Распечатать

Электропривод

Решения для линейного перемещения для приводов малой мощности

19.03.2012

Источник: Авитон

При разработке изделия, содержащего электропривод, часто бывает необходимо обеспечить выходному звену привода не вращательное движение, а поступательное. Один из способов получить требуемый результат – использовать передачу винт-гайка или шариковинтовую передачу (ШВП) совместно с двигателем традиционной конструкции. Решения различных производителей, реализующие такой подход к построению привода, будут рассмотрены в статье.

Компактные и надежные приводные решения, предлагаемые компанией maxon motor (Швейцария), доступны не только для механизмов, требующих вращательного движения, но и для систем с линейным перемещением. Серия передач Spindle Drive от maxon motor дает возможность применить готовое решение и для реализации линейного перемещения.

С точки зрения конструкции, передачи серии Spindle Drive состоят из планетарного редуктора и собственно линейной передачи, интегрированной с выходом планетарного редуктора. В качестве линейной передачи может устанавливаться ШВП или передача винт-гайка со стандартной метрической или трапецеидальной резьбой. В качестве редуктора используется планетарный редуктор maxon motor с усиленными радиальными и осевыми подшипниками.

 

Передачи Spindle Drive являются органичной частью модульной системы maxon и могут быть размещены на кол-лекторные или бесколлекторные двигатели maxon соответствующих габаритов, с установленными на вал двигателя датчиком положения или тормозной муфтой или без них. Данное решение имеет соосную компоновку и отличается компактными размерами. Наряду с широким выбором коллекторных и бесколлекторных двигателей, передачи Spindle Drive можно заказывать вместе с интегрированным приводом maxon MCD. Этот интегрированный привод объединяет в себе бесколлекторный двигатель 60 Вт, энкодер и контроллер положения с интерфейсом CanOpen. Сборка Spindle Drive с MCD позволяет получить полностью интегрированное решение для линейного перемещения.

Винты передач Spindle Drive выполнены из нержавеющей стали (1.4034). Материал гаек для передач винт-гайка –бронза (CuSn12), гаек для ШВП – сталь 1.3505 (100Cr6).

В настоящее время в каталоге maxon motor представлены передачи Spindle Drive двух диаметров – 22 мм (серия GP22S) и 32 мм (серия GP32S). Для передач диаметром 22 мм стандартно (по каталогу) доступны исполнения с ШВП и с передачей винт-гайка с метрическим винтом. Для серии GP32S (диаметр 32 мм) помимо ШВП доступны также передачи винт-гайка с метрическим и трапецеидальным винтом.

Шарико-винтовые передачи, применяемые в Spindle Drive, имеют высокий КПД (до 94–96%) и обеспечивают наибольшие линейные усилия из трех предлагаемых компанией maxon motor вариантов линейных передач. Благодаря этому Spindle Drive с ШВП могут быть использованы для получения высокопроиз-водительных решений. Существенная особенность данного варианта передач – отсутствие самоторможения, что влечет необходимость установки тормозной муфты, если требуется удерживать положение привода при остановленном двигателе. Передачи с метрическим винтом обладают существенно меньшим КПД, но в них присутствует самоторможение. Конечно, они имеют допустимое усилие на 40–50% меньше, чем у ШВП, но стоимость передачи с метрическим винтом меньше, чем остальных вариантов передач. Передачи с винтами с трапецеидальной резьбой имеют допустимое усилие, промежуточное между ШВП и метрическими винтами, аналогично обстоит дело и с ценой.

Каждое из исполнений передачи может иметь планетарный редуктор с передаточным отношением от 3,7:1 до 850:1 (для GP22S) или до 1093:1 (для GP32S). Также в каталоге присутствуют и исполнения передач без планетарного редуктора. Стандартная длина винта составляет 150 мм (для GP22S) и 200 мм (дляGP32S). Максимальная длина винта ограничена 300 мм (для GP22S) и 600 мм (для GP32S).

Для более гибкого применения передач Spindle Drive доступен ряд опций, в частности, возможность заказа передачи с гайкой другой формы или конец вала со стандартной обработкой. Для ШВП можно заказать вариант с уменьшенным люфтом. Помимо опций, указанных в каталоге, передачи Spindle Drive доступны в заказных исполнениях, например, с другим диаметром винта и шагом резьбы.

Некоторые идеи, реализованные в передачах Spindle Drive, могут быть использованы и для обычных планетарных редукторов maxon motor. Например, заказным исполнением могут быть передачи Spindle Drive без винта, с обычным валом, давая в результате планетарный редуктор с существенно увеличенной допустимой радиальной и осевой нагрузкой по сравнению с планетарными редукторами стандартного исполнения такого же габарита.

Сервоприводы с использованием передач Spindle Drive хорошо подходят для применения в тех случаях, когда требуется компактное высокопроизводительное решение для линейного перемещения.

