Привод

Привод является составной частью машины , которая отвечает за перемещение и контролировать механизм или систему, например , посредством открытия клапана. Говоря простым языком, это «движитель».

Привод требует управляющего сигнала и источника энергии . Управляющий сигнал имеет относительно низкую энергию и может представлять собой электрическое напряжение или ток, давление пневматической или гидравлической жидкости или даже энергию человека. Его основным источником энергии может быть электрический ток , гидравлическое давление или пневматическое давление. Когда он получает управляющий сигнал, исполнительный механизм реагирует, преобразовывая энергию источника в механическое движение. В электрическом , гидравлическом и пневматическом смысле это форма автоматизации или автоматического управления .

Привод - это механизм, с помощью которого система управления выполняет операцию или задачу. Система управления может быть простой (фиксированная механическая или электронная система ), программной (например, драйвер принтера, система управления роботом ), вводимой человеком или любым другим. ^[1]

История [ править ]

История пневматической и гидравлической приводных систем началась примерно во время Второй мировой войны (1938 г.). Впервые он был создан Ксайтером Анкелеманом ^[2], который использовал свои знания о двигателях и тормозных системах, чтобы придумать новое решение, обеспечивающее максимальное усилие тормозов автомобиля с наименьшим возможным износом.

Типы приводов [ править ]

Гидравлический [ править ]

Гидравлический привод состоит из цилиндра или гидравлического двигателя, который использует гидравлическую энергию для облегчения механической работы. Механическое движение дает результат в виде линейного, вращательного или колебательного движения. Поскольку жидкости практически невозможно сжать, гидравлический привод может оказывать большое усилие. Недостатком такого подхода является ограниченное ускорение.

Гидравлический цилиндр состоит из полой цилиндрической трубы, по которой может скользить поршень. Термин одностороннего действия используется, когда давление жидкости прикладывается только к одной стороне поршня. Поршень может двигаться только в одном направлении, при этом пружина часто используется для возврата поршня. Термин двойное действие используется, когда давление прикладывается к каждой стороне поршня; любая разница в силе между двумя сторонами поршня перемещает поршень в ту или иную сторону. ^[3]

Пневматический [ править ]

Пневматические приводы позволяют создавать значительные силы при относительно небольших изменениях давления. Пневматическая энергия желательна для управления главным двигателем, потому что она может быстро реагировать на запуск и остановку, поскольку источник энергии не нужно хранить в резерве для работы. Более того, пневматические приводы дешевле и часто более мощные, чем другие приводы. Эти силы часто используются с клапанами для перемещения диафрагм, чтобы повлиять на поток воздуха через клапан. ^{[4] [5]}

Преимущество пневматических приводов состоит именно в высоком уровне силы, доступной при относительно небольшом объеме. В то время как главный недостаток технологии заключается в необходимости сети сжатого воздуха, состоящей из нескольких компонентов, таких как компрессоры, резервуары, фильтры, осушители, подсистемы обработки воздуха, клапаны, трубы и т. Д., Что делает технологию неэффективной с точки зрения энергии с потерями энергии, которые может составлять до 95%

Электрический [ править ]

С 1960 года было разработано несколько технологий приводов, электрические приводы можно разделить на следующие группы:

Электромеханический привод [ править ]

Он преобразует вращательную силу электрического роторного двигателя в линейное движение для создания требуемого линейного движения посредством механизма либо ремня (ось ременного привода с шаговым или сервоприводом), либо винта (либо шарика, либо ходового винта, либо планетарной механики).

Основными преимуществами электромеханических приводов являются их относительно высокий уровень точности по сравнению с пневматикой, их возможный долгий срок службы и небольшие затраты на техническое обслуживание (может потребоваться смазка). Можно достичь относительно высокого усилия, порядка 100 кН.

Основное ограничение этих приводов - достижимая скорость, важные размеры и вес, которые им требуются. В то время как основное применение таких приводов в основном наблюдается в устройствах здравоохранения и автоматизации производства.

Электрогидравлический привод [ править ]

Другой подход - электрогидравлический привод , в котором электродвигатель остается первичным двигателем, но обеспечивает крутящий момент для работы гидроаккумулятора, который затем используется для передачи усилия срабатывания во многом таким же образом, как дизельный двигатель / гидравлика обычно используются в тяжелом оборудовании .

Электроэнергия используется для приведения в действие такого оборудования, как многооборотные клапаны или строительное и землеройное оборудование с электроприводом .

