THOMSON技术和设计推动电动缸趋势

作者:汤姆森Thomaon 日期:19/10/18 10:29 浏览:35

近年来,终端用户对增加电动缸的使用并减少工厂自动化设备中气动执行器的使用的需求不断增加。许多因素在推动转化,但最重要的是对实现以下目标的需求不断增长:

由于机电执缸具有更高的精度,因此改善了机器性能和功能。

占地面积更小,因为机电执缸仅需要大约四分之一的空间即可传递相同的推力。

更高的能源利用率,因为机电执行器以更高的能源效率运行,并且不需要24/7运行的空气压缩机来维持压力

由于机电执行器使用更少的组件,不需要压缩机并且没有空气泄漏问题,因此减少了维护并降低了总拥有成本。


一旦决定用电动缸替换气动执行器,下一步就是从众多品牌中选择合适的机电执行器。尽管基本推力规格可能相似,但生命周期性能,可维护性和耐环境性方面存在显着差异。



生命周期绩效

一般而言,滚珠丝杠的直径越大,推力的潜力就越大,但是要实现这一点,则需要推力轴承与所有固定点(包括延长管,内滚珠螺母系统,轴承箱和刮水器箱)的正确配合。否则,推力的任何增加都会以牺牲系统寿命为代价。太弱而无法承受负载的组件将更快磨损甚至损坏。例如,给定两个执行器,每个执行器均装有16毫米的滚珠丝杠并提供750牛顿的推力,一个执行器的使用寿命为2000公里,而另一个则可以提供8000公里的行程。区别在于滚珠丝杠与其他组件以及它们彼此配合的程度。


此外,由于较大的滚珠丝杠直径也与成本和占地面积相关,因此适当地配合滚珠丝杠和其他部件可以减少两者。为了满足3200牛顿的应用需求,一个供应商可能会使用直径为20毫米的滚珠丝杠,而另一供应商会使用适当配合的组件,而直径仅为12毫米的螺钉可能会达到相同的推力,因此可以减小尺寸而不会牺牲性能。


滚珠丝杠和其他组件的正确配合对执行器的寿命影响最大,而这与托架设计一起对精度和负载能力的影响最大。托架的主要功能之一是减少径向和横向的自由游隙。影响这一点的因素是载体的直径,接触表面积和支撑腿的使用。


更大的承载体(图1)可以通过在侧向负载情况下最大化表面接触面积来支撑更大的外部径向负载。侧面加载电动执行器的能力将使性能,精度和紧凑性提高到气动或液压执行器无法达到的水平。

PC-系列-球形螺母托架


图1显示了推力和侧向载荷条件下的接触面积


同样,在纯推力情况下增加的接触面积可减少游隙,为延伸管上的侧向载荷提供支撑(图2)。

最大化表面积会影响径向和横向载荷;它不一定会影响稳定性。这通常可以通过将抬高的脚互锁到带凹槽的通道中来解决(③)。这些支撑腿还有助于减少振动,这会增加噪音并造成磨损。


大多数设计使用一个或两个这样的脊,这些脊消除了一些间隙,但随着系统逐渐磨损,会产生喀哒声。但是,使用四脚而不是两脚可以减少磨损和噪音,从而提供更有效,更耐用的防旋转保护。附加的支脚还有助于确保无死角的回程,从而进一步减少了系统因磨损而产生的游隙。


另外,使这些支架腿向外弯曲会产生径向预紧力,这会减小推力管中的游隙并使支架主体和球形螺母居中,从而无需将支架垫到挤压件上,并在设备的使用寿命内补偿磨损。保持所有部件对齐,还可以减少为了达到一致的空转扭矩而必须校准系统的频率。


虽然严格的公差对于降低磨损和降低噪音至关重要,但如果根本没有气隙,则在执行器高速运行时会产生压力。这可能导致过热,导致润滑问题和其他耐久性问题。汤姆森(Thomson)通过使支腿上的两个公键特征低于其余两个来解决此问题。这提供了足够的间隙以防止压力积聚。如图1所示,垂直放置的支腿上的两个外键特征低于其余两个。这就是防止压力积聚的原因。

可维护性


易于维护肯定会影响生命周期性能,并有助于立即获得生产力收益。机电执行器的润滑和电机处理方式不同。大多数系统会缩回,以露出仅用于润滑的零件,可能占60%或70%。技术人员会取下盖子,找到需要润滑的零件,添加油脂,并可能需要重复该过程。但是,更好的方法是完全延长或缩回试管,以露出所有组件以实现最大覆盖。这几个步骤允许实施自动润滑系统。此外,使用无需拆下盖子的润滑嘴可以简化维护性。


