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#Produkttrends
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Wie man den richtigen Linearantrieb auswählt
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Geschwindigkeit, Last, Hublänge, Wiederholbarkeit, Einschaltdauer, Umwelt und Budget.
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Bei der Auswahl des richtigen Linearantriebs für Ihre Anwendung müssen Sie die erforderliche Geschwindigkeit, die Last, die Hublänge und vieles mehr berücksichtigen.
Der Aufbau eines erfolgreichen linearen Antriebssystems beginnt mit der Auswahl des geeigneten Aktuators. Zwischen den verschiedenen Größen, Technologien und Qualitäten gibt es Hunderte von Optionen. Der Trick besteht darin, den Aktuator zu finden, der die besten Ergebnisse liefert. Zum Glück ist das nicht so schwierig, wie es klingt. Die Anforderungen der Anwendung schränken die Anzahl der möglichen Aktuatorlösungen ein, und die Beschränkungen des Projekts bestimmen die beste Lösung.
Der Prozess beginnt mit der Berücksichtigung einer Reihe von Schlüsselfaktoren, die hier aufgeführt sind.
Geschwindigkeit
Die Geschwindigkeit ist ein wichtiger Faktor, der bei der Auswahl eines Stellantriebs zu berücksichtigen ist. Obwohl Schraubenaktuatoren effektive und wirtschaftliche Komponenten sind, leiden sie bei sehr hohen Geschwindigkeiten unter einem Phänomen, das als Schraubenpeitsche bekannt ist und bei dem sich die Schraube während der Drehung durchbiegt. Schraubenpeitschen führen zu Vibrationen und vorzeitigem Verschleiß.
Der Grenzwert für Schraubenpeitschen, die so genannte kritische Drehzahl, hängt von den Abmessungen und dem Material der Schraube ab. Die kritische Drehzahl kann analytisch mit Hilfe bekannter Gleichungen berechnet werden. Wenn die Geschwindigkeit für den Einsatz eines Schraubenantriebs zu hoch ist, sollte ein Linearmotor oder ein Riemenantrieb in Betracht gezogen werden.
Belastung
Es ist wichtig, dass der Aktuator für die Last angemessen dimensioniert ist. Bei der Bemessung der Tragfähigkeit sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen: die radiale Tragfähigkeit der Führungslager, die Momentenkapazität des Tragschlittens und die axiale Tragfähigkeit der Traglager und des Kugelgewindetriebs. Es ist wichtig, einen Antrieb zu wählen, der für die von der Anwendung ausgehenden Belastungen ausgelegt ist.
Es ist ein weit verbreiteter Irrglaube, dass nur die Tragfähigkeit von Bedeutung ist, und die Tragfähigkeit ermöglicht es, die Lebensdauer eines Aktuators unter einer bestimmten Last zu berechnen. Es müssen jedoch auch andere Faktoren berücksichtigt werden, wie z. B. die Steifigkeit des Aktuators in verschiedenen Lastrichtungen. Das Konstruktionsteam kann Last-Durchbiegungsberechnungen durchführen, um festzustellen, ob der Aktuator in der Anwendung erfolgreich arbeiten wird.
Ein weiterer zu berücksichtigender Faktor ist die Positionierung der Last. Eine Masse, die auf einem Schlitten ruht, der entlang der Achse des Aktuators läuft, führt zu ganz anderen Kräften als eine fliegende Last, die ein Kippmoment ausübt. Achten Sie darauf, dass der Aktuator richtig dimensioniert und abgestützt ist.
Vertikale Anwendungen erfordern besondere Sorgfalt, um die Position der Last zu erhalten. Bei bestimmten Konstruktionsparametern sind die Spindeln selbsthemmend. Das bedeutet, dass sie auch bei einem Motorausfall nicht zurückgedreht werden können. Um die Selbsthemmung einer Spindel zu gewährleisten, muss der Wirkungsgrad der Spindel unter 50 % liegen, wobei der Wirkungsgrad eine Funktion des Steigungswinkels und des Reibungskoeffizienten zwischen der Mutter und der Spindel ist. Alternativ dazu können auch Zahnstangenantriebe eingesetzt werden.
Riemen haben sich in den letzten Jahren deutlich verbessert. Sie sind robust und hochentwickelt, so dass sie nicht mehr wie früher regelmäßig nachgespannt werden müssen. Riemenantriebe sind eine gute Wahl, wenn die Anforderungen an Geschwindigkeit und Hub die Möglichkeiten einer Kugelumlaufspindel oder einer Leitspindel übersteigen. Besondere Vorsicht ist geboten, wenn ein Riemenantrieb in einer vertikalen Anwendung eingesetzt wird. Es wird empfohlen, ein Gegengewicht oder eine Bremse zu verwenden, um die Last zu verlangsamen, zu stoppen und zu stützen, um die Sicherheit zu gewährleisten.
Hublänge
Der nächste zu berücksichtigende Faktor ist die Hublänge. Spindelantriebe sind effektiv und können in einigen Fällen für Hübe von bis zu 5 Fuß oder mehr verwendet werden. Bei schraubengetriebenen Antrieben mit sehr langen Hüben muss darauf geachtet werden, dass die kritische Geschwindigkeit nicht überschritten wird. Für große Hublängen sind Riemenantriebe die bessere Wahl. Die heutigen Riemen bestehen aus hochentwickelten Materialien, die wenig Wartung benötigen. Sie können über Distanzen von bis zu 50 Fuß eingesetzt werden.
