线性执行器的趋势

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所属分类:工业4.0

线性执行器使负载运动,以所需的速度和时间从点A到点B。今天,线性执行器市场也在运转。机电系统越来越多地替代气动和液压执行机构。随着制造商希望提高其运营的灵活性和拥有成本,他们越来越依赖于集成的电机执行器。在运动技术中,线性电机提供了越来越多的市场空间必不可少的功能。
机电执行器
自动化,线性执行器的工作人员可以在一系列技术和配置中使用。最常见的机电致动器由旋转伺服电机驱动的线性装置组成。它包括螺旋式执行器,皮带驱动执行器和机架驱动执行器。
螺旋式系列设备包括acme-screw执行器(通常称为丝杠执行器),滚珠丝杠执行器和行星滚子螺丝。

线性执行器的趋势

线性执行器的趋势


在导螺杆执行器中,螺纹螺母上下螺纹螺纹。设计简单,经济,安静,不太可能被推回。在下方,螺丝鞭限制速度,并且螺纹之间的金属对金属接触的摩擦限制了寿命,速度和效率。甜点应用包括涉及较轻负载和较低占空比的成本敏感系统。
滚珠丝杠执行器使用滚珠轴承在螺母和螺丝之间的滚道中克服摩擦问题。这将滑动摩擦转换成滚动摩擦,增加寿命。缺点包括更高的成本,高负载下的轴承损坏,螺丝鞭子和更高水平的可听见的噪音。最适合涉及较重载荷和精密定位的应用。
行星滚子螺杆由围绕主螺纹轴的螺纹滚轮的行星排列组成。它们具有许多优点,例如高推力,长寿命,最小的维护和高效率。螺丝式执行机构的成本最高,尺寸更大,易于背面驱动,螺丝鞭打。这些执行器对于不能容忍故障的高可靠性应用尤其适用。
这些执行器可以配置为杆式或无杆式。在杆式致动器中,推力元件移出壳体的端部。他们产生最大的力量,并且密封,除了结束。由于不支撑杆,所以在某些配置下会下垂。它还需要一个支架来支撑负载。杆式执行器最适合高推力应用,高污染应用如冲洗环境。
在无杆致动器中,壳体围绕螺钉,其将负载移动到沿着致动器的顶部的平台上。在上方,它们支持负载,占地面积更小,螺钉固定在两端。在缺点,它们不能在潮湿的环境中密封。它们适用于需要支持的空间受限环境和负载。
皮带和机架驱动器
皮带驱动器提供螺杆式执行器的替代方案。它们可以以非常高的速度运行,价格经济。有一个时间的缺点,包括拉伸和需要定期张紧。今天的皮带是高度结构化的,并提供更好的精度。
机架驱动器由沿着精密加工轨道驱动齿轮或小齿轮的旋转马达组成。它们比皮带驱动器提供更高的精度和精度,并提供比螺旋式驱动器更高的速度。在理论上,它们没有距离限制,但是过去一定程度上,成本就成了一个因素。
集成执行器
为了配合集成部件和智能自动化的趋势,集成执行器已经占领了越来越大的市场。在最基本的情况下,这些装置将电动机和致动器结合在一起,使得致动器的螺母作为电动机的转子沿着丝杠行进。具有更高集成度的其他版本可能包括驱动器,传感器,甚至控制器。
整合带来多重好处。它消除了耦合器的需要,减轻了重量,部件数量和故障点。整个设备可以更小。
Nook Industries(克利夫兰,俄亥俄州)销售副总裁Jim Mangan表示,易用性是另一大卖点。这适用于最终用户,OEM,集成商和供应商。他说:“如果你把它作为一个完整的系统销售,你就知道电机和执行机构的功能。“如果你只是执行器和客户提供的电机,你不知道他可能做了什么 - 它可能是他们安装错误或编程错误,或某事。如果你卖这个系统,你知道这样做是正确的,他们也是这样做的。“
这几天特别重要。精益员工意味着维护部门可能没有专门知识或时间来处理本国解决方案。同时,较旧的机器通常需要改装或修理。原来的电子产品可能已经过时了,或者也许只是时候用机电系统更换CAM和气动和液压执行器了。“工程师需要一些即插即用的功能,以便他们能够以最少的启动时间运行机器,”Mangan说。
液压和气动
位移最终用户不仅仅是利用集成执行机构来替代过时的电子设备。 越来越多的机电技术取代了液压和气动缸。以这些技术为中心的时间制造,以及固定速度的电机,齿轮和凸轮。换班费力,需要几天甚至几天时间。因此,多用途机器是例外而不是规则。制造商专注于一次性使用的机器或骑自行车穿过少量产品,在可怕的转换之前,每个周期填满仓库。
运动控制的关键增长领域之一是将液压和气动缸从包装转移到军事和航空航天。具有以太网连接功能的集成执行器可以在HMI上选择新配方或更改控制器上的程序进行更换。与扳手和工具箱的日子相差甚远。“使用气动缸或液压缸,它是专用的或有人必须使用手动曲柄或滑动锁定来调整其中一个坚硬的挡块,以便底部到达正确的位置,”Aaron Dietrich, Tolomatic Inc.(Hamel,Minnesota)营销。“现在,高性能轴可以自动调整到下一个产品尺寸,因为它是完全可编程的。
这些日子,每个人的预算都很紧张,但也没有这么多,也许是竞争激烈的工业部门。这只会加剧工程之间存在的断开关系,工程重点是总体运营成本(TCO)和采购,总体成本(TCA)。在工业设备的生命周期中,TCO在维护,停机,耗电,耗材等问题上都萎缩了TCA。
这是非常重要的,因为机电技术在液压和气动装置上的第一个误解是运动控制总是更昂贵。关键是从TCO - 甚至TCA的角度来看待它。“我们帮助很多想从液压转换为机电执行器的人,”Mangan说。“他们会看到价格点,并说:”我可以买250美元的液压油缸,你要给我2000美元?那么,是的,但你必须从整个系统的所有权成本的角度来看待它。它是可编程的 它可以将负载带到多个位置。它不只是出入[像液压或气动气缸]。你不必购买伺服阀,你不需要花费大量的时间和成本来赚钱。人们认为机电比液压技术更昂贵。真的不是。“
当用机电执行机构更换气动或液压油缸时,最常见的错误是尺寸不正确。Dietrich说:“客户根据系统的钻孔和压力给出我们的规格。“他们会说,”我有一个3英寸的气缸,运行在80 PSI,我需要550磅。的力量“。这不是从流体动力到运动控制系统的方式。他们应该看看他们试图移动负载的速度以及负载的大小以及它的支持情况。那么我们可以指出一个更经济的运动控制解决方案。“
线性电机
的排列以前的例子主要集中在液压执行器上,但是机电执行器也提供了优于气动元件的优点。 气瓶通常在完全伸展和完全缩回之间移动。现在,客户希望能够在同一台机器上运行多个产品。要了解可编程执行器可以提供的优点,我们来看看线性电机的另一种型号。
虽然旋转电机和机械执行器的结合占主导地位,但线性电机已经占据了许多利基市场。线性电机可以被认为是旋转伺服电机展开。代替由定子包围的转子,线性电动机具有相对于一条磁体线移动的推进器。当然这是一个很简单的过度简化。实际上,存在许多不同的构造,包括铁芯,无芯,具有在U形磁体通道中移动的形式,具有固定线圈的电动机和移动磁体的铁芯,以及完全封闭在磁体内的杆状激光器。
线性电机提供了许多性能优势。它们的操作是亚微米精度和高加速度。Dietrich说:“如果您需要高速度和高精度的组合,那么线性电机就能赢得这一天。” “皮带传动系统可以实现超高速度,但其中等精度和重复性。”这种性能水平使线性电机非常适合半导体检测和纳米技术等应用。理论上,线性电机可以做任何所需的长度,尽管磁铁成本的问题强加了实际的限制。严格来说,锻炼者和磁铁之间没有接触,尽管它们通常需要轴承来支撑负载。
线性电机当然有一些缺点。它们需要外部支撑,这必须保持非常严格的平坦度公差。它们不能产生与旋转马达一样多的力,尽管诸如多个马达组合在一起的某些构造仍然可产生相当量的肌肉。
Dietrich说:“技术的一些简单应用的缺点是技术相对较高。“由于直接驱动,电机的尺寸更难。它们更为复杂。你必须真的正确 系统的变化和变化的空间不大。“
就成本问题而言,技术正在变得更具竞争力。“有越来越多的制造商进入线性电机业务,所以成本下降,”Mangan说。
“成本是一件大事。SMAC移动线圈执行器(加州卡尔斯巴德)总裁爱德华·内夫(Edward Neff)表示,您可以获得内置控制器和放大器的执行器约750美元。“现在你对滚珠丝杠执行器有竞争力。您可能是气缸的三四倍,但是如果该气缸每秒钟运行约五个循环,则六个月内会磨损。使用线性电机执行器,您十年以上。“
集成直线电机
线性电机遵循了更高水平的集成和智能化趋势。位置反馈的增加使设备能够跟踪其确切的位置和速度,而连接允许它们将数据发送到监控和数据采集(SCADA)或企业网络。在那里,它可以用于从过程控制到业务分析的一切。
智能化的集成执行器可以在一系列制造行业取得重大进步。Neff说:“如果你把东西放在一起,你在做什么,那么你真的会提高质量。” 考虑饮料装瓶线。在盖子上拧紧需要定位,直到螺纹与瓶子上的螺纹对准,然后旋转以拧紧。当您尝试回顾其余两公升的Mountain Dew瓶装时,这很好。在每分钟300分钟的装瓶线上难以完成。
标准解决方案是使用气动执行器将盖子与瓶子接触,然后用旋转电机旋转。然而,如果螺纹不能正常,瓶子会变成废料。在像食品和饮料这样的低利润行业,这是一个问题。这里,线性电机执行器提供了一个解决方案
而不是仅使用旋转伺服电机来拧上盖子,该方法将旋转伺服电机与高分辨率线性电机组合在一起而不损坏螺纹。“我们可以碰到一个表面,立刻认出来,”内夫说。“帽子上升约100到200μm,当线程匹配时,它会下降。现在你知道你已经匹配。您将顺时针旋转,检查扭矩,检查距离,计算匝数。“根据此信息,系统首先轻轻地施加扭矩,暂停数据采集,然后紧紧。在过程结束时,系统会向最终用户报告每个上限的数据。
他引用了一个客户,他们将由四个独立元件组成的镜头拧在一起。他们使用气动滑梯定位每个组件。问题是幻灯片无法对准不对准,以便线程匹配。因此,高达30%的生产被废除为拒绝。制造商用带有反馈的动圈式线性电机代替了气动执行器,可以纠正不对准。结果,废料下降到2%,其中大部分归因于零件不合格而不是装配。
这种解决方案的应用比比皆是。汽车制造商不想通过交叉螺纹火花塞发现发动机缸体中的不准确的螺纹孔。在线性电机的端部安装螺纹量规,并且线性执行器的受控触摸使其能够快速有效地对所有螺纹孔进行验收测试。系统获取位置和速度数据的能力对于过程至关重要。定位和数据采集的组合不仅提供了提高质量和产量的工具,它支持可追溯性和安全性,甚至可能符合法规。后者是高可靠性应用(如汽车和医疗)的重要优势。
前进道路
上述趋势看到了很强的吸引力。对于像智能工厂和工业物联网这样的更复杂的技术,行业仍处于早期采用阶段。终端用户了解功能的价值,如额外的传感器,但这并不一定意味着他们已经准备好搭便车了。Dietrich说:“市场上有关于获得更好的诊断功能的喋喋不休,这将在执行器中需要温度传感器或其他类型的传感器,但是大多数客户现在不想为此付费。“客户将带来一份洗衣清单。然后你给他们一个大价格标签,我们遇到了一切,他们窒息。那就是当我们谈论他们真正需要什么,而不是他们想要的时候。“
现在,他认为适用于自动化供应商和最终用户的范例是渐进式改进,而不是彻底改变。Dietrich说:“人们看到变化的价值,但是当它归结为铜钉时,他们就有这样做或者这样做的植物。” “他们可能会改变一些但不是锁定,股票和桶。他们可能会引入系统来加速转换,使其灵活。“

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