Исполнительное устройство

Привод представляет собой компонент машины, которая отвечает за перемещение и управление механизмом или системой, например, путем открытия клапана. Проще говоря, это «двигатель».

Привод требует сигнала управления и источника энергии. Управляющий сигнал является относительно низкой энергией и может представлять собой электрическое напряжение или ток, пневматическое или гидравлическое давление или даже мощность человека. Его основным источником энергии может быть электрический ток, давление гидравлической жидкости или пневматическое давление. Когда он получает управляющий сигнал, исполнительный механизм реагирует путем преобразования энергии сигнала в механическое движение.

Привод – это механизм, с помощью которого система управления воздействует на окружающую среду. Система управления может быть простой (фиксированная механическая или электронная система), программная (например, драйвер принтера, система управления роботом), человек или любой другой вход.

история
История системы пневматического приведения в действие и системы гидравлического привода датируется примерно во время Второй мировой войны (1938). Он был впервые создан Xhiter Anckeleman (произносится как «Зитер»), который использовал свои знания о двигателях и тормозных системах, чтобы придумать новое решение, обеспечивающее максимальную силу тормозов на автомобиле с минимальным износом.

Гидравлический
Гидравлический привод состоит из цилиндрового или жидкостного двигателя, который использует гидравлическую мощность для облегчения механической работы. Механическое движение дает выход в виде линейного, вращательного или колебательного движения. Поскольку жидкости практически невозможно сжать, гидравлический привод может приложить большую силу. Недостатком такого подхода является его ограниченное ускорение.

Гидравлический цилиндр состоит из полой цилиндрической трубки, вдоль которой может скользить поршень. Термин однократное действие используется, когда давление жидкости подается только на одну сторону поршня. Поршень может двигаться только в одном направлении, часто используется пружина, чтобы дать поршню обратный ход. Термин двойное действие используется, когда давление подается с каждой стороны поршня; любая разница в давлении между двумя сторонами поршня перемещает поршень в одну сторону или другую.

пневматический
Пневматические приводы позволяют создавать значительные усилия при относительно небольших изменениях давления. Пневматический привод преобразует энергию, создаваемую вакуумом или сжатым воздухом под высоким давлением, в линейное или вращательное движение. Пневматическая энергия необходима для основных элементов управления двигателем, поскольку она может быстро реагировать при запуске и остановке, так как источник питания не нужно хранить в резерве для работы. Кроме того, пневматические приводы более безопасны, дешевле и часто более надежны и мощны, чем другие приводы. Эти силы часто используются с клапанами для перемещения диафрагм, чтобы влиять на поток воздуха через клапан.

электрический
Электрический привод питается от двигателя, который преобразует электрическую энергию в механический момент. Электрическая энергия используется для приведения в действие оборудования, такого как многооборотные клапаны. Кроме того, тормоз, как правило, установлен над двигателем, чтобы предотвратить открытие клапана. Если тормоз не установлен, привод откроет открытый клапан и повернет его обратно в закрытое положение. Если это произойдет, двигатель и привод в конечном итоге будут повреждены. Это одна из самых чистых и легко доступных форм привода, поскольку она напрямую не связана с нефтью или другими ископаемыми видами топлива.

Конструкция электрического привода проста по сравнению с конструкцией гидравлических и пневматических приводов, поскольку они требуют только электроэнергии в качестве источника энергии. Поскольку электрические кабели используются для передачи электроэнергии и сигналов, он очень универсален и практически нет ограничений относительно расстояния между источником питания и приводом.

Существует большое количество моделей, и их легко использовать со стандартизованными электродвигателями в зависимости от приложения. В большинстве случаев необходимо использовать редукторы, поскольку двигатели имеют непрерывную работу.

Использование электрического поршня для привода небольшого клапана.

Простейшей формой привода с поршнем была бы установка рычага с шарниром, прикрепленным к поверхности, параллельной оси приводного поршня и резьбовых элементов.

Существуют Muscular Wires®, которые обеспечивают бесшумные движения без двигателей. Это самая инновационная технология для робототехники и автоматизации, а также для внедрения небольших приводов.

