Actuators - What is an Actuator?

Wat is een actuator Pneumatische aandrijvingen Hydraulische Actautors Roterende actuatoren Elektrische lineaire actuatoren

Een actuator is een apparaat dat een energiebron vereist, meestal elektrische energie, een externe signaalinvoer in een of andere vorm om de actuator te vertellen wat hij moet doen, en dan wordt het apparaat geactiveerd. De output in de vorm van een beweging, kan zowel roterend als lineair zijn en wordt gebruikt om een ​​gewenst resultaat in een systeem te bereiken.

De term Actuator komt van het acteren van iets, met andere woorden Actueren is iets bedienen. Dus om de uitdrukking van wat hij doet te vereenvoudigen, leest een actuator een signaal en vervolgens activeert hij of hij werkt. Actuatoren maken doorgaans deel uit van een algeheel systeem of machine of apparaat. Het is een onderdeel in die machine dat iets doet door het te laten bewegen.

Om een ​​actuator te laten werken, heeft deze een input van een energiebron nodig, meestal elektrische energie. Het vereist ook een externe signaalinvoer in een of andere vorm om de actuator te vertellen wat hij moet doen, en dan wordt het apparaat geactiveerd. De output is meestal in de vorm van een beweging die zowel roterend als lineair kan zijn en die wordt gebruikt om het gewenste resultaat in een systeem te bereiken.

Geschiedenis van actuatoren

Actuatoren bestaan ​​al meer dan 100 jaar en hun naam komt van wat ze doen, ze bedienen iets. Dat wil zeggen dat ze iets verplaatsen door te openen of te sluiten, te duwen of te trekken, op te tillen of te laten vallen, enz. elektrische lineaire actuator gebruikt om de kofferbak van een auto te openen en te sluiten. Dat zijn veel voorkomende soorten elektromechanische actuatoren die veel worden gebruikt in ons dagelijks leven. Voordat elektriciteit werd gecreëerd, waren ze nog gemaakt, maar zouden ze door mensen worden bestuurd, zoals een grendel op een deur.

Waar worden actuatoren gebruikt?

Er worden meer dan 50 actuatoren gebruikt in een moderne auto, auto's hebben waarschijnlijk de meeste actuatoren die we zouden gebruiken als onderdeel van ons dagelijks leven. Een auto gebruikt ze in de brandstofinjectoren, kleppen voor de brandstoftoevoer en -regeling, verwarmings- en koelsystemen, zelfs de entertainmentsystemen kunnen ze gebruiken om luidsprekers, gps-schermen enzovoort te openen en te sluiten.

Actuators 101 - Wat is een actuator en hoe werkt deze?

Laten we eens kijken naar een typisch voorbeeld van een actuatorsysteem dat in ons dagelijks leven wordt gebruikt. De verwarming in een auto heeft zowel een warme als koude temperatuurinstelling, evenals een ventilator met verschillende krachtniveaus. De temperatuurinstelling wordt feitelijk geregeld via een actuator die regelt hoeveel lucht er over een warmtewisselaar stroomt. Die actuator regelt de positie van de luchtstroom, hoe meer het over de warmtewisselaar stroomt, hoe heter de lucht is, omgekeerd, hoe verder weg het is van de warmtewisselaar, hoe koeler het is.

Is een relais een actuator?

EEN Relais wordt soms ook beschouwd als een vorm van elektrische actuator, dat wil zeggen dat het relais een elektrisch signaal of een of andere verbinding activeert. Hoewel dit klinkt als elektrische componenten zonder bewegende delen, heeft het in feite een bewegend onderdeel. Een relais is een magnetisch geladen spoel die een connector opent en sluit via een elektromagnetisch veld. Dus zoals je kunt zien, is het een vorm van actuator op kleine schaal.

Voor de toepassing van dit artikel zullen we ons meer concentreren op lineaire actuatoren. De term actuatoren is eigenlijk erg breed en kan ook betrekking hebben op roterende actuatoren, solenoïden en andere typen.

