Lineer aktüatör seçimi: hassas bir dengeleme işlemi

Herhangi bir doğrusal hareket gerektiren otomatik bir sistem tasarlamak kolay bir iş değil. Aktüatör arkasındaki teknolojiyi doğru seçmek, tasarımcının onunla gerçekten ne yapmak istediğine bağlıdır. Mühendislikte genelde olduğu gibi, doğru seçimi yapmak, tek bir özelliğe odaklanmaktan ziyade bir dizi farklı faktörden iyi bir performans dengesi bulmakla ilgilidir. Verimli ve ekonomik hareket kontrol sistemleri tasarlarken varolan seçenekleri analitik olarak tartarak yüksek maliyetli hatalar önlenebilir.

Elektromekanik lineer aktüatörlerin çoğunluğu beşfarklı aktarma organından oluşur: bilyalı vida, trapez vida, triger kayışı, kremayer ve pinyon dişli rayları ve lineer motorlar. En mantıklı yaklaşım, her türün güçlü yanlarını ve limitlerini anlamak ve onları tasarım gereksinimlerine göre tartmaktır. Sonuçta lineer tahrik, otomatik ambalajlama ve kaldırıp yerleştirme (pick & place) çalışmalarından yüksek konumlandırma hassasiyeti gerektiren 3B yazıcılar gibi karmaşık makinelere kadar olağanüstü geniş ölçüde uygulama için kullanılabilir.

En yaygın aktarma organı türleri

Doğrusal harekette aktarma organlarının çift işlevi vardır. Birincil olarak tekrarlanan konumlandırma için kullanılırlar ve bu nedenle ihtiyaç duyulan amaca göre kabul edilebilir hassasiyet ve tekrarlanabilirlik (tekrar tekrar aynı komut edilmiş konuma dönebilme yeteneği) sunmalıdırlar. Aynı zamanda belirli bir mesafeden kuvvet uyguladıkları için yeterli çekme mukavemetine sahip olmalarını gerekir.

Popüler ve yaygın kullanılan bir aktarma organı olan bilyalı vidalar , dişli mil ile yuvarlak somundan oluşur ve somun ile vida zemini arasında döner bilyalar bulunur. Bilyalı vidalar yüksek görev döngülü uygulamaların yanı sıra yüksek kuvvet yoğunluğu, hassasiyet ve tekrarlanabilirlik gerektiren uygulamalar için ideal bir çözümdür. Dönen rulmanlar sürtünmeyi azaltır ve sürekli kullanımda bile yüksek mekanik verimlilik sağlar. Bilyalı vida ortalama hız elde edebilir.

Trapez vidalar, bir dişli mil ve uyumlu dişli somun sürgü ara yüzünden oluşur. Düşük görev döngülü uygulamalar veya küçük ayarlamalar gerektiren uygulamalar için uygundur. Trapez vidalar genelde bilyalı vidaların yarısı kadar verimlidir, o yüzden vidadan aynı itme çıkışını elde edebilmek için iki katı torka gereksinim duyarlar. Fakat yüksek kuvvet gerektiren uygulamalarda uygun maliyetli ve kompakt çözümler sunarlar. Dahası, geri tahriğe (back drive) karşı dayanıklı oldukları için güç kaybı durumunda yükü tutmak için fren kullanma zorunluluğunu kaldırır.

Lineer hareket sistemleri için en basit ve yaygın aktarma organı olan triger kayışının iki dişli kasnağı bulunur; biri tahrik edilirken diğeri boştadır, bunlar taşıyıcısı olan triger kayışına bağlıdır. Triger kayışı, 100 mikrondan büyük hassasiyetin yeterli olduğu uzun ömür ve az bakım gerektiren yüksek hızlı uygulamalar için uygun sağlam bir mekanizmadır. Triger kayışları verimli ve kullanımı kolaydır. Yüzde 100 iş döngüsünde çalışabilir ve vidalı tahriklerden daha uzun olarak mevcut oldukları için yüksek dinamik hareket gerektiren uzun stroklu uygulamalarda kullanımı idealdir. Kayışın elastik olmasından dolayı bir gerdirme sistemine ihtiyaç olur, bu da hassasiyeti limitler.

Kremayer ve pinyon dişlili sistemlerde işlenmişbir doğrusal dişli ve uyumlu bir yuvarlak dişli bulunur. Genellikle yuvarlak dişli hareketli, doğrusal dişli hareketsizdir. Bu tür aktarma organı, yüksek hız gerektiren çok uzun hareketler için kullanışlıdır fakat hassasiyetiyle bilinmez. Yüksek kuvvet yoğunluğu sağlar fakat sistemin yağlanması için bakım yapılmasını gerektirir. Dahası, bu tür aktarma organlarında boşluğu (backlash) kaldırmak her zaman mümkün olmayabilir, üstelik çalışma sırasında oldukça gürültülü olabilir.

