مشغل خطي هو المحرك الذي يخلق الحركة في خط مستقيم ، على النقيض من الحركة الدائرية للمحرك الكهربائي التقليدي. تُستخدم المحركات الخطية في الأدوات الآلية والآلات الصناعية ، وفي الأجهزة الطرفية للكمبيوتر مثل محركات الأقراص والطابعات ، وفي الصمامات والمخمدات ، وفي العديد من الأماكن الأخرى التي تتطلب حركة خطية. أسطوانات هيدروليكية أو هوائية تنتج حركة خطية بطبيعتها. يتم استخدام العديد من الآليات الأخرى لإنشاء حركة خطية من محرك دوار.

أنواع

المحركات الميكانيكية
تعمل المحركات الخطية الميكانيكية عادة عن طريق تحويل الحركة الدورانية إلى حركة خطية. عادة ما يتم التحويل عبر عدة أنواع بسيطة من الآلية:

المسمار: leadcrew ، جاك المسمار ، الكرة اللولبية ومشغلات المسمار الدوارة كلها تعمل على مبدأ آلة بسيطة تعرف باسم المسمار. عن طريق تدوير جوزة المحرك ، يتحرك عمود المسمار في خط.
العجلة والمحاور: تعمل الرافعة ، والونش ، والرافعة ، والمحرك ، ومحرك السلسلة ، ومحرك الحزام ، والسلسلة الصلبة ، والحزام الصلب ، على مبدأ العجلة والمحاور. تقوم عجلة دوارة بتحريك كابل أو حامل أو سلسلة أو حزام لإنتاج حركة خطية.
Cam: تعمل مشغلات Cam على مبدأ مشابه لمبدأ الإسفين ، ولكنها توفر عددًا محدودًا نسبيًا من السفر. كما تدور كاميرا تشبه عجلة القيادة ، يوفر شكلها غريب الأطوار قوة الدفع في قاعدة العمود.
بعض المحركات الخطية الميكانيكية تسحب فقط ، مثل الرافعات ومحرك السلسلة ومحركات السيور. آخرون دفع فقط (مثل مشغل كاميرا).يمكن تصميم الأسطوانات الهوائية والهيدروليكية ، أو براغي الرصاص لتوليد القوة في كلا الاتجاهين.

تقوم المحركات الميكانيكية عادة بتحويل الحركة الدوارة لمقبض التحكم أو مقبضها إلى إزاحة خطية عبر براغي و / أو تروس يتم إرفاق مقبضها أو مقبضها. الرافعة أو مقبس السيارة هو مشغل ميكانيكي مألوف. وتستند عائلة أخرى من المحركات إلى المغزل المجزأ. يتم تحويل دوران مقبض السحب ميكانيكياً إلى الحركة الخطية لرأس الرافعة. وكثيرا ما تستخدم المحركات الميكانيكية أيضا في مجال الليزر والبصريات للتلاعب في موقف مراحل خطية ، والمراحل الدوارة ، وتركيب مرايا ، goniometers وغيرها من أدوات تحديد المواقع. لتحديد المواقع بدقة ومتكررة ، يمكن استخدام علامات الفهرس على مقابض التحكم. وتشمل بعض المحركات المشفر وقراءات الموقع الرقمية. هذه هي مماثلة لمقاسات التعديل المستخدمة على ميكرومتر باستثناء غرضها هو تعديل الموقف بدلا من قياس الموقف.

المحركات الهيدروليكية
تشتمل المحركات الهيدروليكية أو الأسطوانات الهيدروليكية عادة على أسطوانة مجوفة تحتوي على مكبس يتم إدخالها فيه. يولد الضغط غير المتوازن على المكبس قوة يمكنها تحريك جسم خارجي. بما أن السوائل تكاد تكون غير قابلة للضغط ، فإن الأسطوانة الهيدروليكية يمكن أن توفر إزاحة خطية دقيقة للمكبس. النزوح هو فقط على طول محور المكبس. أحد الأمثلة المألوفة على المحرك الهيدروليكي الذي يتم تشغيله يدويًا هو مقبس هيدروليكي للسيارة. عادةً ما يشير مصطلح “المحرك الهيدروليكي” إلى جهاز يتم التحكم فيه عن طريق مضخة هيدروليكية.