Solenoïde actuatoren

Laten we bij de Automotive blijven, laten we een ander veel voorkomend actuatortype uitleggen, en dat is de Solenoid Actuator. Solenoïden werken als een relais, ze nemen elektrische stroom op en creëren een elektromagnetisch veld, het is die magnetische kracht die een staaf in en uit laat bewegen. Hoe hoger het magnetische veld dat aan de solenoïde-actuator wordt geleverd, hoe meer kracht er wordt gecreëerd en omgekeerd. Dit zijn zeer eenvoudige aan / uit-type actuatoren met weinig besturingsopties, behalve om ze in of uit te schakelen. Je hebt bijvoorbeeld geen echte controle over snelheid of kracht, om het nog erger te maken heeft de solenoïde actuator ook een zeer beperkte slag. Het is zeldzaam om een ​​solenoïde-actuator te vinden met een slag van meer dan 2 "(inch).

De centrale vergrendeling op autodeuren zijn de meest gebruikte soorten solenoïde-actuatoren. ze verbinden en ontkoppelen eenvoudig de grendel van de deurkruk. Het bedieningsmechanisme is ook heel eenvoudig voor een solenoïde-actuator en dat is een enkele puls van 12v dc-elektriciteit die naar de solenoïde wordt gestuurd om deze te activeren, en een veer zorgt ervoor dat hij terugkeert.

Hieronder ziet u een typische solenoïde-actuator, zoals deze in de meeste auto's wordt gebruikt. Ze zien er waarschijnlijk onbekend uit, maar dat komt omdat de meeste mensen niet in de deurpanelen van een auto kunnen kijken.

Piëzo-actuatoren

De beweging van deze actuatoren komt van bekrachtiging door spanning en ze hebben zeer hoge spanningen nodig om ze uit te zetten en samen te trekken, meestal meer dan 200V. Het piëzo-materiaal is een soort keramiek, het is erg bros en heeft vele lagen met metalen platen tussen elke laag, zodat elke piëzo-stapel wordt geactiveerd.

Er zijn grote hoeveelheden spanning nodig voor een zeer kleine lengteverandering, typisch zal een piëzo slechts ongeveer 1% van zijn grootte uitzetten, maar hun kracht is erg hoog, dit betekent dat je de uitzetting van de piëzo-stapels kunt versterken om bewegingsbeweging te krijgen en afwegingskracht voor een beroerte. De versterking kan mechanisch worden gedaan, bijna als een hefboomidee, maar ze worden meestal gebruikt in toepassingen waar u een zeer hoge precisie en controle nodig heeft. Ze worden meestal gebruikt als brandstofinjectoren voor auto's waarbij de piëzo-actuator het brandstofvolume dat de cilinder binnenkomt regelt en het regelniveau tot op micronniveau moet zijn.

Pneumatische aandrijvingen

Dit soort actuatoren gebruiken gas of lucht onder druk in een cilinder gemaakt door een hogedrukpomp om een ​​zuiger te bewegen om een ​​lineaire beweging te creëren. Net als hydraulische actuatoren bestaat het ontwerp van pneumatische lineaire actuatoren al heel lang. Een luchtcompressor wordt gebruikt om de lucht of het inert gas in een tank onder druk te zetten, en die lucht onder hoge druk wordt gebruikt om de zuiger van de actuatoren in en uit te laten glijden. Zodra de zuiger in de actuator het einde van de reis heeft bereikt, wordt een klepschakelaar bewogen om de klep te openen naar het andere uiteinde van de actuator waar opnieuw hogedruklucht de zuiger in de andere richting duwt in de actuator.

Voordelen van het gebruik van pneumatiek zijn:

1. Hoge snelheid is mogelijk en wordt geregeld door het drukventiel en de volumetrische capaciteit van het systeem
2. Er kan een redelijk hoge kracht worden bereikt
3. Er wordt weinig geluid geproduceerd, behalve wanneer de pomp de hogedruktank moet bijvullen
4. Zeer lange slagen zijn mogelijk
5. Extreem hoge cyclusbetrouwbaarheid en duurzaamheid.
6. De actuatoren kunnen eigenlijk heel klein en compact van formaat zijn, omdat ze vrij eenvoudig van constructie zijn.