Существуют также электроактивные полимеры, PEA (для его акронима на испанском языке) или EAP (для его акронима на английском языке), которые представляют собой полимеры, которые обычно меняют форму или размер при стимуляции электрическим полем. Они в основном используются в качестве приводов, датчиков или генерации искусственных мышц, которые будут использоваться в робототехнике и протезировании.

Скрученный и спиральный полимер (TCP) или сверхпрочный полимер (SCP)
Привод витой и спирального полимера (TCP), также известный как исполнительный механизм сверхпрочного полимера (SCP), представляет собой спиральный полимер, который может приводиться в действие электрической энергией. Привод TCP выглядит как винтовая пружина. Приводы TCP обычно изготавливаются из нейлона с серебряным покрытием. Приводы TCP также могут быть изготовлены из другого электрического проводящего покрытия, такого как золото. Привод TCP должен находиться под нагрузкой, чтобы удлинить мышцу. Электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию из-за электрического сопротивления, которое также известно как джоулево нагревание, омическое нагревание и резистивный нагрев. По мере того, как температура приемопередатчика TCP увеличивается на джоулевом нагреве, полимер сжимается и вызывает сжатие привода.

Пьезоэлектрические приводы
Являются ли эти устройства, которые производят движение (смещение), используя физический феномен пьезоэлектричества. Приводы, которые используют этот эффект, доступны в течение примерно 20 лет и изменили мир позиционирования. Точное движение, которое возникает при приложении электрического поля к материалу, имеет большое значение для нанопозиционирования.

Можно различать следующие типы:

Тип стека
Тип “Flexure”
В сочетании с высокопоставленной системой позиционирования с двигателем

Тепловые или магнитные
Приводы, которые могут приводиться в действие с применением тепловой или магнитной энергии, использовались в коммерческих приложениях. Термоприводы имеют компактный, легкий, экономичный и с высокой удельной мощностью. Эти приводы используют материалы памяти формы (SMM), такие как сплавы с памятью формы (SMA) или сплавы с магнитной формой памяти (MSMA). Некоторые популярные производители этих устройств – финская Modti Inc., American Dynalloy и Rotork.

механический
Механический исполнительный механизм выполняет функцию движения путем преобразования одного вида движения, такого как вращательное движение, в другой тип, например линейное движение. Примером может служить стойка и шестерня. Работа механических приводов основана на комбинациях конструктивных элементов, таких как шестерни и рельсы, или шкивы и цепи.

Электронные приводы
Электронные приводы также широко используются в мехатронных устройствах, таких как роботы. Бесщеточные серводвигатели переменного тока будут использоваться в будущем как точные позиционирующие приводы из-за требования к работе без такого технического обслуживания, как ядерная энергия.

Гидравлические приводы
Гидравлические приводы, которые являются самыми старыми, могут быть классифицированы в соответствии с формой эксплуатации, работают на основе жидкостей под давлением. Существуют три основные группы:

гидравлический цилиндр
гидравлический двигатель
гидравлический качающийся двигатель
Гидравлический цилиндр
По своей функции мы можем классифицировать гидравлические цилиндры в 2 типах: простой эффект и двойное действие. В первом типе гидравлическая сила используется для толкания, а внешняя сила – другая. Второй тип использует гидравлическую мощность для выполнения обоих действий. Рулевое управление осуществляется с помощью соленоида. Внутри они имеют пружину, которая изменяет свою упругую постоянную с прохождением тока. То есть, если ток течет через электрический поршень, его можно легко расширить.

Цилиндр динамического давления
Носите нагрузку у основания цилиндра. Затраты на производство обычно низки, поскольку в цилиндре нет деталей.

Одиночный цилиндр
Штанга находится только на одном конце поршня, который сжимается пружинами или тем же весом. Нагрузка может быть установлена ​​только на одном конце цилиндра.