مشغلات تعمل بالهواء المضغوط
المحركات الهوائية ، أو الأسطوانات الهوائية ، تشبه المحركات الهيدروليكية ، إلا أنها تستخدم الغاز المضغوط لتوليد القوة بدلاً من السائل. وهي تعمل بشكل مشابه لمكبس يُضخ فيه الهواء داخل حجرة ويخرج من الجانب الآخر للغرفة. لا تستخدم مشغلات الهواء بالضرورة للآلات الثقيلة وحالات وجود كميات كبيرة من الوزن. أحد الأسباب التي يفضلها المشغلات الخطية الهوائية لأنواع أخرى هي حقيقة أن مصدر الطاقة هو مجرد ضاغط هواء. نظرًا لأن الهواء هو مصدر الدخل ، يمكن استخدام المحركات الهوائية في العديد من أماكن النشاط الميكانيكي. الجانب السلبي هو ، معظم ضواغط الهواء كبيرة ، ضخمة ، وبصوت عال. يصعب نقلها إلى مناطق أخرى بمجرد تركيبها. من المرجح أن تتسرب المحركات الخطية الهوائية وهذا يجعلها أقل كفاءة من المحركات الميكانيكية الخطية.

المحركات الكهروإجهادية
التأثير الكهروإجهادي هو خاصية لبعض المواد التي يتسبب فيها تطبيق الجهد للمادة في التوسع. تتوافق الفولتية العالية جدًا مع التوسعات الصغيرة فقط. ونتيجة لذلك ، فإن المحركات الكهرضغطية يمكن أن تحقق دقة تحديد المواقع بشكل جيد للغاية ، ولكن لديها أيضًا مدى قصير جدًا من الحركة. بالإضافة إلى ذلك ، تعرض المواد الكهربائية الانضغاطية حالة التخلفية التي تجعل من الصعب التحكم في توسعها بطريقة متكررة.

مشغلات البوليمر الملتوية والملفوفة (TCP)
إن المحرك البوليمر الملتوي والملفوف (TCP) والمعروف أيضاً بمشغل البوليمر supercoiled polymer (SCP) هو عبارة عن بوليمر ملفوف يمكن تشغيله بواسطة الطاقة الكهربائية. مشغل TCP يبدو مثل نبع حلزوني. عادة ما تكون مشغلات TCP مصنوعة من النايلون المطلي بالفضة. يمكن أيضًا تشغيل مشغلات TCP من طبقة التوصيل الكهربائي الأخرى مثل الذهب. يجب أن يكون مشغّل TCP تحت حمولة للحفاظ على تمديد msucle. تتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية بسبب المقاومة الكهربائية ، والتي تعرف أيضًا باسم تسخين جول ، وتسخين Ohmic ، وتسخين مقاوم. مع زيادة درجة حرارة مشغل TCP بواسطة تسخين Joule ، يتعاقد البوليمر ويتسبب في انكماش المحرك.

المشغلات الكهربائية والميكانيكية
تشبه المحركات الكهربائية-الميكانيكية المحركات الميكانيكية باستثناء أن مقبض التحكم أو المقبض يستبدل بمحرك كهربائي. الحركة الدورانية للمحرك يتم تحويلها إلى إزاحة خطية. هناك العديد من التصاميم للمشغلات الخطية الحديثة وكل الشركات التي تقوم بتصنيعها تميل إلى امتلاك طريقة ملكية. ما يلي هو وصف عام لمشغل خطي كهربائي ميكانيكي بسيط للغاية.

