Линейный привод своими руками

Самодельный электрический актуатор. Как сделать линейный актуатор (линейный привод) самому. | ДелайСам.Ру

Иногда в хозяйстве требуется сделать линейный привод. Т.е. что то не вращать и поворачивать, а перемещать линейно, причем порой на значительные расстояния. Обычно это делается при помощи линейного актуатора. Актуатор преобразует вращательное движение двигателя в линейное перемещение. Потребовалось подобное устройство и мне и я решил его сделать самостоятельно.

Обычно линейное перемещение осуществляют при помощи зубчатой рейки (это что то вроде шестерни, только развернутой в прямую линию). Иногда — при помощи т.н. ходового винта (его можно видеть в винтовых домкратах). Во втором случае наблюдается эффект большой редукции, поскольку на один оборот двигателя приходится всего один оборот винта, а перемещение равно шагу резьбы. Актуаторы с зубчатой рейкой быстрые, но не точные и слабые (усилие перемещения там равно усилию на ведущей шестерне двигателя). А актуаторы с ходовым винтом – это по сути домкраты с электроприводом. Точность их перемещения очень высокая (доли мм), усилие большое, а двигатель для привода требуется маломощный. Единственный их недостаток — они медленные (по сравнению с реечными). Зато их можно очень легко сделать самому в домашних условиях без какого либо особенного инструмента. Еще один их большой плюс — у них явно выраженный эффект самоторможения. Т.е. заставить актуатор перемещаться каким либо способом помимо вращения ходового винта невозможно. Это позволяет использовать винтовые актуаторы в электрических замках и запорах. Их невозможно открыть внешним воздействием (кроме разрушающего).

В продаже имеются резьбовые шпильки различного диаметра. Их и будем использовать в качестве ходового винта. Если требуется значительные усилия (например вы делаете актуатор для автоматического открывания ворот), то лучше взять шпильку с резьбой М16-М20. Она выдержит усилие в сотни килограмм. Для меньших нагрузок можно взять шпильки потоньше.

Разумеется потребуется и ответная часть для ходового винта – гайка. Лучше их взять несколько, что бы усилие передавалось на большую поверхность. Дело в том, что настоящие ходовые винты имеют трапециевидную и глубокую резьбу, закаленную поверхность. Резьбовая же шпилька сделана из мягкого металла, резьба у нее неглубокая и треугольной формы. Это же вызывает повышенное трение при вращении, поэтому ходовой винт из обычной резьбовой шпильки требует обильной и тщательной смазки и защиты от грязи.

Итак, приступаем к сборке линейного электрического актуатора. Необходимой деталью актуатора является и толкатель. Т.е. то, что собственно будет перемещаться. Лучше всего для этой роли подходит трубка, квадратная в сечении. Необходимо подобрать трубку такого размера, что бы гайки могли в нее войти. Например, для гаек резьбы М10 подойдет трубка 20 х 20 мм. У гаек необходимо сточить пару ребер, что они входили в трубку (на фото то, что надо сточить обозначено красным цветом). Делается это так. На шпильку накручиваем несколько гаек вплотную друг к другу, но без затягивания. Все гайки зажимаем в тисках и стачиваем ребра всех гаек. Затем перевернув все на 180 градусов, стачиваем противоположные ребра. В итоге, все гайки должны входить в трубку, но не должны в ней прокручиваться.

Теперь надо зафиксировать гайки внутри трубы, у самого ее конца. Проще всего это сделать с помощью эпоксидной смолы, она прекрасно склеивает металлы. Тщательно обезжириваем внутреннюю поверхность трубы и гайки. На шпильку наносим тонкий слой густой смазки (литол, солидол). Опять собираем гайки в «блок» на шпильке. Смазка должна заполнить зазоры между гайками, что бы туда не протекла эпоксидная смола. Смазкой надо замазать и торцы блока гаек. Вобщем надо максимально защитить резьбу от попадания на нее смолы. (Если вы знакомы со слесарным делом, возможно вам будет проще взять квадратный пруток, отрезать от него несколько сантиметров, просверлить вдоль и нарезать в нем резьбу под шпильку. Но я описываю процесс изготовления «из того что есть»).

Приготовив эпоксидную смолу, аккуратно вклеиваем гайки внутрь квадратной трубы и даем смоле застыть. А пока займемся муфтой сцепления. Ведь шпильку должен вращать электродвигатель. Поскольку и шпилька и вал двигателя обычно круглые, проще всего сделать муфту из отрезков двух трубок, смежных по диаметру. Если диаметры сильно рознятся, можно использовать несколько трубок, набирая нужный диаметр.

Соединив муфту просверливаем сквозное отверстие под контровочный винт. Фиксируем одну часть сцепления на валу двигателя, вторую – ни конце резьбовой шпильки.

В качестве привода актуатора следует выбрать электродвигатель с редуктором, червячным или планетарным. Таких двигателей имеется огромное количество. Это моторчики привода стеклоочистителей автомобилей, электрических стеклоподъемников, всевозможные электрические отвертки (включая самые дешевые), шуруповерты и т.д. и т.д. Не считая специальных моторов-редукторов.