При использовании для управления потоком жидкости через клапан над двигателем обычно устанавливается тормоз, чтобы давление жидкости не открывало клапан. Если тормоз не установлен, привод активируется для повторного закрытия клапана, который снова медленно принудительно открывается. Это вызывает колебание (открытие, закрытие, открытие ...), и двигатель и привод в конечном итоге будут повреждены. ^[6]

Линейный двигатель [ править ]

Линейные двигатели отличаются от электромеханических приводов, они работают по тому же принципу, что и электрические роторные двигатели, по сути, их можно рассматривать как роторный двигатель, который был разрезан и развернут. Таким образом, вместо вращательного движения они создают линейную силу по своей длине. Поскольку линейные двигатели вызывают меньшие потери на трение, чем другие устройства, некоторые линейные двигатели могут работать более ста миллионов циклов.

Линейные двигатели делятся на 3 основные категории: плоские линейные двигатели (классические), линейные двигатели с U-каналом и трубчатые линейные двигатели.

Технология линейных двигателей - лучшее решение в контексте низкой нагрузки (до 30 кг), поскольку она обеспечивает высочайший уровень скорости, контроля и точности.

Фактически, это самая желанная и универсальная технология. Из-за ограничений пневматики нынешняя технология электрических приводов является жизнеспособным решением для конкретных отраслевых приложений, и она была успешно внедрена в таких рыночных сегментах, как часовая, полупроводниковая и фармацевтическая промышленность (до 60% приложений. Растущий Интерес к данной технологии можно объяснить следующими характеристиками:

• Высокая точность (равная или менее 0,1 мм);
• Высокая скорость цикла (более 100 циклов / мин);
• Возможное использование в чистых и строго регулируемых условиях (не допускаются утечки воздуха, влаги или смазочных материалов);
•  Потребность в программируемом движении в ситуации сложных операций

Основными недостатками линейных двигателей являются:

• Они дороги по сравнению с пневматикой и другими электрическими технологиями.
• Их нелегко интегрировать в стандартное оборудование из-за их большого размера и большого веса.
• Они обладают низкой плотностью силы по сравнению с пневматическими и электромеханическими приводами.

Тепловой или магнитный [ править ]

Приводы, которые могут приводиться в действие путем приложения тепловой или магнитной энергии к твердотельному материалу, используются в коммерческих приложениях. Термоприводы могут приводиться в действие температурой или нагревом за счет эффекта Джоуля и обычно бывают компактными, легкими, экономичными и с высокой удельной мощностью. В этих приводах используются материалы с памятью формы, такие как сплавы с памятью формы (SMA) или магнитные сплавы с памятью формы (MSMA).

Механический [ править ]

Механический привод выполняет движение, преобразуя один вид движения, например, вращательное , в другой, например, поступательное . Примером может служить рейка и шестерня . Работа механических приводов основана на комбинации конструктивных элементов, таких как шестерни и рельсы или шкивы и цепи .

Мягкие приводы, напечатанные на 3D-принтере [ править ]

Большинство существующих мягких приводов изготавливается с использованием многоступенчатых процессов с низким выходом, таких как микролитье, ^[7] изготовление твердых тел произвольной формы ^[8] и литография масок. ^[9] Однако эти методы требуют ручного изготовления устройств, последующей обработки / сборки и длительных итераций до достижения зрелости в производстве. Чтобы избежать утомительных и трудоемких аспектов текущих процессов производства, исследователи изучают соответствующий производственный подход для эффективного изготовления мягких приводов. Поэтому специальные мягкие системы, которые можно изготовить за один этап с помощью методов быстрого прототипирования, таких как 3D-печать., используются для сокращения разрыва между разработкой и реализацией мягких исполнительных механизмов, делая процесс быстрее, дешевле и проще. Они также позволяют объединить все компоненты привода в единую конструкцию, избавляя от необходимости использовать внешние соединения , клеи и крепежные детали .

Приводы из полимера с памятью формы (SMP) больше всего похожи на наши мышцы, обеспечивая реакцию на ряд стимулов, таких как световые, электрические, магнитные, тепловые, pH и влажные изменения. У них есть некоторые недостатки, включая усталость и высокое время отклика, которые были улучшены за счет внедрения интеллектуальных материалов.и сочетание различных материалов с помощью передовых технологий производства. Появление 3D-принтеров открыло новый путь для производства недорогих и быстродействующих приводов SMP. Процесс получения SMP внешних стимулов, таких как тепло, влажность, электрический ток, свет или магнитное поле, называется эффектом памяти формы (SME). SMP демонстрирует некоторые полезные особенности, такие как низкая плотность, высокое восстановление деформации, биосовместимость и биоразлагаемость.

