Aktuátorok
Az ábrán a mechatronikát alkotó tudományos területek egymás közötti viszonya látható. A szenzorok és aktuátorok a mechanika és elektrotechnika szoros kapcsolatára utalnak.
mért nagyság A fizikai nagyság elektromos jellé alakitása SZENZOR KÖRNYEZET AKTUÁTOR A jel átalakitása hövé, elmozdulássá pozicióvá stb. Mért magyság [V], [A], [H], [F], stb. A/D A jel szimbólummá alakitása Vezérlö algoritmus D/A A szimbólum jellé alakitása.
Tartalom 1. Bevezetés 2. Mechanikai aktuátorok 3. Fluidmechanikaiaktuátorok 4. Villamos aktuátorok
Az aktuátorok feladata Az aktuátorok a vezérlőrendszerek végrehajtó szervei. Feladatuk, hogy a vezérlő algoritmus kimenő jeleit konkrét akcióvá alakítsák át. Mechanikai elmozdulás, valamely elem bekapcsolása vagy kikapcsolása, pozicionálás, tartása stb... Mozgásinformáció leképzés Az információt, illetve a vezérlőrendszer döntését az aktuátor egy digitális kód alakjában kapja, amit jellé kell átalakítani. A közölt információk alapján kinematikai láncokon keresztül valósul meg két fizikai test (mennyiség) között szükséges relativ mozgás.
Kinematikának hívjuk a mechanika azt a részét, amely a testek mozgásának geometriai tulajdonságait tanulmányozza figyelmen kívül hagyva a testek tömegét, (tehetetlenségét) és a testre ható erőket. A végrehajtó szerv, és az objektum melyen az operációt végezzük, helyzetétől függően lineáris vagy/és rotációs elmozdulások kombinációjával éri el a kívánt egymáshoz viszonyított helyzetet, vagy hajtja végra a kívánt akciót. A kinematikus láncok számát, egymással való kapcsolatát (technológiai, kinematikai), a mozgások összekapcsolásának módját (soros, párhuzamos) a feladat határozza meg.
A kinematikai láncok lehetnek tisztán: -mechanikus, elektronikus, hidraulikus, pneumatikus, termikus,... vagy vegyesek, mint: elektromechanikus, elektrohidraulikus, elektropneumatikus, hidropneumatikus, stb.
Relatív és elemi mozgások A mechatronikai rendszerekben valamely elempár között szükséges relativ mozgásokat célszerűen elemi mozgásokból hozzuk létre. Az elemi mozgások, illetve azt megvalósító szánok a Descartesi derékszögű koordinátarendszer tengelyeinek megfelelően, legtöbbször merőlegesen épülnek egymásra. Elemi mozgások, szánok A térnek 6 (3 egyenesvonalú haladó, 3 forgó) szabadságfoka van. Az elemi mozgásokat szánok valósítják meg: egyenesvonalú haladó mozgást lineáris szánok, forgómozgást forgó szánok, orsók, tengelyek, körasztalok, transzlációs körmozgású szánok, stb.
Megjegyzés: Ha lehet mindig forgómozgású szerkezetet építsünk és csak a kinematikai lánc legvégén alakítsuk át a forgó mozgást egyenesvonalú haladó vagy más mozgássá. Ennek előnyei: dinamikailag kedvezőbb szerkezet, forgó mozgásnál magas mozgásparaméterek biztosíthatók, a forgásszimmetrikus alkatrészek előállítása olcsóbb.
Az aktuátor fogalma Az "aktuátor" szó magyarázatát a latin aktor = cselekvőt is jelentő szóból inditjuk. Az energia bevezetésétől az energia felhasználásáig terjedő kinematikai láncban elhelyezkedő, mozgást (vagy állapotváltozást) létrehozó és átalakító rendszerek, egységek, elemek összessége. A kimeneten végrehajtó szerv helyezkedik el, amely meghatározott kinematikai elmozdulást, sebességet, gyorsulást, erőt vagy nyomatékot hoz létre
Az aktuátor szerkezete
Energiaátalakítók, energiafajták Működtető energiaként a továbbiakban olyan energiákat tekintünk, amelyek hállózatról levehetők, a berendezések elhelyezését nem befolyásolják, vagy a berendezés mellé telepíthető az energiaforrás. A legkészefevőbb és legrugalmasabb energiaforrás a villamos energia. A villamos energiát átalakítók teszik alkalmassá másfajta energia kifejtésére
Villamos-mechanikai energiaátalakítók. A villamos forgómotor kapcsain keresztül betáplált villamos teljesítmény a motor tengelyén mechanikai teljesítményként jelenik meg, amely legtöbbször további mechanikus aktuátorok kiinduló láncszeme. Villamos motorok típusai: egyenáramú, szinkron, aszinkron, léptető motor stb.
villamos-mechanikai-fluidmechanikaimechanikai energiaát-alakítók. A motorhoz kapcsolt szivattyú a mechanikai teljesítményt (P m ) fluidmechanikai teljesítménnyé (P fl ) alakítja át, amelyet azután mechanikai munka végzésére használunk fel.
Energiaátalakításkor a hasznos levehető teljesítmény csökken az átalakító egység hatásfokától függően: P izl ul gub 1 P ul P P ul P P P gub ul Léteznek olyan átalakítók melyeknek a bemenetükön és a kimenetükön ugyanolyan fajta energia jelenik meg: villamos-villamos mechanikai-mechanikai fluid-fluid
Teljesítményösszefüggések (potenciál)x(áramlásérték) Mechanikai teljesítmény haladó mozgásnál ahol: v F forgó mozgásnál ahol: M P m = v F Nm/s -sebesség m/s -erő N P m = M Nm/s -szögsebesség 1/s -nyomaték Nm
Villamos teljesítmény P el = UI VA ahol: U -feszültség V I -áramerősség A
Fluidmechanikai teljesítmény P fl = p Q Nm/s ahol: p Q -nyomás N/m 2 = Pa -térfogatáram m 3 /s
Termikus teljesítmény P term = ThA Nm/s=W ahol: T h A -hőmérsékletkülönbség C -hőátadási tényező W/m 2 C -hőátadási felület m 2
Kémiai teljesítmény P m =H a B = M J/s=W ahol: H a -a tüzelőanyag fűtőértéke J/kg B -az időegység alatti üzemanyag fogyasztás kg/s -a rendszer összhatásfoka (37-44%)
Mechanikus aktuátorok A mechanikus aktuátorok típusai A mechanikai aktuátorok a kinematikai és erő viszonyok (nyomatékviszonyok) megváltoztatására szolgálnak. Tipusaik: Forgó-forgó Forgó-haladó Haladó-forgó Haladó-haladó.
Forgó-forgó mozgásátalakítók Fogaskerékhajtások, a hengeres fogaskerekes, kúpfogaskerekes és csigahajtások.
Szíjhajtások laposszíj, ékszíj, fogazott szíjhajtás, stb.
Fordulatszám változtatás: 1. Fokozat nélkül állítható fordulatszámú motor 2. Fokozatos hajtómű, vagy állandó áttétel 3. Hajtott tengely (főorsó) végrehajtó szerv. 4. Tengelykapcsoló
Fogaskerékhajtások hézagtalanítása
Forgó-haladó mozgásátalakítók
A hézagtalan és előfeszített un. golyósorsó-anya párt széles körben alkalmazzák precíziós hajtásokban, hosszabb löketeknél utazó hajtásként
Haladó-forgó mozgásátalakítók
Haladó-haladó mozgásátalakítók