Цилиндр двойного действия
Нагрузка может быть установлена ​​с обеих сторон цилиндра. Горизонтальный импульс генерируется из-за разницы в давлении между концами поршня

Телескопический цилиндр
Многоступенчатый трубчатый стержень последовательно выдвигается, когда он наносится на цилиндр с маслом под давлением. Относительно длинный ход может быть достигнут по сравнению с длиной цилиндра

Гидравлический двигатель
В гидравлических двигателях вращательное движение создается давлением. Эти двигатели можно разделить на две большие группы: первый – это роторный тип, в котором шестерни приводятся непосредственно под давлением под давлением, а второй, колебательный тип, вращательное движение генерируется колебательным действием поршня или молотка; Из-за его большей эффективности этот тип имеет более высокий спрос. Ниже приведена классификация этого типа двигателя

Мотор-редуктор
Ротационный двигатель типа лопасти
Двигатель пропеллера
Гидравлический двигатель Эксцентриковый кулачковый двигатель
Осевой поршень
Осциллирующий тип Двигатель с наклонной осью
Мотор редуктора: Масло под давлением вытекает из впускного отверстия, действующего на зубчатую поверхность каждого зубчатого колеса, в направлении стрелки. Конструкция двигателя проста, поэтому она рекомендуется для высокоскоростных операций.
Двигатель с наклонным осевым поршнем
Масло под давлением, которое течет из впускного отверстия, толкает поршень к фланцу, и полученное усилие в радиальном направлении приводит к тому, что вал и блок цилиндров вращаются в направлении стрелки. Этот тип двигателя очень удобен для высоконапорных и высокоскоростных применений. Можно изменить его мощность, изменив угол наклона оси.

Осциллирующий двигатель с осевым поршнем
Его функция состоит в том, чтобы поглотить определенный объем жидкости под давлением и вернуть ее в цепь, когда она в ней нуждается.

Пневматические приводы
Механизмы, которые преобразуют энергию сжатого воздуха в механическую работу, называются пневматическими приводами. Хотя по существу они идентичны гидравлическим приводам, в этом случае диапазон сжатия ниже, в дополнение к этому существует небольшая разница в использовании и в отношении конструкции, мотивированной элементами питания (воздуха) отличаются от тех, которые используются в гидравлических цилиндрах.

В этой классификации появляются сильфоны и диафрагмы, которые используют сжатый воздух и считаются простыми исполнительными эффектами, а также искусственные резиновые мышцы, которые в последнее время получили большое внимание.

Простой эффект
Пневматический цилиндр
Пневматический привод двойного действия
Линейный привод двойного действия без хвостовика
С редуктором и стойкой
С шестерней и двойной молнией
Пневматический двигатель с лопаткой
С поршнем
Одновременно с флюгером
Мультиклапан
Вращающийся двигатель с поршнем
Из вертикального слота
Поршень
Сильфоны, диафрагма и искусственная мышца
Одиночный цилиндр
Вращающиеся поддоны
Это моторные элементы, предназначенные для обеспечения ограниченного оборота выходного вала. Давление воздуха действует непосредственно на одну или две лопасти, печатающие поворотное движение. Они не превышают 270 °, а двойные поддоны не превышают 90 °.

Части привода
Система «Safety key»: этот метод безопасного ключа для удержания крышек привода использует гибкую цилиндрическую ленту из нержавеющей стали в механической раздвижной канавке. Это устраняет концентрацию напряжений, вызванных нагрузками, центрированными на винтах крышек и спиралей. Клавиши безопасности значительно увеличивают прочность узла привода и обеспечивают защиту от опасного отсоединения.
Шестерня с пазом: эта канавка в верхней части шестерни обеспечивает самоцентрирующуюся, прямую передачу для индикаторов положения и переключателей положения, исключая использование фланцев сцепления. (Согласно норме Намюра).
Подшипники для сращивания: эти сращенные и резьбовые подшипники скольжения служат для упрощения соединения фитингов, которые должны быть установлены сверху. (В соответствии со стандартами ISO 5211 и VDI).
Большой воздушный проход: внутренние каналы для особо большого воздушного прохода обеспечивают быструю работу и позволяют избежать их блокировки.
Muñoneras: новый дизайн и максимальная долговечность, постоянная смазка, коррозионная стойкость и простота замены, продлевают срок службы привода в самых тяжелых условиях эксплуатации.
Конструкция: Максимальное усилие должно быть обеспечено против вмятин, ударов и усталости. Его стойка и шестерня должны иметь большой калибр, ее необходимо обрабатывать с помощью высокоточного оборудования и исключать игру, чтобы иметь возможность получать точные позиции.
Ceramigard: Сильная поверхность, стойкая к коррозии, похожа на керамику. Защищает все части привода от износа и коррозии.
Покрытие: двойное покрытие, обеспечивающее дополнительную защиту от агрессивных сред.
Сцепление: соединение или отсоединение подпружиненных модулей замены или безопасность при отказе давления воздуха.
Винты регулировки хода: обеспечивает регулировку вращения шестерни в обоих направлениях движения; что важно для каждого клапана с четвертью оборота.
Радиальные и несущие звездочки шестерни: Сменные цапфы, которые защищают от вертикальных нагрузок. Радиальные глушители поддерживают всю радиальную нагрузку.
Шестерни уплотнительные – верхние и нижние: уплотнения шестерни расположены для минимизации всех возможных зазоров для защиты от коррозии.
Неразрушаемые предохранительные пружины в случае отказа: эти пружины спроектированы и изготовлены так, чтобы никогда не срабатывать и впоследствии защищены от коррозии. Пружины классифицируются и назначаются определенным образом для компенсации потери памяти, которой подвержена каждая весна; для истинной уверенности в случае отказа в подаче воздуха.