另一个关键因素是在将电机与机械执行器配对时所花费的安装时间。传统上,以并行配置安装电动机可能需要20到25分钟。电机安装完毕后,技术人员必须使用各种工具进行调整,以使皮带正确张紧并对齐。这至少需要12个步骤。但是,如果执行器设计带有预组装的并行解决方案,则皮带可以在组装过程中进行预张紧,从而无需进行多级张紧调节,并且只需三个步骤即可将电动机固定下来并使用。对于嵌入式安装,预组装解决方案的好处是相似的,尽管不是那么显着,将步骤数从7减少到3。


图4 PC串并联解决方案

图2:带有预组装并行解决方案的电动缸设计。


另外,采用跨装式轴承策略可消除未对准的风险。除此之外,它还可以保护电机轴免受径向载荷的冲击,从而降低噪音并进一步延长系统寿命。


耐环境

电动缸彼此不同的一个非常重要的方面是它们具有抵抗恶劣或环境条件并承受频繁的高压冲洗的能力。这基本上是外观轮廓设计,材料选择和密封策略的问题。


与带凹槽的表面相比,具有光滑表面的外部轮廓更清洁,因为它避免了灰尘和液体在凹槽中的积聚。当需要频繁冲洗时,这使其更适合于恶劣的环境。不过,光滑的外观可能会有一个缺点。如果用于需要安装传感器的应用中,则可能需要额外的塑料附件来安装传感器。


耐环境性还取决于延长管的材料组成。大多数系统使用铬钢,但是在恶劣的环境中,不锈钢是更好的选择。

美国国家电气制造商协会(NEMA)的《入口保护(IP)规范》(表1)是对环境中的固体和液体的抵抗能力的关键指标。例如,达到IP等级65意味着该系统是完全防尘的,并且可以防止从任何方向发生低压喷水,这在食品和饮料行业的冲洗操作中可能会发现。目前只有少数几种电动缸可以满足这一要求,但是在腐蚀性环境中,这一点至关重要。IP等级54提供了一定程度的防尘和防溅水保护,使其在某些冲洗应用中可以接受,但在涉及压力的情况下不可接受。在线性执行器中非常普遍的IP等级40表示没有灰尘或液体保护。



第一位数:固体物体的进入第二位数:液体进入
0没有保护没有保护
1防止直径超过50mm的固体物体进入,例如手,大型工具防止垂直落下的水滴或冷凝水
2防止超过12.5mm的固体物体,例如手指,大型工具和类似物体如果将箱子放置在与垂直方向不超过15度的位置,则可以防止水滴落下
3防止直径超过2.5mm的固体物体,例如粗线,小型工具即使壳体与垂直方向的最大角度为60度,也可以从任何方向保护性喷射水。
4防止直径超过1.0毫米的固体物体,例如电线防止来自任何方向的低压喷水。允许有限的进入。
5防尘作用有限(无有害沉积物)防止来自任何方向的高压水射流。允许有限的进入。
6完全防止进入防止短时间浸入水中。
7不适用防止长时间,持久地浸入水中。
8不适用防止长时间,持久地浸入水中。
9不适用防止近距离高压,高温喷落。

表1 NEMA IP代码对固体和液体的防护等级



较高的IP等级主要与较高的密封策略有关。在这种情况下,每个隔室都是密封的,包括电机支架。所有垫圈也应密封并一直延伸回电动机,而不是停在安装板上。


为下一代运动控制做准备

随着市场推动对高生产率解决方案的需求,更短的转换时间,更高的可靠性和更大的节能量,更低的维护和运营成本,越来越多的设计人员和最终用户正在通过气动选件转向机电致动。对于需要复杂运动控制的机械,机电执行器几乎是唯一的选择。但是,即使在更简单的线性运动应用中,运动控制设计人员和用户也正在考虑基于更少,更容易维护,更高的能源节省和更清洁的操作来实现电动。


通过仔细比较不同品牌的电动缸,可以获得更大的收益。始终在要求的系统寿命和空间要求的背景下解释“承载能力”。在这些领域中存在非常实际的权衡。托架的设计会影响精度,横向和旋转承载能力,因此请密切注意用于将托架固定在通道中的总体设计,以及所使用的任何导向机构的形状和尺寸。改进的机构和零件(例如支腿和支腿设计)是弯曲的,以便更好地抓握,将对精度和磨损产生很大的积极影响。考虑到适当的外部轮廓,材料的选择和密封策略是耐环境性的重要关键因素。轮廓更平滑

ThomsonPC系列电动缸

homson PC系列电动执行器旨在提供卓越的性能,同时通过轻松确定产品的尺寸和选择,快速可靠的安装以及减少维护来节省您的时间和金钱。


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