• THOMSON技術和設計推動電動缸趨勢

    作者:湯姆森Thomaon 日期:19/10/18 10:29 瀏覽:54

    近年來,終端用戶對增加電動缸的使用并減少工廠自動化設備中氣動執行器的使用的需求不斷增加。許多因素在推動轉化,但最重要的是對實現以下目標的需求不斷增長:

    由于機電執缸具有更高的精度,因此改善了機器性能和功能。

    占地面積更小,因為機電執缸僅需要大約四分之一的空間即可傳遞相同的推力。

    更高的能源利用率,因為機電執行器以更高的能源效率運行,并且不需要24/7運行的空氣壓縮機來維持壓力

    由于機電執行器使用更少的組件,不需要壓縮機并且沒有空氣泄漏問題,因此減少了維護并降低了總擁有成本。


    一旦決定用電動缸替換氣動執行器,下一步就是從眾多品牌中選擇合適的機電執行器。盡管基本推力規格可能相似,但生命周期性能,可維護性和耐環境性方面存在顯著差異。



    生命周期績效

    一般而言,滾珠絲杠的直徑越大,推力的潛力就越大,但是要實現這一點,則需要推力軸承與所有固定點(包括延長管,內滾珠螺母系統,軸承箱和刮水器箱)的正確配合。否則,推力的任何增加都會以犧牲系統壽命為代價。太弱而無法承受負載的組件將更快磨損甚至損壞。例如,給定兩個執行器,每個執行器均裝有16毫米的滾珠絲杠并提供750牛頓的推力,一個執行器的使用壽命為2000公里,而另一個則可以提供8000公里的行程。區別在于滾珠絲杠與其他組件以及它們彼此配合的程度。


    此外,由于較大的滾珠絲杠直徑也與成本和占地面積相關,因此適當地配合滾珠絲杠和其他部件可以減少兩者。為了滿足3200牛頓的應用需求,一個供應商可能會使用直徑為20毫米的滾珠絲杠,而另一供應商會使用適當配合的組件,而直徑僅為12毫米的螺釘可能會達到相同的推力,因此可以減小尺寸而不會犧牲性能。


    滾珠絲杠和其他組件的正確配合對執行器的壽命影響最大,而這與托架設計一起對精度和負載能力的影響最大。托架的主要功能之一是減少徑向和橫向的自由游隙。影響這一點的因素是載體的直徑,接觸表面積和支撐腿的使用。


    更大的承載體(圖1)可以通過在側向負載情況下最大化表面接觸面積來支撐更大的外部徑向負載。側面加載電動執行器的能力將使性能,精度和緊湊性提高到氣動或液壓執行器無法達到的水平。

    PC-系列-球形螺母托架


    圖1顯示了推力和側向載荷條件下的接觸面積


    同樣,在純推力情況下增加的接觸面積可減少游隙,為延伸管上的側向載荷提供支撐(圖2)。

    最大化表面積會影響徑向和橫向載荷;它不一定會影響穩定性。這通??梢酝ㄟ^將抬高的腳互鎖到帶凹槽的通道中來解決(③)。這些支撐腿還有助于減少振動,這會增加噪音并造成磨損。


    大多數設計使用一個或兩個這樣的脊,這些脊消除了一些間隙,但隨著系統逐漸磨損,會產生喀噠聲。但是,使用四腳而不是兩腳可以減少磨損和噪音,從而提供更有效,更耐用的防旋轉保護。附加的支腳還有助于確保無死角的回程,從而進一步減少了系統因磨損而產生的游隙。


    另外,使這些支架腿向外彎曲會產生徑向預緊力,這會減小推力管中的游隙并使支架主體和球形螺母居中,從而無需將支架墊到擠壓件上,并在設備的使用壽命內補償磨損。保持所有部件對齊,還可以減少為了達到一致的空轉扭矩而必須校準系統的頻率。


    雖然嚴格的公差對于降低磨損和降低噪音至關重要,但如果根本沒有氣隙,則在執行器高速運行時會產生壓力。這可能導致過熱,導致潤滑問題和其他耐久性問題。湯姆森(Thomson)通過使支腿上的兩個公鍵特征低于其余兩個來解決此問題。這提供了足夠的間隙以防止壓力積聚。如圖1所示,垂直放置的支腿上的兩個外鍵特征低于其余兩個。這就是防止壓力積聚的原因。

    可維護性


    易于維護肯定會影響生命周期性能,并有助于立即獲得生產力收益。機電執行器的潤滑和電機處理方式不同。大多數系統會縮回,以露出僅用于潤滑的零件,可能占60%或70%。技術人員會取下蓋子,找到需要潤滑的零件,添加油脂,并可能需要重復該過程。但是,更好的方法是完全延長或縮回試管,以露出所有組件以實現最大覆蓋。這幾個步驟允許實施自動潤滑系統。此外,使用無需拆下蓋子的潤滑嘴可以簡化維護性。


