Lineáris hajtás – Forgómozgás lineáris mozgássá alakítása

A lineáris hajtás a forgó mozgásokat lineáris mozgásokká alakítja, és fordítva. A lineáris aktuátorok számos mechanikai rendszer és gépészmérnöki munka mozgásvezérlésének kulcsfontosságú elemei. Ez az átalakítás gyakran szükséges a motorok és más forgó berendezések által generált teljesítmény és mozgás lineáris mozgássá alakításához. A hajtás iparilag motorokkal vagy kézzel valósul meg. A cikk a gyakran használt és gyakori fogalmakat mutatja be, és felsorolja a tervezési kritériumokat. Végül pedig a gépészmérnöki alkalmazásokra vonatkozó példákról lesz szó.

Lineáris hajtás – Forgómozgás átalakítása lineáris mozgássá

A gépészet különböző koncepciókra támaszkodik, hogy a forgó mozgást lineáris mozgássá alakítsa. A motorok hatékonysága ipari környezetben magas, és különböző mechanizmusok segítségével lineáris mozgásokká alakítható. A motor forgása mind rotációs, mind transzlációs irányban használható.

A leggyakoribb alapelvek a következők:

• Csúszóforgattyús mechanizmus
• Vezetőcsavar-hajtás
• Bütyköskerék
• Excentrikus mechanizmus

A csúszóforgattyús mechanizmus egy meghajtott hajtókarból, egy erőátvitelhez való tengelykapcsolóból (más néven összekötőrúdból) és egy lineárisan vezetett csúszkából áll. A meghajtást a forgattyútengelyt és így a forgattyút elforgató forgómozgás hajtja. A hajtókar mindkét végén forgó rudazat található. A csúszkát csak transzlációs módon lehet mozgatni. A hajtókar és a csúszka korlátozott mozgása olyan sebességváltót hoz létre, amely forgásból lineáris mozgást generál.

• 1 Vezetőcsavar
• 2 Golyóscsavaros anya karimával
• 3 Csapágy
• 4 Kocsi
• 5 Motor sebességváltóval
• 6 Trapezoidális vezetőcsavar
• 7 Vezetőcsavar-anya (keresztmetszet)

A vezetőcsavar-hajtás egy csavaros fogaskerék, amely egy forgó vezércsavarból és egy lineárisan vezetett kocsiból áll. A vezércsavart egy motor hajtja, és a vezércsavar emelkedésével a kocsi transzlációsan mozog. Az irányított mozgás és a meghatározott, egységes transzláció nagyon pontos és könnyen vezérelhető mozgást tesz lehetővé.

A vezetőcsavaros hajtásokat és más csavarfogaskerekeket gyakran kézzel működtetik a tárgyak beállításához.

A bütykös fogaskerekek nem egységes sebességváltók. A forgómozgást az átviteli geometria (pl. bütyköstárcsa) és a szkenner átalakítja. A szkennert lineárisan vezetik.

A bütykös fogaskerekeket többek között zárolási módszerrel osztályozzák. Ezek a súrlódásos reteszelés és reteszelés révén különböztethetők meg.

• A súrlódásos reteszelő hajtóművek gyártása könnyebb és olcsóbb, de nem olyan hatékonyak, és a rezonancia segítségével megsemmisülhetnek.
• Az összekapcsoló mérnöki megoldások gyártása drágább a további vezetőfelületnek és pontosságnak köszönhetően. Ezért ezek az átvitelek általában több helyet igényelnek.

Az excentrikus mechanizmus egy excentrikussággal (a forgástengelyre való eltolással) kialakított vezérlőtárcsából és egy összekötő rúdból áll. Az excentrikus mechanizmus egy kapcsolószerkezet, amely úgy működik, mint a csúszótengely. A vezérlőtárcsa a hajtókar. A kialakítás gyakran kisebb szerelési helyet tesz lehetővé, és a nagyobb tömegnek köszönhetően simább működési tulajdonságokkal rendelkezik.