Nadelen van pneumatische aandrijvingen:

1. Extra apparatuur is vereist, zoals een tank en hogedrukpomp
2. Het hele systeem mag niet lekken, het systeem faalt
3. Lucht is een samendrukbaar gas en als zodanig betekent het dat als een pneumatische actuator een hoge kracht beweegt, er altijd een vertraging is omdat het gas van nature eerst wordt gecomprimeerd voordat het de zuiger in de actuator beweegt. Dit betekent dat er een vertraging in het systeem zal zijn. Hydraulische actuatoren lossen dit probleem op
4. Zeer lage positionele controle is haalbaar. Bekijk de onderstaande video waarin we Lego gebruiken om het gebrek aan controle te demonstreren in vergelijking met een mechanische actuator, en een DTI (Dial Test Indicator) gebruiken om het verschil te laten zien

Waar worden pneumatische actuatoren gebruikt?

Ze worden gebruikt waar beweging met hoge snelheid vereist is of wanneer een grote hoeveelheid lineaire afstand snel moet worden afgelegd, zoals inches per seconde of 30 inches per seconde. Eenmaal geïnstalleerd zijn ze moeilijk van de ene plaats naar de andere te verplaatsen, aangezien ze veel installatietijd vergen. Deze actuatoren zijn te vinden op de assemblagelijnen van productiefabrieken, omdat ze ideaal zijn voor het uitvoeren van miljoenen cycli zonder onderhoud en ze kunnen zeer snel bewegen.

Hydraulische actuatoren

Hydraulische actuators werken op precies dezelfde manier als pneumatische actuators, behalve dat ze in plaats van hogedruklucht of gas een niet-samendrukbare vloeistof gebruiken die hydraulische vloeistof wordt genoemd. Omdat de vloeistof niet samendrukbaar is, heeft het een enorm groot voordeel, deze systemen zijn in staat tot enorme krachten en daarom zie je ze uitsluitend gebruikt op zware bouwmachines, graafmachines, kiepwagens, vorkheftrucks, tractoren enz.

Hoe werkt hydraulische actuator?

Hydraulische actuator gebruikt hogedrukvloeistof om een ​​zuiger heen en weer te duwen, waarbij het schakelen gebeurt via klepschakelaars. TDeze systemen vereisen hogedrukpompen, hogedrukkleppen en leidingen, en een tank om al die hydraulische vloeistof in te houden. Dus als u veel ruimte en geld heeft en een zeer hoge hoeveelheid kracht nodig heeft, kan hydraulica de goed gedaan.

Voordelen van het gebruik van hydraulische actuatoren zijn:

1. Een gematigd toerental is mogelijk en wordt geregeld door het pomptoerental.
2. Er kan een extreem hoge kracht worden bereikt
3. Zeer lange slagen zijn mogelijk
4. Extreem hoge cyclusbetrouwbaarheid en duurzaamheid.
5. De actuatoren kunnen eigenlijk heel klein en compact van formaat zijn, omdat ze vrij eenvoudig van constructie zijn.

Nadelen van hydraulische actuatoren:

1. Er zijn nadelen aan het gebruik van hydraulica vanuit een bedieningsstandpunt. De belangrijkste is controle. Je hebt heel weinig controle over deze systemen.
2. Hydraulische vloeistof is nodig om het systeem te laten werken en als dit lekt, kan de vloeistof zeer giftig zijn
3. Wanneer de hydraulische pomp in werking is, kan deze luidruchtig zijn, en hoe hoger de vereiste kracht, hoe hoger het geluid
4. Hydraulische vloeistof heeft een zeer lage viscositeit, dus het stroomt niet soepel door leidingen en kleppen enz. Dit alles vereist energie om al die vloeistof onder hoge druk door al deze leidingen en fittingen enz. Te duwen. Dientengevolge zijn hydraulische systemen erg inefficiënt om te bedienen en gebruiken.
5. Deze systemen zijn duur in aanschaf en installatie.