Фотополимер / светоактивированные полимеры (LAP) - это еще один тип SMP, который активируется световыми стимулами. Приводы LAP могут управляться дистанционно с мгновенным откликом и без какого-либо физического контакта только с изменением частоты или интенсивности света.

Потребность в мягких, легких и биосовместимых мягких приводах в мягкой робототехнике побудила исследователей разработать пневматические мягкие приводы из-за их внутренней природы податливости и способности вызывать мышечное напряжение.

Полимеры, такие как диэлектрические эластомеры (DE), ионно-полимерные металлические композиты (IPMC), ионные электроактивные полимеры, полиэлектролитные гели и композиты гель-металл, являются общими материалами для формирования трехмерных слоистых структур, которые можно адаптировать для работы в качестве мягких исполнительных механизмов. Приводы EAP относятся к категории мягких приводов, напечатанных на 3D-принтере, которые реагируют на электрическое возбуждение как деформацию своей формы.

Примеры и приложения [ править ]

В технике исполнительные механизмы часто используются в качестве механизмов для создания движения или зажима объекта для предотвращения движения. ^[10] В электронной технике исполнительные механизмы представляют собой подразделение преобразователей . Это устройства, которые преобразуют входной сигнал (в основном электрический сигнал) в некоторую форму движения.

Примеры приводов [ править ]

• Привод гребня
• Цифровое микрозеркальное устройство
• Электродвигатель
• Электроактивный полимер
• Гидравлический цилиндр
• Пьезоэлектрический привод
• Пневматический привод
• Винтовой домкрат
• Сервомеханизм
• Соленоид
• Шаговый двигатель
• Сплав с памятью формы
• Термальный биморф
• Гидравлические приводы

Циклическое преобразование в линейное [ править ]

Двигатели в основном используются, когда необходимы круговые движения, но также могут использоваться для линейных приложений, преобразовывая круговое движение в линейное с помощью ходового винта или аналогичного механизма. С другой стороны, некоторые исполнительные механизмы, например пьезоэлектрические исполнительные механизмы, по своей сути являются линейными. Преобразование между круговым и линейным движением обычно осуществляется с помощью нескольких простых типов механизмов, включая:

• Винт : винтовые домкраты , шарико-винтовые передачи и роликовые винтовые приводы работают по принципу простого механизма, известного как винт. При вращении гайки привода вал винта движется по прямой. При перемещении винтового вала гайка вращается.
• Колеса и ось : Подъемник , лебедки , реечная , цепной привод , ремень привод , жесткая цепь и жесткие ленточные приводы работают по принципу колеса и оси. При вращении колеса / оси (например, барабана , шестерни , шкива или вала ) линейный элемент (например, трос , рейка, цепь или ремень ) перемещается. При перемещении линейного элемента колесо / ось вращаются. ^[11]

Виртуальная аппаратура [ править ]

В виртуальных инструментах исполнительные механизмы и датчики являются аппаратными дополнениями виртуальных инструментов.

Показатели производительности [ править ]

Показатели производительности для приводов включают скорость, ускорение и силу (альтернативно, угловую скорость, угловое ускорение и крутящий момент), а также энергоэффективность и такие соображения, как масса, объем, условия эксплуатации и долговечность, среди прочего.

Принудительно [ править ]

При рассмотрении силы в приводах для приложений следует учитывать два основных показателя. Это статические и динамические нагрузки. Статическая нагрузка - это силовая способность привода, когда он не находится в движении. И наоборот, динамическая нагрузка привода - это сила, которую он может перемещать.

Скорость [ править ]

Скорость следует рассматривать в первую очередь в темпе без нагрузки, поскольку скорость неизменно будет уменьшаться с увеличением количества нагрузки. Скорость уменьшения скорости будет напрямую зависеть от величины силы и начальной скорости.

Условия эксплуатации [ править ]

Приводы обычно оцениваются с использованием стандартной рейтинговой системы IP-кода . Те, которые предназначены для опасных сред, будут иметь более высокий рейтинг IP, чем для личного или общепромышленного использования.

Прочность [ править ]

Это будет определяться каждым отдельным производителем в зависимости от использования и качества.

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме приводов .