تصميم مبسط
عادة ، يتم توصيل محرك كهربائي ميكانيكيا لتدوير المسمار الرصاص. يحتوي برغي الرصاص على خيط حلزوني مستمر يتم تشكيله على محيطه على طول الطول (على غرار الخيط على مسمار). الخيوط على المسمار الرصاص هو الجوز الرصاص أو الجوز الكرة مع خيوط حلزونية المقابلة. يتم منع الجوز من الدوران بواسطة برغي الرصاص (عادة يتداخل الجوز مع جزء غير دوار من جسم المشغل). لذلك ، عندما يتم تدوير المسمار الرئيسي ، سيتم تشغيل الجوز على طول الخيوط. يعتمد اتجاه حركة الجوز على اتجاه دوران المسمار الرصاص. من خلال ربط الروابط بالجوز ، يمكن تحويل الحركة إلى إزاحة خطية قابلة للاستخدام. يتم إنشاء معظم المحركات الحالية بسرعة عالية ، أو قوة عالية ، أو حل وسط بين الاثنين. عند النظر إلى مشغل لتشغيل تطبيق معين ، فإن أهم المواصفات هي عادةً السفر والسرعة والقوة والدقة والعمر. يتم تركيب معظم الأصناف على مخمدات أو صمامات فراشة.

هناك العديد من أنواع المحركات التي يمكن استخدامها في نظام تشغيل خطي. وتشمل هذه فرشاة العاصمة ، فرش العاصمة ، السائر ، أو في بعض الحالات ، حتى المحركات الحثية. كل هذا يتوقف على متطلبات التطبيق والأحمال تم تصميم المحرك للتحرك. على سبيل المثال ، يمكن استخدام المحرك الخطي باستخدام محرك تحريض AC متكامل يعمل بالقدرة الحصانية يقود برغيًا رئيسيًا لتشغيل صمام كبير في المصفاة. في هذه الحالة ، لا تكون الدقة والدقة العالية في الحركة مطلوبة ، ولكن القوة والسرعة العالية هما ضروريتان. بالنسبة للمحركات الخطية الكهروميكانيكية المستخدمة في أدوات الروبوتات المختبرية ، والمعدات البصرية والليزر ، أو جداول XY ، قد تتطلب الدقة الدقيقة في نطاق الميكرون والدقة العالية استخدام المحرك الخطي السائر بمحرك السائر مع برغي بزاوية دقيقة. هناك العديد من الاختلافات في نظام المحرك الخطي الكهروميكانيكي. من الأهمية بمكان فهم متطلبات التصميم وقيود التطبيق لمعرفة أيهما سيكون الأفضل.

معيار مقابل البناء المضغوط
عادةً ما يكون المحرك الخطي الذي يستخدم المحركات القياسية محركًا كسطوانة منفصلة متصلة بجهاز المشغل ، إما بالتوازي مع المحرك أو عموديًا على المحرك. قد يتم إرفاق المحرك بنهاية المشغل. محرك محرك الأقراص هو من البناء النموذجي مع عمود محرك الأقراص الصلبة الذي يتوجه إلى محرك الجوز أو محرك المسمار للمشغل.

تستخدم المحركات الخطية المدمجة محركات مصممة خصيصًا لتناسب المحرك والمشغل في أصغر شكل ممكن.

يمكن أن يتم تكبير القطر الداخلي لعمود المحرك ، بحيث يمكن أن يكون عمود محرك الأقراص مجوفًا. وبالتالي يمكن لولب المحرك والجوز احتلال مركز المحرك ، دون الحاجة إلى مزيد من التعشيق بين المحرك ومسمار المحرك.
وبالمثل ، يمكن تصنيع المحرك بحيث يكون قطره الخارجي صغير للغاية ، ولكن بدلاً من ذلك تمتد أعمدة العمود طوليًا حتى لا يزال المحرك يحتوي على عزم دوران مرتفع جدًا أثناء تركيبه في مساحة صغيرة القطر.
مبادئ
في معظم تصاميم المشغل الخطي ، يكون المبدأ الأساسي للعملية هو مستوى الميل. تعمل خيوط المسمار الرصاص كمنحدر مستمر يسمح باستخدام قوة دورانية صغيرة على مسافة طويلة لإنجاز حركة حمولة كبيرة على مسافة قصيرة.

