7 tekniker för att åstadkomma linjär rörelse med elmotorer
Många applikationer för elmotorer handlar om att omvandla en roterande rörelse till en linjär rörelse, t.ex. i ställdon, XY-bord, zoom eller fokus i optiska tillämpningar m.m. Detta kan göras på många olika sätt, med olika för- och nackdelar, och som lämpar sig för olika applikationer. Väljer du fel metod kan du få problem med för dålig noggrannhet, för låg hastighet eller en för dyr totallösning. Väljer du istället rätt kan du bygga en produkt med bättre prestanda än konkurrenternas eller som är prismässigt mer konkurrenskraftig. I bästa fall till och med en kombination av dessa. I denna artikel tittar vi på några vanliga metoder för att åstadkomma linjära rörelser med elmotorer.
Krångligt? Ring oss istället!
Vill du hellre förklara din utmaning på telefon så är du självklart välkommen att ringa till oss. Vi går igenom din applikation, dina förutsättningar och dina begränsningar för att hitta rätt lösning för dig.
1. Kuggremmar
En vanlig metod är att fästa ett remhjul på axeln på en roterande motor. För positionering används ofta stegmotorer eller servomotorer, men för tillämpningar som t.ex. transportband och liknande används ofta AC-motorer (asynkronmotorer) eller borstlösa DC-motorer. Det finns mängder av olika kuggprofiler i olika storlekar och för olika tillämpningar (se några exempel hos Aratron). Remmarna finns dessutom i olika material, främst gummi eller polyuretan förstärkt med någon typ av kord, ofta tillverkad av stål eller kevlar. Syftet med korden är att både öka draghållfastheten, vilket i sin tur innebär större kraftöverföring, samt att minska elasticiteten, vilket i sin tur främjar positionsnoggrannheten. Kuggremmar är ofta en kostnadseffektiv lösning för både konstant rörelse och för positionering, som tillåter både höga hastigheter och stor kraft, dessutom med relativt lite oljud och hög verkningsgrad. Begränsningen är dock noggrannhet. Eftersom kuggremmar är något elastiska (oftast inte mycket, men det är ofrånkomligt) är det svårt att göra mycket exakt positionering med kuggremmar. För många automationstillämpningar är det dock fullt tillräckligt. Kuggremmar har även några fler trevliga fördelar, som t.ex. möjligheten att limma på s.k. medbringare på polyuretanremmar, som kan användas för att transportera detaljer längs kuggremmen.
2. Ledarskruvar
En ledarskruv är en skruv som fästs på motoraxeln på något sätt, vanligtvis genom svetsning eller med en axelkoppling, där man vrider på skruven och rotationsförhindrar en mutter monterad på skruven. När skruven snurrar flyttas muttern axiellt. Denna teknik ger snabba och starka förflyttningar, ofta med låg ljudvolym. Dessutom tillåter tekniken något mer exakt positionering än vad kuggremmar gör. Genom att öka stigningen på skruven får man en snabbare, men svagare rörelse. Omvänt ger en skruv med lägre stigning naturligtvis en långsammare, men starkare rörelse. När stigningen blir låg måste man dock observera att verkningsgraden blir betydligt sämre. Detta innebär större förluster och framför allt att skruven blir självhämmande, dvs. det blir svårt, eller till och med omöjligt att trycka eller dra på skruven och få motorn att rotera med. En viktig begränsning med ledarskruvar är slaglängden; till skillnad från remdrifter är man ofta begränsad till en relativt kort slaglängd med ledarskruvar, eftersom skruven måste lagras i den ”bortre” änden om den blir tillräckligt lång, och en för lång skruv kan riskera att böjas på mitten. Ledarskruvar lämpar sig ofta i applikationer där kostnad väger tyngre än prestanda; samtidigt som man behöver hög upplösning i positionering och relativt stor kraft.
3. Kulskruvar
Kulskruvar fungerar i princip som ledarskruvar, men istället för att muttern glider på gängorna på skruven så är den kullagrad i ett snillrikt system där stålkulor rullar längs spåren i skruven och återcirkulerar i muttern. Detta innebär väsentligt lägre friktion och därmed högre verkningsgrad. Detta innebär i sin tur att en kulskruv med mutter aldrig blir självhämmande, oavsett stigning. Kulskruvar är mycket exakta (och finns i rullat eller slipat utförande beroende på precisionskrav), klarar både hög hastighet och mycket kraft och är relativt tysta. Nackdelen är ett högre pris än både kuggremmar och ledarskruvar, speciellt för slipade kulskruvar. En begränsning i i kulskruven är att man inte kan nå en lika låg stigning som man kan göra med en ledarskruv. Anledningen är helt enkelt att man måste få plats med kulorna i gängspåren. Kulskruvar lämpar sig bl.a. i optik (där framför allt precision är viktigt), i verktygsmaskiner (där hög verkningsgrad, precision, hög hastighet och stor kraft är viktigt) och i mätutrustning (där precision och i vissa fall hastighet är viktigt). En smidig lösning kan vara en motor med integrerad kulskruv. Vi har ett flertal varianter, bland annat baserade på borstlösa servomotorer eller stegmotorer.
4. Snurra på muttern istället
Vissa av våra stegmotorer går att få med en mutter fäst i rotorn (istället för en axel som på en vanlig stegmotor). När man stoppar in en skruv (ledarskruv eller kulskruv) i muttern kan man få motorn att traversera skruven genom att rotationsförhindra skruven.
5. Kombinationer av remdrift och skruv
Ofta kombineras remdrifter med kulskruv eller ledarskruv, vanligtvis av utrymmesskäl. Detta gör det möjligt att montera motorn parallellt med skruven.
6. Linjärmotorer
Linjärmotorer fungerar som borstlösa DC-motorer, men där rotorn har ”plattats ut” till en avlång skena. Helt enkelt en lång skena med många magnetpoler. Lindningarna sitter i vagnen som förflyttar sig längs skenan. Ofta vänder man på steken genom att låsa fast huset och istället låta skenan flytta sig. Det beror ofta på hur lång skena man behöver. När skenan blir tyngre än huset är det ofta ett bättre val att flytta på vagnen, men då måste man ta med kablaget i beaktning. Den statiska delen brukar vi kalla stator och den rörliga delen kallar vi translator. Denna teknologi, som bland annat används av våra Javelin-motorer möjliggör både hög hastighet i kombination med hög precision och i princip ljudlös drift. Det man vinner i hastighet och precision, förlorar man däremot i kraft. Det finns dock linjärmotorer med rejält höga krafter, upp till flera tusen Newton. Linjärmotorer lämpar sig utmärkt för applikationer som kräver både hög hastighet och hög precision, t.ex. pick-n-place-maskiner.
7. Kuggstänger
Ett drev på motoraxeln som driver en kuggstång är en vanlig lösning för att kostnadseffektivt omvandla roterande till linjär rörelse. Denna typ av lösning känns igen t.ex. från styrningen på en bil. Ofta kombineras motorn med en växel av något slag för att anpassa kraften (och därmed erforderligt moment).
Andra alternativ för linjär rörelse
Det finns fler möjligheter än dessa för att skapa linjära rörelser med elmotorer, men de här är de vanligaste vi träffar på.
Vill du diskutera vilken teknik för linjär rörelse som passar bäst i just din applikation? Kontakta en av våra säljare och applikationsingenjörer.
Vill du ha guiden i din brevlåda, klicka här.