Самые обычные приводы:

Пневматические и гидравлические цилиндры. Они выполняют линейные движения.
Двигатели (поворотные приводы) пневматические и гидравлические. Они выполняют повороты с помощью гидравлической или пневматической энергии.
Клапаны. Имеются прямое управление, моторизированный, электропневматический и т. Д. Они используются для регулирования потока газов и жидкостей.
Нагревательные резисторы. Они используются для нагрева.
Электродвигатели. Наиболее часто используются индукционные, непрерывные, бесщеточные и шаг за шагом.
Насосы, компрессоры и вентиляторы. Двигались в основном с помощью электрических асинхронных двигателей.

3D-печатные мягкие приводы
Мягкие приводы разрабатываются для обработки хрупких объектов, таких как сбор урожая фруктов в сельском хозяйстве или манипулирование внутренними органами в биомедицине, которая всегда была сложной задачей для робототехники. В отличие от обычных приводов, мягкие приводы создают гибкое движение благодаря интеграции микроскопических изменений на молекулярном уровне в макроскопическую деформацию материалов привода.

Большинство существующих мягких приводов изготавливаются с использованием многоступенчатых низкопроизводительных процессов, таких как микроформование, изготовление твердых свободных форм и литография маски. Однако эти методы требуют ручного изготовления устройств, последующей обработки / сборки и длительных итераций до достижения зрелости при изготовлении. Чтобы избежать утомительных и трудоемких аспектов существующих процессов изготовления, исследователи изучают подходящий производственный подход для эффективного изготовления мягких приводов. Поэтому специальные мягкие системы, которые могут быть изготовлены за один шаг быстрыми методами прототипирования, такими как трехмерная печать, используются для сокращения разрыва между дизайном и внедрением мягких приводов, что делает процесс более быстрым, менее дорогостоящим и простым. Они также позволяют включать все компоненты привода в единую конструкцию, исключая необходимость использования внешних соединений, клеящих веществ и крепежных элементов. Это приводит к уменьшению числа дискретных частей, этапов последующей обработки и времени изготовления.

Трехмерные печатные мягкие приводы подразделяются на две основные группы: «полужесткие печатные мягкие приводы» и «трехмерные печатные мягкие приводы». Причиной такой классификации является различение печатных мягких приводов, которые изготавливаются с помощью процесса трехмерной печати в целом и мягких приводов, чьи части изготавливаются с помощью трехмерных принтеров и последующей обработки. Эта классификация помогает прояснить преимущества трехмерных печатных мягких приводов над полупечатными мягкими приводом, благодаря их возможности работать без необходимости дальнейшей сборки.