الاختلافات
تم إنشاء العديد من الاختلافات في التصميم الأساسي. يركز معظمها على توفير تحسينات عامة مثل الكفاءة الميكانيكية الأعلى أو السرعة أو سعة التحميل. هناك أيضا حركة هندسية كبيرة نحو التصغير المشغل.

تتضمن معظم التصميمات الكهربائية والميكانيكية برغيًا للرصاص وجوزًا رصاصًا. بعض استخدام المسمار الكرة والصامولة الكرة. في كلتا الحالتين ، قد يتم توصيل المسمار بمقبض تحكم يدوي أو يدوي إما مباشرة أو من خلال سلسلة من التروس. تستخدم التروس عادةً للسماح بدوران محرك أصغر (وأضعف) عند دوران أعلى لفة في الدقيقة لتزويد عزم الدوران اللازم لتدوير المسمار تحت حمولة أثقل من المحرك الذي سيكون قادرًا على القيادة بشكل آخر. على نحو فعال هذا التضحية سرعة المشغل لصالح زيادة دفع المحرك. في بعض التطبيقات ، يكون استخدام دودة التروس أمرًا شائعًا حيث يسمح ذلك ببنية مدمجة أصغر ما زالت تسمح بطول سفري كبير.

يحتوي المحرك الخطي جوّاح الجوز على محرك يبقى مرتبطًا بأحد طرفي طرف اللولب الرصاصي (ربما بشكل غير مباشر من خلال علبة تروس) ، ويدور المحرك على برغي الرصاص ، ويتم كبح الجوز الناتج عن الدوران حتى ينتقل إلى الأعلى والأسفل. المسمار الرئيسي.

يحتوي المشغل الخطي المسامير اللولبية على برغي رئيسي يمر بالكامل من خلال المحرك. في المحرك الخطي للمسامير اللولبي ، يقوم المحرك “بالزحف” لأعلى ولأسفل لولب الرصاص الذي يتم كبحه من الدوران. الأجزاء الدوارة الوحيدة هي داخل المحرك ، وقد لا تكون مرئية من الخارج.

بعض براغي الرصاص لها عدة “بدء”. هذا يعني أن لديهم خيوط متعددة بالتناوب على نفس العمود. طريقة واحدة لتصور هذا بالمقارنة مع خطوط ملونة متعددة على عصا حلوى. يسمح هذا بإجراء المزيد من الضبط بين مساحة الخيط ومساحة التلامس للخيط / الجوز ، والتي تحدد سرعة الامتداد وسعة التحمل (للخيوط) على التوالي.

قدرة التحميل الثابتة
يمكن أن تحتوي مشغلات اللولب الخطية على سعة تحميل ثابتة ، مما يعني أنه عندما يتوقف المحرك ، فإن المحرك يعمل بشكل أساسي في موضعه ويمكن أن يدعم حملاً يسحب أو يضغط على المشغل. هذه القدرة على تحميل ثابت يزيد من التنقل والسرعة.

تختلف قوة الكبح للمشغل باختلاف الزاوي للخيوط اللولبية والتصميم المحدد للخيوط. تتميز خيوط Acme بقدرة تحميل ثابتة عالية جدًا ، في حين أن مسامير الكرة ذات سعة تحميل منخفضة للغاية ويمكن أن تكون حرة تقريبًا.

بشكل عام ، لا يمكن تغيير سعة التحميل الثابتة للمشغلات اللولبية بدون تقنية إضافية. يحدد تصميم المسمار اللولبي وتصميم محرك الجوز سعة تحميل محددة لا يمكن ضبطها ديناميكيًا.

في بعض الحالات ، يمكن إضافة الشحوم عالية اللزوجة إلى المشغلات اللولبية الخطية لزيادة الحمل الاستاتيكي. بعض الشركات المصنعة تستخدم هذا لتغيير الحمل لاحتياجات محددة.

