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#Produkttrends
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Entwicklungen in der Positioniersteuerung
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Aktorkomponenten und ein anderes Positionierungsdesign.
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Forscher suchen weiterhin nach Möglichkeiten, die Genauigkeit von linearen Positioniersystemen zu verbessern, das Umkehrspiel zu reduzieren oder zu eliminieren sowie die Bedienung solcher Geräte zu vereinfachen. Hier ist ein Blick auf die neuesten Entwicklungen
Unabhängig davon, ob die benötigte lineare Bewegung gering oder groß ist, gehören Positioniergenauigkeit und Zuverlässigkeit zu den notwendigen Eigenschaften von Linearsystemen. Zwei Forschungszentren, die häufig Produkte für den Einsatz im Weltraum entwickeln, das Marshall Space Flight Center in Alabama und das Lewis Research Center in Cleveland, haben lineare Positioniergeräte entwickelt, die sich durch Verbesserungen dieser Eigenschaften auszeichnen. Eines dieser Geräte wurde ursprünglich für den Einsatz im Weltraum entwickelt, das andere für eher erdgebundene Anwendungen. Beide haben jedoch Vorteile für die Antriebsindustrie.
Die Ingenieure des Marshall Space Flight Center benötigten einen Linearantrieb für Raumfahrzeuge. Der Aktuator wird die Düsenanordnung des Haupttriebwerks eines Raumfahrzeugs bewegen. In Kombination mit einem weiteren Aktuator in der gleichen horizontalen Ebene, aber um 90 Grad gedreht, werden die Aktuatoren die Nick-, Roll- und Gierbewegungen des Fahrzeugs steuern. Die Toleranzen dieser Bewegungen betragen ±0,050 Zoll.
Funktionell muss der Aktuator diese großen Objekte präzise inkrementelle lineare Bewegungen ausführen und die Position unter schweren Lasten halten. Die Lösung war ein elektromechanischer Linearantrieb. Er bietet eine inkrementelle Bewegung bis zu einem Maximum von 6 Zoll. Sein minimaler Hub beträgt weniger als 0,00050 Zoll. Er kann Lasten bis zu 45.000 lb halten.
Durch die Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung ist dieser Aktuator ein sauberes, einfaches Gerät, das hydraulische Aktuatoren in Anwendungen ersetzen kann, die eine solch kraftvolle und dennoch kontrollierte Bewegung erfordern. Dieses Gerät erfordert auch wenig Wartungszeit für die Reinigung und Inspektion, und es hilft, die Zeit zu reduzieren, die für die Qualifizierung des Flugsystems benötigt wird.
Diese Konstruktion verwendet einen Resolver und eine relativ neue Funktion, eine spielfreie Getriebeanordnung. Der Resolver misst die inkrementelle Winkelbewegung, die die inkrementelle Linearbewegung steuert. Seine Genauigkeit beträgt 6 arc/min. Das Verhältnis zwischen Rotation und Translation ist aus den Getriebeübersetzungen und der Gewindesteigung bekannt.
Das zweite Merkmal ist eine spielfreie Verzahnung. Sie sorgt dafür, dass die Verzahnung im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn in ständigem Kontakt ist.
Um diesen Kontakt zu erreichen, müssen die Wellenmitten genau ausgerichtet werden. Bei der Fertigung werden die Wellen an jeder Baugruppe bearbeitet.
Komponenten des Aktuators
Der elektromechanische Aktuator besteht aus vier Baugruppenteilen: 1) zwei 25-PS-Gleichstrommotoren, 2) einem Getriebe, 3) einem Linearkolben und 4) einem zugehörigen Gehäuse. Die Gleichstrommotoren treiben das Getriebe an und übertragen die Drehbewegung auf eine Rollenschnecke, die diese Bewegung in eine lineare Bewegung durch den Ausgangskolben umsetzt. Die Motoren liefern ein konstantes Drehmoment von 34,6 oz-in./A. Die Motoren werden mit 125 A betrieben. An der Spindel entwickelt die Einheit ein Drehmoment von 31.000 oz-in. oder ca. 162 lb-ft.
Zwei bürstenlose Gleichstrommotoren sind an einer Montageplatte befestigt. Die Montageplatte ist mit dem Getriebe verbunden. Eine kleine Justierplatte ermöglicht die Bearbeitung während der Montage, was eine präzise Ausrichtung der Wellen ermöglicht. Diese Anordnung trägt auch dazu bei, Spiel innerhalb des Getriebesystems zu eliminieren.