В некоторых применениях требуется недорогое решение для линейного перемещения, а размеры привода менее критичны. В таких случаях можно обратиться к линейным шаговым приводам, производимым компанией Haydon Kerk Motion Solutions (США). Конструкция приводов, выпускаемых компанией, включает в себя шаговый двигатель и передачу винт-гайка.

В рамках каталога Haydon Kerk предлагает приводы как на основе гибридных шаговых двигателей в корпусах NEMA, так и на базе шаговых двигателей в круглых корпусах с постоянными магнитами (Can Stack). Оба типа приводов могут быть выполнены в трех исполнениях, различающихся способами сочленения винта и гайки с шаговым двигателем. В закрытом исполнении (Captive) гайка установлена внутрь ротора шагового двигателя. Ходовой винт в этом исполнении соединен с профилированным штоком, выходящим из корпуса через прорезь соответствующей формы. Такое решение обеспечивает линейное перемещение на выходе привода без необходимости применения дополнительных конструктивных элементов, но имеет ограниченный рабочий ход: не более 63 мм. В открытом исполнении привода (Non-Captive) отсутствует профилированный шток, имеется только ходовой винт. Это позволяет устанавливать более длинные винты, получая более длинный рабочий ход, но при этом требует установки дополнительного противовращательного устройства для получения линейного перемещения. Исполнение с внешней гайкой (External Linear) имеет ходовой винт, жестко соединенный с ротором шагового двигателя, гайка устанавливается отдельно. Два последних исполнения позволяют устанавливать достаточно длинные ходовые винты – до 500 мм.

Приводы с гибридными шаговыми двигателями выпускаются с размерами от 21 мм до 87 мм. Для каждого габарита может выпускаться до трех различных вариантов, отличающихся собственно шаговым двигателем: стандартное исполнение (шаг 1,8°), усиленное исполнение Double Stack с увеличенной длиной и увеличенным усилием (шаг 1,8°) и исполнение с уменьшенным шагом 0,9° (High Resolution), обеспечивающее повышенную точность перемещения.

Линейные шаговые приводы с постоянными магнитами выпускаются с диаметрами от 15 до 46 мм. Эти приводы так же как и гибридные, могут выпускаться в трех исполнениях: закрытом, открытом и с внешней гайкой. Для каждого из габаритов может выпускаться несколько серий приводов, отличающихся по производительности и цене. Наиболее высокую производительность имеют серии приводов, недавно выпущенных в рамках семейства G4: серии G4 19000, G4 25000 и G4 37000.

Как у приводов с гибридными двигателями, так и у приводов с постоянными магнитами, имеется еще один важный параметр, определяющий характеристики привода, – это шаг винта. При выборе винта с меньшим шагом получаем привод с меньшей линейной скоростью, но с большим усилием; увеличение шага винта оказывает обратный эффект. В каталогеHaydon Kerk шаг винта указывается как линейное перемещение в расчете на один шаг двигателя. Стандартно доступны варианты, обеспечивающие линейное перемещение от 1,5 до 400 мкм на один шаг.

Интересным способом увеличения возможностей приводов Haydon Kerk является использование решения с интегрированным программируемым контроллером Idea Drive. Данный контроллер обеспечивает возможность управления шаговым двигателем в режиме микрошага, настройку скорости разгона привода и возможность работы по программе. Контроллер оснащается интерфейсом USB или RS-485. В настоящее время интегрированный контроллер доступен для приводов Haydon Kerk, оснащенных гибридными шаговыми двигателями размером 43 и 57 мм.

Возможности стандартных приводов Haydon Kerk с рабочим ходом, ограниченным 500 мм, не могут быть достаточными для всех применений. Для целого ряда систем, требующих больших значений рабочего хода, можно использовать другое семейство приводов Haydon Kerk – RGS, особенностью которых является интегрированная направляющая. Точность перемещения обеспечивается при помощи кареток с противолюфтовым механизмом с компенсацией износа.

Серия приводов RGS с интегрированными направляющими выпускается в четырех сериях, различающихся размером и допустимой нагрузкой. В качестве двигателя могут быть использованы гибридные шаговые двигатели размером 28, 43 и 57 мм стандартного (Single Stack) или усиленного (Double Stack) исполнения. Для использования в приводах RGS доступен широкий ассортимент винтов с шагами от 0,635 до 50,8 мм, что соответствует перемещению на один шаг от 3,2 до 254 мкм. Рабочий ход в приводах RGS может составлять до 2,3 м, что значительно превышает возможности остальных серий приводов Haydon Kerk. Опционально для некоторых приводов доступна версия со встроенным контроллером Idea Drive или с развернутым двигателем.

Больше возможностей по подбору компонентов и компоновке привода обеспечивает выбор по отдельности двигателя и передачи винт-гайка или ШВП.