يمكن إضافة سعة التحميل الثابتة إلى المحرك اللولبي الخطي باستخدام نظام المكابح الكهرومغناطيسي ، الذي يطبق الاحتكاك بجوزرة محرك الغزل. على سبيل المثال ، يمكن استخدام زنبرك لتطبيق وسادات الفرامل على محرك الجوز ، بحيث يتم تثبيته في موضعه عند إيقاف التشغيل.عندما يحتاج المشغل إلى التحرك ، فإن مغناطيس كهربائي يتصدى للربيع ويطلق قوة الكبح على محرك الجوز.

وبالمثل ، يمكن استخدام آلية السقاطة الكهرومغناطيسية مع المحرك اللولبي الخطي بحيث يتم قفل نظام الدفع الذي يرفع الحمل في موضعه عند إيقاف تشغيل المحرك إلى المحرك. لتخفيض المشغل ، يتم استخدام مغناطيس كهربائي للتصدي لقوة الربيع وإلغاء قفل السقاطة.

قدرة الحمولة الديناميكية
يشار عادة إلى قدرة التحميل الديناميكية على أنها مقدار القوة الذي يستطيع المشغل الخطي توفيره أثناء التشغيل. هذه القوة سوف تختلف مع نوع المسمار (كمية من الاحتكاك تقييد الحركة) والمحرك الذي يقود الحركة. الحمل الديناميكي هو الرقم الذي تصنف به معظم المحركات ، وهو مؤشر جيد على التطبيقات التي تناسبها بشكل أفضل.

التحكم في السرعة
في معظم الحالات عند استخدام المشغل الكهروميكانيكي ، يفضل أن يكون هناك نوع من التحكم في السرعة. وتختلف وحدات التحكم هذه من الفولتية التي يوفرها المحرك ، والتي بدورها تغير السرعة التي يتحول بها برغي الرصاص. يعد ضبط نسبة الترس طريقة أخرى لضبط السرعة. تتوفر بعض المحركات مع العديد من خيارات التزويد المختلفة.

دورة العمل
تشير دورة التشغيل للمحرك إلى مقدار الوقت الذي يمكن تشغيل المحرك فيه قبل أن يبرد. البقاء ضمن هذا المبدأ التوجيهي عند تشغيل المحرك هو المفتاح لطول العمر والأداء. إذا ﺗم ﺗﺟﺎوز ﺗﺻﻧﯾف درﺟﺔ اﻟواﺟب ، ﻓﺳﯾﺗم اﻟﺗﻌرض ﻟﺳﺑب اﻟﺣرارة اﻟﻣﻔرطﺔ وﻓﻘدان اﻟﻘوة واﻟﺣرق اﻟﻣﺣﺗﻣل ﻟﻟﻣﺣرك.

المحركات الخطية
المحرك الخطي هو وظيفيًا تمامًا مثل المحرك الكهربائي الدوار مع مكونات الحقل المغناطيسي الدائري والدوارة الثابتة في خط مستقيم. في حالة دوران المحرك الدوار وإعادة استخدام نفس عمود القطب المغنطيسي مرة أخرى ، تتكرر هياكل المجال المغناطيسي للمحرك الخطي فعليًا عبر طول المشغل.

نظرًا لأن المحرك يتحرك بطريقة خطية ، لا يلزم وجود براغي للرصاص لتحويل الحركة الدورانية إلى خطية. في حين أن القدرة العالية ممكنة ، يتم تجاوز قيود المواد و / أو السيارات على معظم التصاميم بسرعة نسبية بسبب الاعتماد فقط على عوامل الجذب المغناطيسية وقوى التنافر.معظم المحركات الخطية لديها قدرة تحميل منخفضة مقارنة بأنواع أخرى من المحركات الخطية. تتميز المحركات الخطية بميزة في البيئات الخارجية أو القذرة حيث لا يحتاج النصفان إلى الاتصال ببعضهما البعض ، وبالتالي يمكن لفائف المحرك الكهرومغناطيسي أن تكون مقاومة للماء ومختومة ضد الرطوبة والتآكل ، مما يسمح بفترة خدمة طويلة جدًا.

