Выбор идеального привода: вращательные vs линейные электрические приводы

Промышленная автоматизация и многие производственные процессы опираются на движение. Движения перемещают детали в станки и обратно, подводят инструменты к заготовкам и управляют ключевыми узлами технологического оборудования.

Это движение обеспечивают приводы — устройства, которые при подаче питания движутся определенным образом. Для инженеров и других, отвечающих за системы управления движением, важно понимать доступные типы приводов и когда каждый уместен. Использование неподходящих промышленных электрических приводов приведет к проблемам управления движением, проблемам надежности оборудования и простоям.

Предыдущие статьи затрагивали темы, такие как уместное применение пневматических приводов и то, почему электрические приводы точны и воспроизводимы. Эта статья проясняет различия между вращательными и линейными электрическими приводами.

Траектории движения

Линейный привод обеспечивает возвратное движение по прямой линии. Ключевые параметры: расстояние хода, скорость и ускорение (также грузоподъемность). Важный момент об электрических линейных приводах, иногда вызывающий путаницу: движение обеспечивается электромотором, который вращается. Таким образом, электрический линейный привод преобразует вращательное движение в линейное.

Как примечание: существуют и другие формы линейных электрических приводов, не использующие обычные электромоторы. К ним относятся пьезоэлектрические и катушечные приводы, а также линейные индукционные моторы. У них очень короткий рабочий ход, и они выходят за рамки данного обсуждения.

Вращательный привод обеспечивает движение по круговой траектории вокруг оси. Большинство вращательных приводов могут проходить неограниченное расстояние — от одного градуса или даже меньше до множества оборотов. Ключевые параметры: угловое перемещение, крутящий момент, скорость и ускорение.

Подробнее об электрических линейных приводах

Преобразование вращения мотора в линейное движение осуществляется одним из двух способов. Либо мотор приводит в действие ремень, надетый на шкив на конце вала мотора, либо мотор соосно связан с винтом.

В системах с винтом гайка закреплена на винте. При вращении мотора гайка движется по резьбе. Платформа или каретка закреплена на гайке и удерживается направляющими. Вращение мотора перемещает платформу вдоль винта.

Для предотвращения удара гайки о конец винта на каждом конце установлены концевые выключатели. При срабатывании они отключают питание мотора, предотвращая повреждения.

Малые легкие линейные электрические приводы используют двигатели постоянного тока 12 или 24 В. Также распространены моторы переменного тока 120 В, но многие промышленные электрические приводы используют трехфазное питание 230 В или 460 В. Такие приводы могут нести тяжелые нагрузки и развивать большие усилия.

Ключевое отличие линейных электрических приводов от пневматических цилиндров: первые могут точно останавливаться в любой точке хода. Пневматические цилиндры трудно точно остановить между крайними положениями.

Точное позиционирование достигается через мотор, и есть два варианта. Шаговый мотор считает импульсы при вращении. Каждый импульс соответствует угловому перемещению, которое винт преобразует в расстояние. Для перемещения в заданную позицию мотору командой задается число импульсов.

Альтернатива — сервомотор, где энкодер и контроллер отслеживают позицию. Сервомоторы дороже шаговых, но обеспечивают более точное управление. Для приложений, требующих высокой точности, промышленные электрические приводы почти всегда используют сервомоторы.

Рассмотрение вращательных электрических приводов

Как и в линейном приводе, движение исходит от электромотора. Здесь вращение вала передается через шестеренку на платформу. Шестеренные передачи определяют достижимые крутящий момент и скорость, при этом оба могут быть очень высокими.

В некоторых вращательных приводах мотор смонтирован внутри корпуса или опоры платформы; в других — снаружи. Моторы могут быть постоянного или переменного тока. Доступны приводы с шаговыми и сервомоторами для обеспечения нужного уровня точности. В отличие от линейных приводов, здесь не нужны концевые выключатели для защиты самого механизма. Однако приложению могут потребоваться концевые выключатели для предотвращения перелета.

Применения линейных и вращательных промышленных электрических приводов

Линейные приводы используются для перемещения из одной точки в другую. Электрические линейные приводы имеют преимущество над пневматическими — способность останавливаться на полпути. Это делает их хорошим выбором для задач перемещения материалов и вообще для перемещения вещей на небольшие расстояния по прямой линии.

Вращательные приводы применяются в таких приложениях, как роботизированные суставы, где они обеспечивают точные угловые движения. Приводы клапанов и движение затворов конвейеров — другие примеры.

При выборе промышленных электрических приводов навигация по спецификациям и опциям может сбивать с толку. Специалисты JH Foster помогут.