Eine weitere Option für lange Hübe ist ein Linearmotor. Linearmotoren sind im Wesentlichen abgerollte Servomotoren und bestehen aus einer Kraft, die sich entlang einer festen Magnetbahn bewegt. Theoretisch kann die Bahn so lang sein wie gewünscht. In der Praxis sind Linearmotoren sowohl durch die Notwendigkeit einer ebenen, sorgfältig ausgerichteten Magnetbahn als auch durch die Kosten der Magnete begrenzt. Auch das Management der Motorkabel bei sehr langen Verfahrwegen kann eine Herausforderung darstellen.
Wiederholbarkeit
Jede Anwendung erfordert eine bestimmte Wiederholgenauigkeit. Die richtige Wahl des Stellantriebs liefert ein System, das nicht nur diese Anforderungen erfüllt, sondern auch dazu beiträgt, dass das Projekt die Zielvorgaben für Budget und Montagezeit einhält. Schraubenbetätiger bieten eine Wiederholgenauigkeit in der Größenordnung von ±0,0001 bis ±0,003 Zoll. Dies steht im Vergleich zu ±0,002 bis ±0,010 Zoll bei einem Riemenantrieb.
Die optimale Wahl hängt von den Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab. Riemenantriebe sind nicht so leistungsfähig wie Spindelantriebe, aber bei einer Anwendung mit geringeren Toleranzen können Riemenantriebe erhebliche Einsparungen ermöglichen. Für anspruchsvollere Anwendungen bieten Linearmotorantriebe eine Wiederholgenauigkeit, die im Submikrometerbereich liegen kann.
Einschaltdauer
Die Einschaltdauer hat einen großen Einfluss auf die Lebensdauer der Ausrüstung. Es ist wichtig, einen Linearantrieb zu wählen, der die Anforderungen der Anwendung erfüllt. Gewindespindeln zum Beispiel basieren auf einem Gleitkontakt - in der Regel aus Edelstahl oder Kunststoff (je nach Anwendung gibt es viele verschiedene Ausführungen). Dies führt zu einem erheblichen Verschleiß während der Lebensdauer des Geräts. Daher sollten Gewindespindeln vermieden werden, wenn Sie eine Anwendung mit hoher Last und hoher Einschaltdauer haben.
Wählen Sie stattdessen einen Kugelumlaufspindelantrieb. Diese Geräte haben Rollreibung und keine Gleitreibung, so dass sie länger halten und die Lebensdauer besser vorhersehbar ist. Die Kugeln können jedoch beschädigt werden, insbesondere bei hohen Lasten. Für Anwendungen, die keinen Ausfall tolerieren können, sollten Sie einen Planetenrollengewindetrieb ausprobieren. Diese Geräte verteilen das Gewicht, um den Verschleiß zu minimieren, und eignen sich daher u. a. für Anwendungen im Militär und in der Luft- und Raumfahrt. Für preisgünstige Anwendungen kann auch ein Riemenantrieb geeignet sein.
Umwelt
Die Betriebsumgebung einer Anwendung hat ebenfalls einen Einfluss auf die Wahl des Antriebs. In einer Reinraumumgebung sollten Sie Antriebe mit Leitspindel vermeiden. Der Metall-Kunststoff-Kontakt erzeugt Partikel, die die Reinraumtauglichkeit beeinträchtigen.
Umgekehrt können extrem schmutzige Umgebungen die Betätigungselemente beschädigen. Bei Stangenantrieben ist die Schraube im Gehäuse versiegelt. Daher sind kolbenstangenbetätigte Antriebe in Umgebungen mit Verschmutzung und Flüssigkeit relativ sicher. Bei kolbenstangenlosen Antrieben ruht die Last auf einem Schlitten, der mit der Schraube verbunden werden muss, wodurch der Antrieb Verunreinigungen ausgesetzt sein kann.
Daher benötigen kolbenstangenlose Antriebe besondere Vorkehrungen, unabhängig davon, ob die Basistechnologie ein Schraubenantrieb oder ein Linearmotor ist. Achten Sie auf Komponenten mit IP-Schutz. Ziehen Sie in Betracht, den Schlitz nach unten zu montieren, um das Eindringen von Schmutz zu verhindern. Seien Sie sich bewusst, dass die Schmierung Partikel einschließen und festhalten kann, die mit der Zeit die Oberflächen beschädigen.
Ein weiterer Faktor, der bei der Wahl der Umgebung zu berücksichtigen ist, ist der verfügbare Platz. Das beste Stellglied der Welt ist nutzlos, wenn es nicht in den vorhandenen Raum passt. Legen Sie die Aktuatoren bereits in der Entwurfsphase fest, um sicherzustellen, dass ausreichend Platz vorhanden ist. Arbeiten Sie eng mit Ihrem Lieferanten zusammen, um die Vorteile aller Faktoren zu nutzen, die die von Ihnen benötigten Eigenschaften in einem kompakten Formfaktor liefern können.
Budget
Es ist immer wichtig, die Preisvorgaben im Auge zu behalten. Linearmotoren sind am teuersten, gefolgt von Spindelantrieben (Planetenspindel, Kugelumlaufspindel und Leitspindel). Riemenantriebe sind am wirtschaftlichsten.
Bei der Konstruktion muss man immer Kompromisse eingehen. Die obige Liste ist ein erster Anhaltspunkt für die Auswahl von Antrieben. Für eine bestimmte Anwendung können spezielle Einschränkungen bedeuten, dass beispielsweise das Budget eine höhere Priorität hat als die Leistung oder dass die Einschaltdauer wichtiger ist als die Geschwindigkeit. Beginnen Sie mit der Spezifikation eines Aktuators so früh wie möglich in der Entwurfsphase. Versuchen Sie, mit Standardkomponenten zu arbeiten. Wenn keine dieser Komponenten Ihre Anforderungen erfüllt, sprechen Sie mit Ihrem Lieferanten über die Entwicklung eines kundenspezifischen Produkts, das die Aufgabe erfüllt.