تصغير خطي المحرك
تعد المحركات الخطية المتداخلة عبارة عن مشغلات خطية متخصصة تستخدم عند وجود قيود على المساحة. نطاق حركتهم أكبر بعدة مرات من الطول غير المستغل لعضو التشغيل.

يتكون الشكل الشائع من أنابيب متحدة المركز ذات طول متساوٍ تقريبًا والتي تمتد وتتراجع مثل الأكمام ، واحدة داخل الأخرى ، مثل الاسطوانة التلسكوبية.

تستخدم مشغلات تليسكوب أخرى أكثر تخصصًا أعضاء يتحركون بمثابة مهاوي خطية جامدة عند تمديدها ، ولكنهم يكسرون هذا الخط عن طريق الطي ، أو الفصل إلى أجزاء و / أو فك الكبس عند التراجع. تشمل أمثلة المحركات الخطية المتداخلة ما يلي:

مشغل حزام حلزوني
المحرك حزام جامدة
المحرك سلسلة جامدة
مغزل مقسم

المميزات والعيوب

نوع المحرك	مزايا	سلبيات
ميكانيكي	رخيص. تكرار. لا يوجد مصدر الطاقة المطلوبة.ومكتفية ذاتيا. سلوك متطابق يمتد أو يتراجع.	التشغيل اليدوي فقط. لا أتمتة.
الكهربائية والميكانيكية	رخيص. تكرار. العملية يمكن أن تكون تلقائية. ومكتفية ذاتيا. سلوك متطابق يمتد أو يتراجع. العاصمة أو المحركات خطوة. الموقف موقف ممكن.	العديد من الأجزاء المتحركة عرضة للارتداء.
محرك خطي	تصميم بسيط. الحد الأدنى من الأجزاء المتحركة.سرعات عالية ممكن. ومكتفية ذاتيا. سلوك متطابق يمتد أو يتراجع.	قوة منخفضة إلى متوسطة.
كهربيضغطي كهربي إجهادي	حركات صغيرة جدا ممكنة بسرعات عالية. يستهلك بالكاد أي قوة.	السفر القصير ما لم يتم تضخيمه ميكانيكياً. الفولتية العالية المطلوبة ، عادة 24V أو أكثر. باهظة الثمن وهشة. جيد في الضغط فقط ، وليس في التوتر. عادة ما تستخدم لحاقن الوقود.
بوليمر ملتوي وملفوف (TCP)	خفيف وبسيط	منخفضة الكفاءة ، وارتفاع في درجة الحرارة ، فقط الانكماش
هيدروليكي	قوات عالية جدا ممكن. نسبة عالية نسبيا من القدرة إلى الحجم (أو كثافة الطاقة).	يمكن أن يتسرب. يتطلب ردود فعل موقف للتكرار. المضخة الهيدروليكية الخارجية المطلوبة. بعض التصاميم جيدة في الضغط فقط.
هوائي	قوي ، خفيف ، بسيط ، سريع.	تحكم دقيق في الموقع مستحيل باستثناء التوقف الكامل
محرك الشمع	عملية سلسة.	غير موثوقة مثل الطرق الأخرى.
مغزل مقسم	مضغوط جدا. نطاق الحركة أكبر من طول المشغل.	كلا الحركة الخطية والدوارة.
تتحرك لفائف	القوة والوضع والسرعة قابلة للتحكم والتكرار. قادرة على سرعات عالية وتحديد المواقع بدقة. إجراءات خطية ، دوارة ، وخطية + دوارة ممكنة.	يتطلب ردود الفعل موقف لتكون قابلة للتكرار.
ميكا (المحرك الحديدي القابل للتحكم)	قوة عالية ويمكن السيطرة عليها. قوة أعلى وخسائر أقل من الملفات المتحركة. خسائر سهلة لتبديد. سائق إلكتروني سهل التصميم والإعداد.	السكتة الدماغية محدودة إلى عدة ملليمترات ، أقل خطية من الملفات المتحركة.