Приводы форм-памяти (SMP) являются наиболее похожими на наши мышцы, обеспечивая ответ на ряд стимулов, таких как свет, электрические, магнитные, тепловые, рН и изменения влажности. У них есть некоторые недостатки, включая усталость и высокое время отклика, которые были улучшены благодаря внедрению интеллектуальных материалов и комбинации различных материалов с использованием передовой технологии изготовления. Появление 3D-принтеров создало новый путь для создания недорогих и быстродействующих SMP-приводов. Процесс получения внешних стимулов, таких как тепло, влажность, электрический вход, световое или магнитное поле с помощью SMP, называется эффектом памяти формы (SME). SMP демонстрирует некоторые полезные функции, такие как низкая плотность, высокая деформация, биосовместимость и биоразлагаемость.

Фотополимер / легкие активированные полимеры (LAP) являются другим типом SMP, которые активируются световыми стимулами. Приводы LAP могут управляться дистанционно с мгновенным откликом и без физического контакта только с изменением частоты света или интенсивности.

Потребность в мягких, легких и биосовместимых мягких приводах в мягкой роботике повлияла на исследователей для разработки пневматических мягких приводов из-за их естественного соответствия и способности производить мышечное напряжение.

Полимеры, такие как диэлектрические эластомеры (DE), ионные полимерные металлические композиты (IPMC), ионные электроактивные полимеры, полиэлектролитные гели и геле-металлические композиты являются обычными материалами для формирования трехмерных слоистых структур, которые могут быть адаптированы для работы в качестве мягких приводов. Приводы EAP классифицируются как трехмерные печатные мягкие приводы, которые реагируют на электрическое возбуждение как деформацию в их форме.

Примеры и приложения
В технике приводы часто используются в качестве механизмов для введения движения или для зажима объекта, чтобы предотвратить движение. В электронной технике исполнительные механизмы являются подразделением преобразователей. Это устройства, которые преобразуют входной сигнал (главным образом электрический сигнал) в некоторую форму движения.

Примеры исполнительных механизмов
Гребень
Цифровое микрозеркальное устройство
Электрический двигатель
Электроактивный полимер
Гидравлический цилиндр
Пьезоэлектрический привод
Пневматический привод
Винтовой домкрат
сервомеханизм
соленоид
Шаговый двигатель
Форма-память сплава
Тепловой биморф
Гидравлические приводы

Циркулярно-линейное преобразование
Двигатели в основном используются, когда необходимы круговые движения, но могут также использоваться для линейных применений путем преобразования кругового в линейное движение с помощью свинцового винта или аналогичного механизма. С другой стороны, некоторые исполнительные механизмы являются линейно линейными, такими как пьезоэлектрические приводы. Преобразование между круговым и линейным движением обычно осуществляется с помощью нескольких простых типов механизмов, включая:

Винт: винтовые домкраты, шариковые винтовые и роликовые винтовые приводы работают по принципу простой машины, известной как винт. Вращая гайку исполнительного механизма, вал винта перемещается по линии. При перемещении вала винта гайка вращается.
Колесо и ось: Подъемник, лебедка, стойка и шестерня, цепной привод, ременный привод, жесткие цепные и жесткие ременные приводы работают по принципу колеса и оси. Вращая колесо / ось (например, барабан, шестерня, шкив или вал), перемещается линейный элемент (например, кабель, стойка, цепь или лента). При перемещении линейного элемента колесо / ось вращается.
Виртуальная аппаратура
В виртуальной аппаратуре исполнительные механизмы и датчики являются аппаратными дополнениями виртуальных инструментов.

Показатели эффективности
Показатели производительности для приводов включают в себя 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.

сила
При рассмотрении силы в приводах для приложений следует учитывать два основных показателя. Эти два являются статическими и динамическими нагрузками. Статическая нагрузка – это силовая способность привода, когда он не находится в движении. И наоборот, динамическая нагрузка исполнительного механизма является силой во время движения.

скорость
Скорость следует рассматривать в первую очередь при скорости без нагрузки, так как скорость будет неизменно уменьшаться по мере увеличения нагрузки. Скорость, которую скорость будет уменьшаться, будет напрямую коррелировать с величиной силы и начальной скоростью.

Условия эксплуатации
Приводы обычно оцениваются с использованием стандартной системы оценки IP-кода. Те, которые рассчитаны на опасные условия, будут иметь более высокий рейтинг по IP-адресу, чем для личного или общего промышленного использования.

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

Tags: