Doğrusal hareket, tüm endüstriyel sektörde fabrika otomasyonu, ulaşım, ambalajlama, yaşam bilimleri gibi birçok alanda kullanılır. Pnömatik, hidrolik ve elektromekanik teknolojiler lineer tahrik sağlamanın önde gelen seçenekleridir. Bu teknolojilerin seçimi ve kullanımı büyük oranda kullanıcının teknik bilgisinden, bütçesinden, mevcut enerji kaynaklarından ve performans dengesi ile farklı yaklaşımların dikkatli bir şekilde değerlendirilmesinden etkilenir.
Örneğin pnömatik aktüatörler yüksek güçte çıkış sağlamaz ancak uygun maliyetli, kolay başlangıç çözümü gerektiğinde kullanışlıdır. Hidrolik lineer aktüatörler çok fazla gürültüye ve akışkanların sızmasına neden olabilir ancak hassas kontrol gerektiren yüksek güçlü uygulamalar için idealdir. Elektromekanik aktüatörler yüksek enerji gereksinimine sahiptir; kurulumları ve bakımları zordur. Ancak kompleks, çok eksenli hareket kontrol uygulamalarında tercih edilirler.
Pnömatik
Yakın zamanda yaklaşım ve lineer konum sensörlerinden konumsal geri besleme özelliği dahil olmak üzere pnömatik tasarımda bazı iyileştirmeler oldu.
Daha iyi kirletici madde sızdırmazlığı, dış birikintileri uzaklaştıran teknoloji ve geliştirilmiş yüzey kaplama pnömatik lineer aktüatörlerin gıda işleme ve ambalajlama gibi temizleme gerektiren zorlu ortam ve uygulamalarda daha sık kullanılmasını sağladı.
Basınç kayıpları ve havanın sıkıştırılabilme özelliği bazen diğer lineer teknolojilere göre pnömatiğin verimliliğini azaltır. Pnömatik sistemler genellikle diğer sistemlere kıyasla çok daha az güç sağlayarak düşük basınçlarda kullanılır.
Hızı ise saniyede birkaç santimetreden 150 cm/sn'ye kadar değişiklik gösterir. Güç çıkışı maksimum basınç oranına ve ilgili silindir çapına bağlıdır: genellikle pnömatik aktüatörler, yaklaşık 80 N ila 80425 N için 12 mm'den 320 mm'ye kadar değişiklik gösteren ile maksimum 10 bar basınç oranına sahiptir. Hidrolik aktüatörlerin çoğu, yaklaşık 12 mm ile 355 mm arasında değişen çaplar ile 210 bar pnömatik basınç oranına sahiptir. Bu oranlar 220 N ila 171.000 N değerinde güç anlamına gelir.
Hidrolik
Hidrolik sistemler yüksek güç çıkışı ve sıkı kontrol gerektiren zorlu uygulamalar için uygundur. Ancak gürültüye neden olabilir ve doğru bakım yapılmadığında sızdırma yapabilir. Pnömatik sistem hava sızdırırsa verimlilik düşer ancak hidrolik sistem sızdırma yaparsa sıvı kaybı olur. Bu durumda temizlik sorunlarına, yakın çevredeki makine ve ürünlerin olası hasarına neden olabilir.
Hidrolik sistemler akışkan deposu, motor ve pompalar, tahliye valfleri ve gürültü ile sıcaklık düzeylerini azaltmak için ekipmanları içeren ek parçalar gerektirir. Depodan akışkan çekmek için tahrikli pompaya, maksimum sistem basıncını kontrol etmek için basınç emniyet valfine ve silindirin içine ve dışına hidrolik sıvı akışını kontrol etmek için yön valfine bağlanmaları gerekir.
Basit iki konumlu hareket kontrolünden daha fazlasını sağlayan karmaşık hidrolik silindirler hareket sırasında mıknatıslardan yansıtılan elektrik sinyallerini üreten elektronik sensörlerle donatılmıştır. Sinyal silindir strokunun yanı sıra piston konumunun yerini belirler ve bu sinyal, piston hızını veya hızlandırmayı belirlemek için kullanılabilir.
Elektromekanik
Döner (dairesel hareketli) motor tarafından güç sağlanan elektromekanik lineer hareket sistemleri şu dört adet döner güçten lineere dönüştürme sistemlerinden birini kullanır: bilyalı vida, rulo vida, trapez (kurşun) vida veya kayışlı tahrik. Ancak elektromekanik aktüatörlerin bir diğer çeşidi de lineer motordur.
Lineer motor döner motora benzer ama motor bobinleri pistonu (forcer) oluşturur. Tasarıma bağlı olarak mıknatıslardan oluşan bir veya iki sıra mıknatıs manyetik rayı oluşturur. Döner motorda, rotor dönerken statör sabittir. Ancak lineer motorda ya piston ya da manyetik ray hareketli parça olabilir. Bu parça daha sonra uygun bir lineer rulman ile entegre edilir. Pistona elektrik akımı gönderildiğinde oluşan manyetik alan mıknatıs rayıyla etkileşime girer ve lineer motor taşıyıcısını arkaya ve öne hareket ettirir.
Lineer motorlar 10 m/sn ve daha yüksek hızlarda 20 g'den daha büyük ivmesi ile yüksek dinamik performansına sahiptir. Lineer motorların doğrudan tahrik özelliği sayesinde geri tepme, burulma açısının bozulması ve diğer konumlandırma hatalarına neden olacak mekanik parçalar içermez. Mikron altı çözünürlük ve tekrarlanabilirlik mümkündür ve motor doğrudan yüke bağlı olduğu için arızalanabilecek daha az parça vardır. Bu sayede uzun vadede değer kazanır ve dayanıklılığı arttırır.
Genellikle ne tür bir lineer motor (demir çekirdekli, manşonsuz, demirsiz veya piezeo (kristal) motorlar) kullanılacağını uygulama gereklilikleri belirler.
Bilyalı vidalar
Konumlandırma masaları dahil olmak üzere lineer motor uygulamalarının çoğu motor torkunu lineer itme gücüne çevirmek için bilyalı vida kullanır. Yüksek itme gücü (9000 N'ye kadar) özelliğine sahiptir ve daha kısa strok uzunluklarında daha yüksek hızlar üretir (1,8 m/sn'ye kadar). Bilyalı vidalar 10 mm ila 50 mm'ye kadar hassas olabilir ve bazı üreticiler bu vidaları 100 ila 2500 km toplam kullanım ömrü hareketine sahip olarak sınıflandırır.
Bazen %95 veya daha yüksek verimlilik için rulmanları vida eksenin 1 tam dönüş mesafesine biner. Bilyalı somun; bilyalı vida ve somun dişleri arasında dönen çelik bilyaların bir veya daha fazla devirini kullanır. Düz bilyalı vidalar daha yüksek kritik hızlar sunarken haddelenmiş bilyalı vidalar daha düşük maliyetlidir. Bazı modellerde, yeniden tasarlanan devirli bilyalı vida boruları bilyalı somun ucundaki yağ sızdırmazlığı dahil olmak üzere özellikle vidalar için tasarlanmıştır ve gürültüyü 7 dB'e kadar düşürür.
Rulo vidalar
Bu bilyalı vidalardaki en yeni gelişimdir. En yeni rulo vidalar, somunda vidanın etrafında planet dişli görevini gören birden çok bilyalı rulman içerir. Rulo vidalar, %50'yi aşan görev döngüleri ve 1ila 2 G arasındaki ivmesiyle yüksek verimlilik sağlar. Genellikle strok uzunlukları 5 mm ila 2 m arasında değişir. Hızı ise 1,8 m/sn'ye ulaşabilir. Kısacası rulo vidalar bilyalı vidalarla aynı hızda çalışır ancak çok daha yüksek itme gücü kapasitelerine ve güç yoğunluğuna sahiptir.
Rulo vidalar birçok küçük pres tezgahında ve enjeksiyon kalıplama makinelerinde kullanılır. Rulo vida teknolojisinin kötü yönü az bulunabilir olmasıdır. Bunun sebebi bu teknolojinin nispeten yeni olması, az üretici bulunması ve bu nedenle teslim sürelerinin ve fiyatlarının bilyalı vidalara kıyasla oldukça yüksek olmasıdır.
Trapez vidalar
Kurşun vida olarak da bilinen trapez vidalar, dairesel gücü doğrusal güce dönüştürme konusunda en basit ve en düşük maliyetli mekanizmalardandır. Bu vidalar, normal bir somun veya cıvata gibi vida dişlerinin üzerinden kayan plastik ya da bronz katı somunlardır. Ancak bilyalı rulman yatağı içermedikleri için yükü itmek için yalnızca motor enerjisinin %30 ila %50'sini aktarırlar. Geri kalan enerji sürtünme ve üretilen sıcaklık ile kaybolur. Sıcaklık, trapez vidaların görev döngülerini %50'den daha aza sınırlar. Tüm bunlara rağmen trapez vidalar düşük hıza ve %50'nin altında görev döngülerine ihtiyaç duyan ve dikey yük taşıma gibi motor gücü kapalıyken konumunu koruması gereken uygulamalar için kullanışlıdır.
Kayışlı tahrikler
Kayışlı tahrikler dairesel gücü doğrusal harekete çevirmenin bir başka yöntemidir. Bilyalı vidaların sunduğu birçok avantajı kayışlı tahrikler de sağlar. Ancak daha az hareketli parçaya sahiptir ve en az parça aşınması ile daha yüksek hız için kritik hız sınırlamaları yoktur. Bununla birlikte kayışlı tahrik tasarımları daha düşük tekrarlanabilirlik ve doğruluk oranına sahiptir. Aynı zamanda yük ve aktüatör durağanlığının üstesinden gelmek için şanzımanlı motor gerektirir. Kayış kopma mukavemeti sınırlamalarından dolayı itme gücü kapasitesi nispeten düşüktür.
Yine de kayışlı lineer aktüatör genellikle daha az bakım gerektirir. Bazı ürün tasarımları taşıyıcıda gerilim sağlar. Kayışı gererken yükleri kaldırma ihtiyacını giderdiği için diğer tasarımlar aktüatörün boştaki uç parçasının gerilimini sağlar.
İyi düşünülmüş bir karar verme
Tasarımcılar, lineer aktüatör seçerken Hassaslık, Beklenilen Kullanım Süresi, İş/Zaman Oranı ve Özel ihtiyaçlar (PETS) olmak üzere dört temel gereklilik kategorisini göz önünde bulundurabilir. Örneğin bir uygulama için hassaslığın en önemli etken olduğu düşünülüyorsa lineer tahrik veya hassas bilyalı vida bu iş için daha uygun olabilir. Ancak maliyeti yüksek olur. Hassaslığın öncelikli olmadığı durumlarda kayışlı tahrik işi daha ekonomik olarak gerçekleştirebilir.
Uygulama parametrelerinin bir türüne öncelik vermek başka bir alandaki performanstan ödün verilebileceği anlamına gelebilir. Ancak yine de aktüatör ekipmanıyla ilgili son kararı vermeden önce tüm karar alma kategorileri dikkatli bir şekilde değerlendirilmelidir.