Roterende actuatoren

Een roterende actuator is een actuator die een roterende beweging produceert, waardoor ze bij uitstek geschikt zijn voor het openen en sluiten van kleppen. Er zijn veel verschillende manieren om een ​​roterende beweging en dus een roterende actuator te creëren. De verschillen zitten in de vorm van de aanvraag. In de afbeelding hierboven kun je bijvoorbeeld zien dat een roterende beweging wordt gecreëerd via een beweging in de stijl van een tandheugel en rondsel, waarbij de "tandheugel" wordt bestuurd als een zuiger. De zuiger kan hydraulisch worden bestuurd of pneumatisch worden bediend met lucht en gas onder hoge druk. Dus wat zou het verschil zijn ?. Als de bovenstaande roterende actuator hydraulisch wordt bestuurd, kunnen de uitgeoefende krachten enorm zijn en dit zou dus geschikt zijn voor industriële toepassingen wanneer grote krachten nodig zijn om een ​​klep te openen en te sluiten. Als deze roterende actuator pneumatisch wordt bestuurd, kan het zijn dat de actuator minder kracht nodig heeft om de hoofdas te roteren, wat zal worden gebruikt om de vereiste taken uit te voeren.

Roterende actuatorprincipe

De beweging geproduceerd door een roterende actuator kan ofwel een continue rotatie zijn, zoals gezien in een elektrische motor, of beweging kan een vaste hoekrotatie zijn. Met een roterende actuator die pneumatisch of hydraulisch wordt bestuurd, is de kans groter dat ze een vast hoekrotatie-type zijn, dit komt doordat de tandheugel of zuiger die de hoofdas roteert slechts zo ver kan bewegen en dus wordt de rotatiebeweging beperkt door de beschikbare lineaire slag . Als er meer rotatie nodig is, moet de zuiger verder schuiven, als alternatief en wordt een andere overbrengingsverhouding gebruikt om de beweging te creëren.

Servo roterende actuator

Een ander type roterende actuator is een servomotor en stappenmotor. Dit zijn elektrisch gestuurde actuatoren die een constante rotatiebeweging hebben, maar ook een zeer nauwkeurige rotatiecontrole bieden.

Dit type actuator wordt vaak gebruikt in robotica en consumentenelektronica waar rotatiebeweging en koppel worden geproduceerd door een roterende motor die via sommige tandwielen de snelheid wordt verminderd en het koppel wordt verhoogd om de roterende beweging te creëren. Om nauwkeurige controle te krijgen, heeft de actuator een sensor die de positie meet. Dit is meestal in de vorm van een Hall-sensor of encoder die een signaal terugstuurt naar het besturingssysteem dat zich vertaalt in positie. Een geweldige eigenschap van servomotoren is dat ze heel klein kunnen worden gemaakt en op zeer krappe plaatsen kunnen worden gebruikt.

Draaibeweging omzetten van een servo-actuatormotor naar lineaire beweging

 

Omdat roterende servo-actuatoren zo vaak worden gebruikt en relatief goedkoop in aanschaf zijn, is het voor mensen een populaire manier geworden om lineaire beweging te creëren. Door eenvoudige koppelingen en een vorm van lineair geleidingssysteem is het mogelijk om lineaire beweging te creëren. De slag die het resultaat is, is recht evenredig met de lengte van de hefboomarm, zoals je kunt zien in de bovenstaande afbeelding. Hoe langer de arm van de servo-actuator, hoe langer de slag zal zijn, maar het nadeel is dat de kracht zal worden verminderd omdat het koppel evenredig is met de armlengte.

Onderstaande koppelvergelijking voor roterende aandrijvingen

Elektromechanische lineaire actuatoren.

Met elektrische lineaire actuatoren wordt roterende beweging van een AC- of DC-motor omgezet in lineaire beweging via een leadscrew. Een leadscrew is in feite een spiraalvormig tandwiel dat op een staaf is bewerkt. Aangezien de leadscrew roteert doordat de motor de leadscrew direct of via een aantal tandwielen draait, schuift de moer (zoals hieronder in geel weergegeven) op en neer over de leadscrew in een lineaire beweging en creëert die lineaire beweging - vandaar de naam "Linear Actuator". Dit is heel anders dan een solenoïde-actuator die nog steeds een vorm van lineaire actuator is, maar in de technische industrie onderscheiden ingenieurs de twee meestal door ze "solenoïde-actuatoren" en "lineaire actuatoren" te noemen, hoewel beide een lineaire beweging uitvoeren.

Met Electric Linear Actuators, met verschillende lengte Leadscrews geeft u verschillende slag lengtes. Het draaien van de leadscrew sneller of langzamer van de motor geeft verschillende snelheid lineaire slagen. En daarom wordt de meer kracht van de motor op de leadscrew toegepast, hoe meer kracht wordt gegeven aan de Moer die op en neer glijdt op de Leadscrew. De moer is gehecht aan wat we noemen de Staaf, en zijn deze Staaf dat is wat je dingen hechten aan om die lineaire beweging te creëren.  Hoe meer koppel op de leadscrew kan worden toegepast, hoe meer lineaire kracht beschikbaar zal zijn om door de schuifstang te worden gebruikt.

Er zijn verschillende manieren om het koppel van een actuator te creëren. Het toevoegen van versnelling tussen de motor en de leadscrew is de meest voorkomende methode, hoe hoger de overbrengingsverhouding hoe meer kracht wordt gecreëerd, maar er is een trade-off, hoe hoger de kracht, hoe lager de snelheid, omgekeerd, hoe hoger de snelheid hoe lager de kracht. Om extra snelheid te krijgen voor een bepaalde kracht betekent het hebben van een grotere input motor te gebruiken, en dat vereist meer stroom en een grotere motor en dus meer geld.

Elektrische lineaire actuatoren

Een elektrische Bedieningssleutel is een apparaat dat de rotatiebeweging van een motor omzet in lineaire beweging, of elektrische stroom neemt om een elektromagnetische veld te creëren en magnetisme gebruikt om een metalen object te dwingen om weg te gaan van zijn magnetisch veld. Hoewel beide zeer verschillend zijn, ze delen dezelfde naam en ze beide resulteren in wat hun naam suggereert ... ze actuate.  Dit betekent dat ze allemaal zowel duw- als trekbewegingen bieden in een lineaire of rotatiebeweging.

Voor een meer gedetailleerd overzicht over hoe een Electric Linear Actuator werkt, hebben we dit artikel gemaakt "Inside a Linear Actuator - How an Actuator works Inside a Linear Actuator - How an Actuator works Inside a Linear Actuator - How an Actuator works Inside a"

Als u op zoek bent naar een elektrische lineaire actuator te kopen hebben we een artikel genaamd "Niet door een lineaire actuator totdat u deze 5-stappen leest" Dit kan u helpen voorkomen dat een aantal gemeenschappelijke probleem voor de uitgaven geen geld.

Micro lineaire actuatoren

 Micro Actuatorenof Mini Lineaire Actuatoren worden gebruikt in toepassingen waar de ruimte beperkt is of de vereiste slag van de actuator klein is. Misschien moet je iets kleins of niet erg ver te verplaatsen dan een Micro Linear Actuator zou ideaal zijn voor een dergelijke toepassing.  Typisch Micro Actuators slagen zijn 10mm tot 100mm en zijn zeer compact in omvang.  Een van de nadelen van een Micro Actuator is dat krachten de neiging hebben om een stuk minder te wijten aan de kleinere motoren ingebouwd in hen.

Laten we samenvatten wat is een Actuator?

Actuatoren komt in veel verschillende vormen, van roterend tot lineair, het vereiste type is afhankelijk van de toepassing waarvoor ze moeten worden gebruikt. Grote industriële roterende actuatoren die hydraulisch worden aangedreven zijn zeer geschikt voor het openen van enorme oliepijpkleppen en micro actuatoren kan worden aangedreven door kleine 12v krachtbronnen met grote nauwkeurigheid en precisie voor robotica en kleine toepassingen.