Das Ritzel ist auf der Motorwelle verkeilt und durch Lager im Motor gelagert. Das Ritzel ist mit der Leerlaufwellenbaugruppe verbunden, die zwei Zahnräder enthält. Die Leerlaufwelle reduziert die Drehzahl und überträgt hohe Drehmomente auf das Abtriebsrad. Wie bereits erwähnt, ist eines der Leerlaufzahnräder direkt in die Welle eingearbeitet.
Das erste Losrad besteht aus zwei Teilen, die kleine Anpassungen ermöglichen, um das Rotationsspiel im System zu beseitigen.
Bei der Montage wird der untere Motor an der Motorbefestigungsplatte befestigt, wobei sein Ritzel mit den einstellbaren Leerlaufrädern auf den Leerlaufwellen zusammenpasst. Der obere Motor wird dann mithilfe der Motoreinstellplatte montiert. Als Nächstes drehen die Techniker die Motorwellen manuell, wobei sie die Leerlaufzahnräder in Bezug auf ihre Wellen bewegen, um das Rotationsspiel zu beseitigen. Der obere Motor wird dann entfernt und eine neue Einstellplatte auf eine exakte Mitte gefräst. Dieser Montageprozess eliminiert das Spiel.
Jede Losradwelle ist an beiden Enden gelagert. Das Abtriebszahnrad ist auf eine Rollengewindespindel aufgezogen. Die Welle und die Mutter sowie die Ausgangskolbenbaugruppe führen lineare Bewegungen aus. Eine Fehlausrichtung wird durch ein Linearlager verhindert, das den Abtriebskolben stabilisiert.
Die Gelenklager-Baugruppen am Ende der Stange und im Reitstock enthalten Befestigungselemente zur Verbindung mit dem Motor und den Strukturkomponenten.
Optionen
Um eine Umdrehung des Resolverrotors pro Kolbenhub zu erreichen und das Zählen der Wellenumdrehungen zu eliminieren, können die NASA-Ingenieure nach eigenen Angaben einen harmonischen Antrieb mit einem Resolver verwenden. Ein solcher Antrieb sollte ein Untersetzungsverhältnis haben, das es dem Resolverrotor erlaubt, eine Umdrehung pro vollem Hub des Kolbens zu fahren.
Eine neuere, flugtaugliche Version dieses Antriebs verwendet vier 15-PS-Motoren. Die kleineren Motoren reduzieren sowohl das Gewicht als auch die Motorträgheit. Die Drehmomentkonstante dieser Motoren beträgt 16,8 oz-in./A und läuft bei 100 A und 270 V, um die benötigte Kraft zum Bewegen einer 45.000 lb-Last bereitzustellen.
Eine andere Positionierungskonstruktion
Obwohl dieser dreifach geführte Spindelpositionierer nicht für den Einsatz im Weltraum entwickelt wurde, zeigt er Verbesserungen in Bezug auf Genauigkeit und Zuverlässigkeit. Er verkürzt die Zeit, die benötigt wird, um Teile in Maschinen genau zu positionieren, Plattformen anzuheben oder abzusenken, Pakete präzise auszurichten und sicherzustellen, dass Plattformen für Lasergeräte und optische Pyrometrie-Teleskope eben bleiben.
Ein typisches Spindelpositioniersystem verwendet eine zentrumsgetriebene Handsteuerung, die auf drei oder vier stationären Stangen geführt wird, um eine Platte zu bewegen. Diese Konstruktion verwendet eine dreifache Gewindespindel als Hauptpositionierungsmechanismus. Sie treibt eine Platte auf eine feste Platte zu oder von ihr weg, während sie die Platten parallel zueinander hält.
Die Baugruppe besteht aus 27 werksseitig gefertigten Teilen, neun zugekauften Teilen, wie z. B. Zahnrädern und Lagern, und 65 sortierten Schrauben, Passfedern, Muttern, Unterlegscheiben usw. Alle Komponenten werden an der Dreipunkt-Steuerungshalterung und der Ein-Punkt-Antriebshalterung montiert. Diese Baugruppen werden in einer präzisen Antriebssteuerungsposition an der Basisendplatte der Kavität montiert.
Der Stellungsregler wird entweder durch eine manuelle Handkurbel an einem der Antriebszapfen oder durch einen ferngesteuerten Servomotor-Antriebsaufsatz betrieben. Die Verfahrposition wird auf einer Skala, an einem Zeigeraufsatz oder mit einer LED-Anzeige abgelesen. Die Positionsabstimmung kann auf 0,1 mm gesteuert werden.