A rotáció lineáris mozgássá alakításának egyéb módszerei

A forgó mozgással járó hajtások más elveket is követhetnek. Elvileg a szalagos szállítószalagok és a vonóhajtások a forgást is transzlációvá alakítják. Ezek a megvalósítások azonban nem alkalmasak a forgássá alakításhoz, ezért a továbbiakban nem fogunk rájuk kitérni.

Lineáris hajtás tervezési kritériumai

A lineáris működtetők kialakítása az alkalmazott mechanizmusoktól függ. Elvileg a lineáris működtetők olyan fogaskerekek, amelyek egy áttételi arányt forgó mozgásból lineáris mozgássá alakítanak át.

• Löket: A meghajtóegység mellett a transzlációs mozgástartomány a lineáris meghajtóegység fő jellemzője. A löket az áttételi arány geometriájából származik. A transzláció sebessége és a mozgás egyenletessége a hajtás geometriájától és forgási sebességétől függ. A lineáris hajtás szintézisét a súly és a tehetetlenség is befolyásolja, mivel a lineáris mozgások általában a löket végén irányváltozásokkal működnek.
• Meghajtó: A meghajtást egy olyan forgás hajtja, amelyet általában egy villanymotor kezdeményez a gépészetben, amely biztosítja a nyomatékot és a forgási sebességet. Ez a működési pont sebességváltóval vagy forgási sebességszabályozóval módosítható. A meghajtó kiválasztásakor azt is meg kell jegyezni, hogy bizonyos körülmények vagy az elv azt követeli-e meg, hogy a meghajtónak képesnek kell lennie megváltoztatni a forgásirányt. A rotációs sebesség változásait a különböző működési pontok vagy egyenetlen mozgások miatt is meg kell figyelni a rendszer tömegtehetetlenségének figyelembevételével.
• Határfeltételek: A lineáris működtetők kiválasztásakor figyelembe kell venni a környezeti feltételeket is. A telepítési helyet a környezet és a periféria határozza meg, és kizárhat bizonyos elveket. Ezen a ponton a súly is fontos szerepet játszhat.

Alkalmazási példák lineáris meghajtásokhoz gépészetben

A lineáris aktuátorok alkalmazása a gépészetben sokrétű, és gyakran több megtestesítés valósítható meg egyetlen alkalmazáshoz. Példák a gépészmérnöki lineáris mozgásra:

• Rendezőrendszerek: A tolókar a szállítószalagra merőlegesen mozog, és a szállítószalagról oldalra tolja az alkatrészeket.
• 3D-nyomtatók: Az ipari 3D-nyomtatók lineáris működtetőket használnak a pozicionáláshoz.
• Maró: A CNC-gép mozgásvezérlő rendszerét tengelyenként egy vezérlőcsavar alkotja.
• Címkézés: A bütykös fogaskerekek vagy tolózárak az orvosi tervezésben vagy az általános csomagolási tervezésben címkézik fel a palackokat.
• Robotika: Ipari környezetben a robotok golyóscsavarokat használnak a precíz és kis súrlódású mozgás eléréséhez nagy hatóerejű erőkkel.
• Illesztés: A csavarátvitelek, például a vezérlőcsavaros hajtások az alkatrészek befogására szolgálnak.

Lineáris meghajtás, például csúszóforgattyú szintézisekor a MISUMI üzlete rendelkezik a megfelelő csatlakozókkal, például csuklócsavarokkal és csuklócsapágy-blokkokkal, amelyek elősegítik a forgást, valamint csuklós karokkal, összekötőrudakkal és gömbcsapágyakkal az áttételi arány kialakításához.

Azok az alkatrészek, amelyek nem cserélhetők standardizált alkatrészekre és megvásárolt alkatrészekre, a meviy portálon rendelhetők meg. A meviy oldal egy szerződéses gyártási űrlap, ahol CAD-modellekkel adhat le rendelést – mindezt rajzos levezetés nélkül. Az oldal érzékeli a feltöltött modellből, hogy az fémlemez, esztergált vagy mart alkatrész-e, és kiszámítja az árat és az átfutási időt.