редко бывает равен 100%. Требование стопроцентного рабочего цикла актуатора приводит к его значительному удорожанию. Для разных условий применения важны и другие характеристики – диапазон рабочих температур, напряжение питания и т.д. Настоящий сайт в наибольшей степени посвящен линейным актуаторам, которые представлены широким диапазоном изделий: кареточные, штоковые, телескопические колонны соленоиды и т.д. Актуаторам вращения и актуаторам-клапанам для трубопроводов посвящены отдельные разделы. В зависимости от применения, актуатор обладает рядом особенностей – классом электрозащиты, так что некоторые могут работать в воде или вакууме, предохранительными муфтами, концевыми датчиками, датчиками положения, ручным приводом, и т.д. Преимуществом актуаторов является то, что это законченное устройство, обладающее невысокой стоимостью и не требующее специальной разработки или изготовления. Множество различных типов актуаторов находится на нашем складе в Москве. Это позволяет легко осуществлять разработку прототипов и проверку технических замыслов конструкторов. Недостатком любого универсального устройства чаще всего и служит его универсальность, то есть неоптимальность для конкретного применения. Однако широкий диапазон характеристик позволяет в какой-то мере преодолевать этот недостаток. Исключение, пожалуй, составляют случаи экстремальных окружающих условий или рабочих характеристик – например, экстремальные температуры. Если готового линейного привода нет, иногда проще и дешевле разработать устройство самостоятельно. Актуаторы находят широкое применение во всех областях человеческой деятельности и обладают чрезвычайно широким спектром технических характеристик, например усилие от нескольких милиграммов до 350 тонн (3500 кН), скорость от 1 мм в час (что иногда весьма труднодостижимо) до 10 м/с, более 500 м/с для соленоидов. Таким образом, применение актуаторов весьма широко – от самых экзотических до самых эротических. Выбор актуатора При выборе актуаторов учитывается много факторов и сам выбор представляет из себя ступенчатый процесс. При выборе актуаторов следует учитывать несколько факторов, из которых 4 наиболее значимы:

Петли TRX: польза, эффективность, упражнения + ответы на самые популярные вопросы по TRX

Технические характеристики (усилие толкания /втягивания, рабочий ход, питание, скорость, коэффициент загрузки) — смотрите таблицы или графики на страницах
Особенности работы (температура, необходимость датчиков и т.д.)
Стоимость
Доступность

Особенно важна оптимизация всех этих характеристик при выборе актуатора для серийных изделий. Но вне зависимости от того, является ваше изделие уникальным или серийным, наши квалифицированные специалисты с большим опытом и знаниями в области устройства и применения актуаторов, помогут правильно подобрать и купить актуатор и окажут вам любую необходимую помощь. перейти на полную версию сайтаперейти на мобильную версию сайта

Актуаторы представляют собой специальные устройства, главной задачей которых является перенос усилия с управляющего или регулирующего механизма на исполнительный. В большинстве случаев это электромеханический агрегат, который позволяет выполнять круговые либо линейные перемещения. Благодаря этому можно значительно облегчить выполнение технологических операций, тестирование, в том числе упростить условия быта. Эти устройства применяются и для совершения специфических задач, к примеру, для осуществления миссий и проведения исследований в космическом пространстве.

Виды

Актуаторы бывают линейными и устройствами вращения.

Линейные

Семейство устройств, которые обеспечивают преобразование механической энергии в линейное перемещение. В большинстве случаев такие устройства применяются с целью получения механической энергии из электрической. Выполняются такие устройства из подвижного штока, который устанавливается в корпус из металла или пластмассы. Чтобы к агрегату поступала электроэнергия, предусматриваются разъемы, вилки или кабели. В зависимости от конструкции привод может потреблять 12, 24, 36 либо 220 В.

Линейные агрегаты имеют два основных исполнения:

Горизонтальное.
Вертикальное.

То есть конструкция агрегата такова, что шток перемещается в вертикальном либо горизонтальном направлении по отношению к валу мотора.

К преимуществам линейных агрегатов можно отнести:

Простоту конструкции.
Длительный срок эксплуатации.
Неприхотливость в работе, что позволяет использовать их даже в экстремальных условиях.

Конкретные агрегаты в зависимости от модели могут дополнительно иметь защиту, которая обеспечивает стойкость к неблагоприятным условиям.

Актуаторы вращения

Работают несколько иначе. У них имеется редуктор и электродвигатель. Особенность работы такого агрегата в том, что чем ниже передаточное число шестеренок редуктора, тем выше скорость и меньше крутящий момент.

Самодельный электрический актуатор. Как сделать линейный актуатор (линейный привод) самому.

В агрегатах вращения могут применяться различные типы редукторов:

Цилиндрический.
Планетарный.
Червячный.
Комбинированный.

Благодаря разнообразию редукторов вращающие агрегаты способны решать разнообразные задачи. Поэтому они находят широкое применение в электроэнергетике, станках, бытовых устройствах, в промышленности и других отраслях.

Существуют и специальные виды актуаторов. Подобные агрегаты предназначены для решения специфических и наиболее сложных задач. Их часто применяют в космическом, а также водном пространстве. Также они находят применение в условиях вечной мерзлоты. По конструктивным составляющим они не сильно отличаются от аналогичных агрегатов. Однако их главное отличие – качество исполнения герметичности корпуса. Благодаря пылеустойчивости и водонепроницаемости удается обеспечить бесперебойность работы агрегата даже в сложнейших условиях.

Устройство

Имеется большое количество разных методов для создания линейного перемещения в линейном актуаторе. В большей части случаев используется движок, который передает движение штоку. Шток выдвигается или втягивается, перемещаясь по направляющей. Линейные актуаторы для обеспечения линейного перемещения в большинстве случаев применяют винт, то есть так называемую винтовую передачу. Благодаря вращению винта относительно гайки или наоборот обеспечивается линейное движение штока.

Движки, применяемые в линейных агрегатах, чаще всего представляют собой стандартные коллекторные устройства, работающие на постоянном токе в 12 или 24 В. Более мощным агрегатам требуется электроток на порядок большего значения. Однако возможно применение и других типов движков.

Для изменения направления движения штока следует поменять направление вращения движка. Для примера, в коллекторном движке следует сменить полярность электропитания. С этой целью в конструкцию добавляется переключатель, благодаря нему происходит смена полярности электропитания. В результате простым нажатием кнопки можно изменить вращение движка, а значит попеременно выдвигать или втягивать шток.

Работа

Имеющиеся сегодня линейные актуаторы могут иметь разный ход штока. Это значит, что агрегаты создаются с разными длинами корпуса и винта. Кроме длины хода важнейшее значение имеют скорость и усилие, которые создаются на штоке агрегата. Чтобы обеспечить требуемую скорость и усилие штока, требуется модернизация устройства. Для этого между валом движка и винтом ставится редуктор механического действия.

Движок передает на вал скорость и усилие, которые являются неизменными. Движок же меняет отношение скорости и момента кручения, благодаря чему меняется конечная скорость перемещения штока, а также создаваемое усилие. Движение винта также представляет передачу, которая влияет на скоростное и силовое отношение. Меньший шаг винтовой передачи обеспечивает большее усилие. Однако шток при этом будет перемещаться с меньшей скоростью.

Чтобы можно было остановить шток в необходимом положении, в агрегат ставятся концевики. Их также называют выключателями. Концевики ставятся непосредственно на шток. Они начинают работать в момент, когда гайка достигает крайнего положения. С этой целью ставятся датчики в конечные положения. Когда шток доходит до этого положения, то датчик выключает электропитание. Далее шток сможет двигаться только в обратном направлении. Для этого меняется полярность электропитания либо осуществляется реверс движка.

Как пример можно рассмотреть актуатор центрального замка автомобиля. В его работе используется небольшой электродвижок, соединенный с подвижным штоком. К нему приделана тяга от замка. В момент подачи напряжения начинает работать движок, который заставляет вал вращаться в требуемом направлении, что приводит к движению штока. Вместе со штоком в движение приводится и тяга, у которой один конец находится на рычаге замка. В результате осуществляется блокирование или освобождение замка.

Так как штоку требуется короткий ход, то движок быстро заклинивается. Вследствие этого необходимо ограничивать время подачи напряжения. Для этого используется блок управления, который точно дозирует временной интервал подачи электропитания. Благодаря этому движок защищен от заклинивания и перегорания.

Применение

Актуаторы находят широкое применение практически повсеместно. Их можно задействовать в разнообразных устройствах, к примеру, для регулировки положения телевизионного приемника, для перемещения пандуса, в станках, компрессорах, игрушках, самолетах, подводных лодках, пароходах и космических кораблях и т.п.

В медицине данные агрегаты задействованы для медицинской мебели, чтобы регулировать положения спинки кресла, кровати и другой мебели. Их ставят на подъемники, чтобы перемещать инвалидов и больных с одного этажа на другой. При этом такие устройства преимущественно имеют минимальную шумность, а также высокие значения по качеству и надежности.

В промышленности актуаторы применяются для автоматизации технологических процессов и оборудования. В большинстве случаев это компактные агрегаты, обладающие высокими показателями мощности. Их используют на заводах и фабриках для линейного перемещения. Большое значение здесь имеют технические показатели, в первую очередь это касается нагрузок, скорости, плавности перемещения, в том числе возможности функционировать в неблагоприятных условиях.

Использование промышленных агрегатов позволяет существенно облегчить людской труд, а также снизить финансовые затраты. Благодаря ним, в конце концов, снижается стоимость производимой продукции.

Можно выделить следующие области промышленного применения:

Электромеханические агрегаты находят применение в станкостроении, машиностроении и пищевой промышленности.
В сверхтехнологичном производстве они используются в качестве устройств, которые перемещают солнечные батареи по отношению к солнечным лучам. Также подобные агрегаты задействуют для перемещения параболических антенн вслед за спутником.

В промышленной вентиляции агрегаты обеспечивают перемещение выдвижных панелей вытяжки, чтобы автоматизировать регуляцию воздушных потоков.

В сельском хозяйстве приводы линейного перемещения позволяют максимально автоматизировать труд при возделывании агрокультур, заготовлении кормов, при уходе за фермерскими животными и так далее.

К примеру, это могут быть разбрызгивающие устройства для обработки почв, растений от вредителей, устройства для внесения удобрения. На больших фермерских хозяйствах линейные агрегаты позволяют регулировать воздушные потоки и автоматизировать подачу кормов для животных при кормежке. В растениеводстве линейные приводы помогают открывать теплицы, чтобы огурцы или помидоры не «сгорели» от жары.

Для быта данные актуаторы просто незаменимы. Их можно встретить во многих бытовых приборах. К примеру, это могут быть шторы, жалюзи с приводом и так далее. Все автомобили просто напичканы данными устройствами. Они используются в замках багажника, дверей, магнитол с выдвижным дисплеем и тому подобное. Это полезные устройства, которые позволяют решать многочисленные задачи.