Lineer motorlar yükü doğrusal olarak hareket ettirmek için elektromanyetik bir taşıyıcı ile etkileşen bir dizi mıknatıstan oluşur; basitçe söylemek gerekirse "düzleştirilmiş" döner motorlardır. Yüksek hız, ivme ve hassasiyet sunarlar. Ana dezavantajı, mıknatısların maliyeti ve lineer geri bildirim cihazı gerektirmesi nedeniyle bu teknolojiyi uygulamanın maliyetidir. Kuvvet yoğunluğu da diğer sürüş sistemlerinden daha düşüktür. Lineer motorun hareketli ve sabit parçalarının mekanik bağlantısı olmaması dikey uygulamalarda kullanımını zorlaştırır.

PETS prensibi

Bir tasarımcının ilgisini çekebilecek olası performans özelliklerinin listesi uzundur, bu yüzden seçme sürecine daha hassas odaklanabilmek için seçenekler şu kategorilere ayrılabilir: Hassasiyet, Beklenen ömür, Üretim ve Özel hususlar (PETS).

Seçenekleri hassasiyet odaklı tartarken, her zaman ihtiyaçlarınızı çözünürlük cinsinden anlayarak başlayın. Diğer hususlar tekrarlanabilirlik, sonra doğruluk ve sonunda hız kontrolüdür. Lineer motorlar ve hassas bilyalı vidalar genellikle hassasiyet özellikleri için en iyisidir. (Hareket uygulamalarının çoğunluğu bu kadar yüksek seviyede hassasiyet gerektirmez, bu da triger kayışının en sık uygulanan teknoloji olmasının sebebidir).

Tüm seçeneklerin beklenen ömürlerini inceledikten sonra, kirli veya zorlu bir çalışma ortamı gerekmediği sürece, mekanik verimlilik ilk değerlendirilecek faktördür. Aktarma organının yüksek verimliliği uzun ömür ve düşük enerji tüketimi ile eş anlamlıdır. Aşınma direnci, kir direnci ve bakım gereksinimleri gibi konular da bu kategoride dikkate alınması gereken önemli faktörlerdendir. Yüksek verim ve sınırlı bakım ihtiyacı nedeniyle triger kayışları bu kategoride en çok tercih edilen aktarma organıdır.

Üretim kategorisi, gerekli doğrusal uzunluğa bağlı olarak öncelikle her teknolojinin hız ve ivme karakteristiklerini inceleyerek düşünülebilir. Döngü süresinin daha yüksek bir kısmının maksimum hızda harcandığı daha uzun bir strokunuz varsa, hız en önemlisidir. Uygulama daha kısa hareket gerektiriyorsa hızlanma ve yavaşlama öncelikli olacaktır. Uygulamaya ve başka kriterlere bağlı olarak, örneğin frekans tepkisi, çalışma döngüsü de hesaba katılmalıdır. Lineer motorlar, yüksek hız ve ivmelenme yeteneğinden dolayı üretim açısından eşsizdir. Mekanik uyumları olmamaları nedeniyle de yüksek frekans tepkisine sahiptir.

Her bir teknolojiye bakarken, doğru işlevsellik kombinasyonuna minimum maliyetle ulaşmayı sağlayabilmek için dikkate alınması gereken bazı önemli hususlar arasında malzeme maliyeti ve uygulama maliyeti bulunur. Makine tasarımları küçülmeye devam ettikçe kuvvet yoğunluğu gittikçe daha da önem kazanan bir faktördür, özellikle uç elemanı veya bir eksene takılan iş takımı seçimi yapılırken.

Hassas bir dengeleme eylemi

Bazı uygulamalar lineer aktarma organı seçimini kısmen basitleştirir. Örneğin, yukarıda görülebileceği üzere triger kayışları, yüksek lineer hız ve ivme gerektiren uzun stroklu uygulamalar için ideal seçimdir. Uygulama strok uzunluğu ve gereken hız ortalama seviyede fakat ivme yüksek olmalıysa, veya yüksek konumlama doğruluğu gerekiyorsa, o zaman lineer motorla tahrik daha uygun olacaktır.

Seçim o kadar da bariz olmadığında en iyi seçimin yapılabilmesi için olası tüm uygulama parametrelerinin dikkatle tartılması gerekir. Bir kilit performans özelliği optimize edilecekse başka bir performans göstergesi muhtemelen feda edilecektir. En baştan, PETS prensibini kullanarak, gereksinimler ile her teknolojinin yeterliliklerini karşılaştırmalı analiz edin veya modüler lineer tahrik çözümleri konusunda uzman tavsiyesi almak için Parker Hannifin'le iletişime geçin.

. . .

İçerik sadece atıfta bulunularak yayınlanabilir: Hidrolik Pnömatik Dünyası. Editöryal görüş, yazarın görüşüne aykırı olabilir.