Introduktion
Elektriska cylindrar är vanliga komponenter i moderna automatiserade system, särskilt de som kräver linjär rörelse. Dessa enheter erbjuder en exakt och pålitlig metod för att omvandla rotationsrörelse till linjär rörelse och används ofta inom områden som tillverkning, robotteknik och transport. I den här artikeln kommer vi att utforska elektriska cylindrars inre funktion och principerna som styr deras funktion.
Grundläggande konstruktion
På den mest grundläggande nivån består en elektrisk cylinder av en motor, ett transmissionssystem och ett linjärt ställdon. Motorn genererar rotationsrörelse, som sedan överförs till transmissionen genom ett system av kugghjul eller remmar. Transmissionssystemet omvandlar insignalen från motorn med hög hastighet och lågt vridmoment till en låghastighetsutgång med högt vridmoment som är lämplig för att driva det linjära ställdonet. Slutligen omvandlar det linjära ställdonet denna roterande rörelse till linjär rörelse, som används för att flytta lasten.
Linjärt ställdon
Det linjära ställdonet är den mest kritiska komponenten i en elektrisk cylinder och ansvarar för att ta den roterande rörelsen från transmissionen och omvandla den till linjär rörelse. Det finns flera typer av linjära ställdon, men de vanligaste är kulskruvställdon, remdrivna ställdon och linjärmotorer.
Kulskruvsställdon*
Kulskruvsställdon använder en ledarskruv och kullager för att omvandla rotationsrörelse till linjär rörelse. Ledskruven har en spiralformad gänga som gör att den kan röra sig genom en mutter när den roterar. Muttern innehåller en serie kullager som går i ledskruvens spiralformade spår, och när ledarskruven roterar skjuts kullagren längs axeln, vilket gör att muttern rör sig linjärt. Denna typ av ställdon är mycket exakt och kan leverera höga krafter och hastigheter.
Remdrivna ställdon*
Remdrivna ställdon använder en kuggrem för att överföra den roterande rörelsen från transmissionen till det linjära ställdonet. Remmen är vanligtvis gjord av förstärkt gummi eller polymer och är ögla runt två remskivor. Remskivan på motorsidan är fäst vid motoraxeln, medan den på den linjära ställdonsidan är fäst vid en ledskruv eller en kuggstångsmekanism. När motorn roterar kopplas remskivan in, vilket gör att det linjära ställdonet rör sig.
Linjärmotorer*
Linjärmotorer använder ett elektromagnetiskt fält för att generera linjär rörelse. Dessa enheter består av en stator, som innehåller en serie elektromagneter, och en linjär rörelseapparat eller översättare, som innehåller en serie permanentmagneter. När en elektrisk ström appliceras på statorspolarna genereras ett magnetfält som skjuter eller drar den linjära rörelsen längs statorn och genererar linjär rörelse. Linjärmotorer är otroligt snabba och exakta och används ofta i höghastighetsproduktionslinjer och robotsystem.
Motorval
Att välja rätt motor för en elektrisk cylinder är avgörande för dess prestanda och livslängd. Flera faktorer måste beaktas vid val av motor, inklusive belastningskrav, hastighet, arbetscykel och miljöförhållanden. Några av de vanligaste typerna av motorer som används i elektriska cylindrar inkluderar AC-induktionsmotorer, borstade DC-motorer, borstlösa DC-motorer och stegmotorer.
AC induktionsmotorer*
AC-induktionsmotorer används ofta i elektriska cylindrar för deras hållbarhet och låga kostnad. Dessa motorer fungerar genom att applicera en växelspänning på statorspolarna, vilket genererar ett roterande magnetfält. Interaktionen mellan magnetfältet och rotorn inducerar ström i rotorlindningarna, vilket skapar ett andra magnetfält. Interaktionen mellan dessa två fält genererar ett vridmoment som får rotorn att snurra. AC-induktionsmotorer är mycket effektiva och är idealiska för applikationer med hög belastning som kräver högt vridmoment vid låga hastigheter.
Borstade DC-motorer*
Borstade DC-motorer använder en kommutator och borstar för att ge elektrisk kraft till ankarlindningarna. När en spänning appliceras på borsten flyter ström in i ankaret, vilket får det att rotera. När ankaret roterar kommer borstarna i kontakt med olika segment av kommutatorn, vilket ändrar strömriktningen och får motorn att bibehålla rotationen. Borstade DC-motorer är enkla, pålitliga och effektiva, men de har begränsad livslängd på grund av slitaget på borstarna.
Borstlösa DC-motorer*
Borstlösa DC-motorer liknar borstade DC-motorer, men de använder elektronisk kommutering istället för mekaniska borstar. De består av en stator med flera lindningar och en rotor med permanentmagneter. Halleffektsensorer används för att detektera rotorns rotation, och en elektronisk styrenhet används för att aktivera statorlindningarna i rätt ordning för att hålla rotorn roterande. Borstlösa DC-motorer är mycket effektiva och har längre livslängd än borstade DC-motorer.
Stegmotorer*
Stegmotorer är unika motorer som rör sig i diskreta steg, vilket gör dem mycket exakta. De består av en rotor med flera tänder och en stator med flera elektromagneter. En elektronisk styrenhet slår på elektromagneterna i en viss sekvens för att skapa ett magnetfält som drar rotortänderna runt i medurs eller moturs riktning. Stegmotorer är idealiska för applikationer som kräver exakt kontroll över motorns position och hastighet.
Transmissionssystem
Transmissionssystem används i elektriska cylindrar för att minska motorns hastighet och öka dess vridmoment till det linjära ställdonet. Det finns flera typer av transmissionssystem, inklusive planetväxelsystem, kugghjulssystem och kuggremssystem.
Planetväxelsystem*
Planetväxelsystem består av ett centralt solhjul, planetväxlar och ett yttre ringhjul. Planetdreven är monterade på en gemensam hållare, som roterar runt det centrala solhjulet. När planethjulen roterar, griper de in i det yttre ringhjulet, vilket får det att rotera. Planetväxelsystem är mycket effektiva och kan ge ett högt reduktionsförhållande i ett kompakt paket.
Kugghjulssystem*
Kugghjulssystem består av en uppsättning kugghjul med tänder som griper in i varandra för att överföra vridmoment och rotationsrörelse. Kugghjulssystem kan tillhandahålla ett brett utbud av reduktionsförhållanden och används ofta i applikationer som kräver ett högt vridmoment.
Kamremssystem*
Kuggremssystem använder en kuggrem för att överföra rotationsrörelsen från motorn till transmissionssystemet. Kamremmarna är mycket exakta och tillförlitliga och kan ge ett högt reduktionsförhållande utan behov av stora växelsatser. De är dock inte lämpliga för applikationer med högt vridmoment.
Slutsats
Elektriska cylindrar är mångsidiga enheter som används i ett brett spektrum av industriella och kommersiella tillämpningar. De kan ge exakta och tillförlitliga linjära rörelser, vilket gör dem idealiska för uppgifter som kräver automatisering och robotik. Genom att förstå de grundläggande principerna som styr deras funktion, inklusive valet av motor- och transmissionssystem och vilken typ av linjärt ställdon som används, kan du välja rätt elektrisk cylinder för dina specifika behov.