    另一個關鍵因素是在將電機與機械執行器配對時所花費的安裝時間。傳統上,以并行配置安裝電動機可能需要20到25分鐘。電機安裝完畢后,技術人員必須使用各種工具進行調整,以使皮帶正確張緊并對齊。這至少需要12個步驟。但是,如果執行器設計帶有預組裝的并行解決方案,則皮帶可以在組裝過程中進行預張緊,從而無需進行多級張緊調節,并且只需三個步驟即可將電動機固定下來并使用。對于嵌入式安裝,預組裝解決方案的好處是相似的,盡管不是那么顯著,將步驟數從7減少到3。


    圖4 PC串并聯解決方案

    圖2:帶有預組裝并行解決方案的電動缸設計。


    另外,采用跨裝式軸承策略可消除未對準的風險。除此之外,它還可以保護電機軸免受徑向載荷的沖擊,從而降低噪音并進一步延長系統壽命。


    耐環境

    電動缸彼此不同的一個非常重要的方面是它們具有抵抗惡劣或環境條件并承受頻繁的高壓沖洗的能力。這基本上是外觀輪廓設計,材料選擇和密封策略的問題。


    與帶凹槽的表面相比,具有光滑表面的外部輪廓更清潔,因為它避免了灰塵和液體在凹槽中的積聚。當需要頻繁沖洗時,這使其更適合于惡劣的環境。不過,光滑的外觀可能會有一個缺點。如果用于需要安裝傳感器的應用中,則可能需要額外的塑料附件來安裝傳感器。


    耐環境性還取決于延長管的材料組成。大多數系統使用鉻鋼,但是在惡劣的環境中,不銹鋼是更好的選擇。

    美國國家電氣制造商協會(NEMA)的《入口保護(IP)規范》(表1)是對環境中的固體和液體的抵抗能力的關鍵指標。例如,達到IP等級65意味著該系統是完全防塵的,并且可以防止從任何方向發生低壓噴水,這在食品和飲料行業的沖洗操作中可能會發現。目前只有少數幾種電動缸可以滿足這一要求,但是在腐蝕性環境中,這一點至關重要。IP等級54提供了一定程度的防塵和防濺水保護,使其在某些沖洗應用中可以接受,但在涉及壓力的情況下不可接受。在線性執行器中非常普遍的IP等級40表示沒有灰塵或液體保護。



    第一位數:固體物體的進入第二位數:液體進入
    0沒有保護沒有保護
    1防止直徑超過50mm的固體物體進入,例如手,大型工具防止垂直落下的水滴或冷凝水
    2防止超過12.5mm的固體物體,例如手指,大型工具和類似物體如果將箱子放置在與垂直方向不超過15度的位置,則可以防止水滴落下
    3防止直徑超過2.5mm的固體物體,例如粗線,小型工具即使殼體與垂直方向的最大角度為60度,也可以從任何方向保護性噴射水。
    4防止直徑超過1.0毫米的固體物體,例如電線防止來自任何方向的低壓噴水。允許有限的進入。
    5防塵作用有限(無有害沉積物)防止來自任何方向的高壓水射流。允許有限的進入。
    6完全防止進入防止短時間浸入水中。
    7不適用防止長時間,持久地浸入水中。
    8不適用防止長時間,持久地浸入水中。
    9不適用防止近距離高壓,高溫噴落。

    表1 NEMA IP代碼對固體和液體的防護等級



    較高的IP等級主要與較高的密封策略有關。在這種情況下,每個隔室都是密封的,包括電機支架。所有墊圈也應密封并一直延伸回電動機,而不是停在安裝板上。


    為下一代運動控制做準備

    隨著市場推動對高生產率解決方案的需求,更短的轉換時間,更高的可靠性和更大的節能量,更低的維護和運營成本,越來越多的設計人員和最終用戶正在通過氣動選件轉向機電致動。對于需要復雜運動控制的機械,機電執行器幾乎是唯一的選擇。但是,即使在更簡單的線性運動應用中,運動控制設計人員和用戶也正在考慮基于更少,更容易維護,更高的能源節省和更清潔的操作來實現電動。


    通過仔細比較不同品牌的電動缸,可以獲得更大的收益。始終在要求的系統壽命和空間要求的背景下解釋“承載能力”。在這些領域中存在非常實際的權衡。托架的設計會影響精度,橫向和旋轉承載能力,因此請密切注意用于將托架固定在通道中的總體設計,以及所使用的任何導向機構的形狀和尺寸。改進的機構和零件(例如支腿和支腿設計)是彎曲的,以便更好地抓握,將對精度和磨損產生很大的積極影響??紤]到適當的外部輪廓,材料的選擇和密封策略是耐環境性的重要關鍵因素。輪廓更平滑

    ThomsonPC系列電動缸

    homson PC系列電動執行器旨在提供卓越的性能,同時通過輕松確定產品的尺寸和選擇,快速可靠的安裝以及減少維護來節省您的時間和金錢。


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