Одним из поставщиков передач винт-гайка также является компания Haydon Kerk. Разработка и изготовление передач винт-гайка для широкого спектра промышленных применений является одной из специализаций компании. Результатом многолетней работы в этом направлении стали многочисленные конструкции гаек и отлаженное производство широкого ассортимента ходовых винтов.

В каталоге Haydon Kerk представлен широкий ассортимент гаек, конструкция многих из которых защищена патентом. В каталоге представлены гайки стандартного исполнения и гайки с противолюфтовым механизмом. Гайки с противолюфтовым механизмом выпускаются как с автоматической компенсацией износа, так и с ручной регулировкой поджатия. Различные серии гаек отличаются ассортиментом диаметров винтов и допустимыми линейными усилиями. Также в каталоге представлены соответствующие винты. В настоящее время доступны винты с диаметром 2 – 24 мм, с шагом 0,3 – 92 мм. Допустимая нагрузка может составлять до 2,2 кН.

Более широкий ассортимент передач представлен у производителя Eichenberger Gewinde (Швейцария). Компания традиционно специализируется на изготовлении холоднокатаных ходовых винтов и предлагает шарико-винтовые передачи и передачи винт-гайка.

Шариковинтовые передачи Eichenberger Gewinde выпускаются в двух сериях: Carry – передачи с мелким шагом 1–25 мм диаметром 4-32 мм и Carry Speed Line – передачи с крупным шагом 10–50 мм и диаметром 8–25 мм. В каталоге представлены ШВП, позволяющие работать с нагрузками до 55 кНм. Передачи винт-гайка также выпускаются двумя сериями: Rondo с маленьким шагом – 2–5 мм и диаметром 6–16 мм и Speedy с крупным шагом – 5-200 мм и диаметром 5–36 мм. Передачи винт-гайка Eichenberger Gewinde могут использоваться в приложениях с нагрузками до 4,6 кН. В качестве опций доступны варианты с правой и левой резьбой, точность изготовления винта, варианты с уменьшенным люфтом.

Решения для линейного перемещения выпускаются различными компаниями в широком ассортименте, что дает возможность подобрать оптимальный вариант практически для любого применения. Более подробную информацию о продукции производителей, представленных в данной статье, можно найти на сайте

Олег Сергеев, инженер по технической поддержке ЗАО "АВИТОН"

Фотографии предоставлены ЗАО "Авитон"

Электропривод 12.07.2017 Компания Autonics представила драйверы 5-фазных шаговых двигателей переменного тока серии MD5-HF28. Устройство характеризуется высоким разрешением (1/250), быстродействием, крутящим моментом и универсальным напряжением питания 100–220 В.
Автоматизация 12.07.2017 ABB объявила о завершении сделки по приобретению компании B&R - поставщика программного обеспечения открытой архитектуры для автоматизации оборудования и производства.
Электропривод 10.07.2017 Компания ABB объявила об установлении мирового рекорда в КПД электродвигателя. Испытания 44 МВт синхронного мотора показали, что его эффективность на 0,25% больше, чем 98.8%, предусмотренных договором. Это разница в КПД позволит ежегодно экономить до 1 000 МВт электроэнергии.
Электропривод 30.06.2017 Подразделение Mechanical Drives (MD) концерна Siemens c 1 октября 2017 года начнет работать на рынке, как отдельная дочерняя компания Flender GmbH. Ранее Siemens утверждал, что это позволит MD более эффективно и гибко реализовывать планы развития в конкурентной среде.
Детали & Материалы 26.06.2017 Во вторник 27 июня 2017 года Президент России Владимир Путин примет участие в расширенном заседании Союза машиностроителей России и Лиги содействия оборонным предприятиям, которое состоится на площадке Концерна «Калашников» в Ижевске.
Мнение 21.06.2017 Москва не является сегодня столицей мировой технической моды. Гранды не спешат устраивать здесь глобальные премьеры своих новинок, но посмотреть на Краснопресненской набережной в мае 2017 г было на что.
Электропривод 21.06.2017 НИПТИЭМ создает новые типы электромашин – частотно-регулируемые, вентильные, вентильно-индукторные. О новых разработках нам рассказал руководитель расчетно-теоретического сектора компании Андрей Кобелев.
Электропривод 20.06.2017 Электрические линейные приводы активно развиваются – растет их мощность, снижается цена, расширяется спектр применений. Они способны регулировать как положение штурвала комбайна, так и работу высокодинамичных испытательных стендов.
Гидравлика & Пневматика 08.06.2017 На годовой пресс-конференции группы Bosch было заявлено, что оборот группы в России в 2016 году составил вырос на 4,3%, более половины произведенных компанией в нашей стран автокомплектующих отправлено на экспорт, а на заводе Bosch в Самаре внедрены технологии "Индустрии 4.0"