Вобщем привод — совершенно не дефицит. Главное, что бы на валу были не слишком высокие обороты (50-200 в минуту) и достаточное усилие для проворачивания резьбовой шпильки. В крайнем случае купите самую дешевую электрическую отвертку за 300-400 руб, она прекрасно будет работать. Разумеется, мощность двигателя должна соответствовать и задачам, возложенным на актуатор. Ворота отверткой трудно открывать… Я в данном примере использовал какой то моторчик неизвестного назначения. Но у него был червячный редуктор и полностью отсутствовал вал. Пришлось в отверстие шестерни вкрутить отрезок резьбовой шпильки и зафиксировать его самоконтрящимися гайками.

Нам осталось изготовить для актуатора суппорт. Его размер определяется и назначением актуатора и размерами. В простейшем случае это может быть просто отрезок доски. Ее длина должна быть равной длине шпильки плюс место для двигателя.

Двигатель я закрепил с помощью монтажного уголка, саморезами. На противоположном конце суппорта установил направляющую муфту. Тоже из квадратной трубы, только смежного размера. Она же не дает подвижной трубе — толкателю проворачиваться вместе с вращающейся шпилькой. Эту муфту надо установить так, что бы труба – толкатель была параллельно плоскости суппорта. Хотя это не обязательно.

Вот практически и готов актуатор. Надо только соединить муфту сцепления. Если включить двигатель, то его вал начнет вращаться, и резьбовая шпилька тоже. Она будет или ввинчиваться или вывинчиваться из гаек, расположенных в трубе толкателе. Труба у нас не проворачивается из-за направляющей муфты. Поэтому труба толкатель или выдвигается за пределы суппорта, или втягивается назад, приближаясь к двигателю. Шпилька при этом уходит внутрь трубы – толкателя.

В моем случае я использовал метровые шпильку и трубу-толкатель. Из-за необходимости иметь запас по краям рабочего хода в несколько сантиметров, толкатель перемещается примерно на 850 миллиметров. Что меня более чем устроило (актуатор планировался для открывания фрамуги в теплице для ее проветривания). Тяговое усилие составило около 40 кг (больше просто нечем было мерить). Число оборотов двигателя было около 50/мин. Шаг резьбы 1,5 мм. Т.е. за минуту актуатор перемещался всего на 75 мм. Но проветривание теплицы — процесс не спешный.

Актуатор изначально не имеет «тормозов». Т.е. если не выключать двигатель вовремя, то труба – толкатель или «свинтится» со шпильки совсем (и актуатор саморазберется). Или наоборот, упрется в сцепление, заклинит и тогда может сгореть двигатель. Поэтому если планируется работа актуатора от одного края до другого, для предотвращения подобных ситуаций надо сделать концевые выключатели.

В общем случае это могут быть механические выключатели. Для этого к трубе-толкатели крепят прочный «язычок», выступающий вбок. А на суппорте устанавливают пару концевых выключателей, которые разрывают электрическую цепь питания моторчика. Когда язычок нажмет на кнопку концевого выключателя в каком либо крайнем положении, мотор выключится.

Если планируется управление актуатором в автоматическом режиме, под управлением какого то контроллера, то логичнее его будет оснастить герконами, а на самом толкателе закрепить небольшой магнит. На фото – я использовал параллельно включенные несколько герконов (для надежности). Герконы позволят надежно сработать «тормозам» и не боятся ни влаги ни грязи. Герконы подают сигнал в контроллер о том, что актуатор в крайнем положении и надо выключить двигатель. Использование герконов хорошо еще в том плане, что с их помощью (если потребуется) можно знать и о промежуточных положениях актуатора, что он прошел (или проходит) какую то точку.

Непрерывная и очень напряженная эксплуатация данного актуатора в теплице (высокая влажность и большие колебания температуры) показали абсолютную надежность конструкции. Никаких сбоев и замечаний выявлено не было. За лето пару раз наносил на шпильку по «чайной ложке» литола. Вот и все обслуживание. Управлялся как в ручном, так и в автоматическом режиме от температурного контроллера и просто от таймера. «Неспешность» и абсолютная прогнозируемость поведения актуатора позволяет точно рассчитывать время, в каком положении он окажется через некоторое время работы.

Себестоимость такого актуатора составила около 600 руб ($20) , включая покупку электромотора. Простота конструкции позволяет использовать ее как прототип для изготовления актуаторов всевозможного назначения и размеров.

Константин Тимошенко © 01.12.2011 г.

Электрический линейный привод: как сделать актуатор своими руками

Линейные приводы используются во всех современных крутых девайсах: 3Д-принтеры, лазерные резчики, ЧПУ. Одним из основных факторов, влияющих на стоимость линейных актуаторов, является линейная направляющая, которая состоит из компонентов, которые поддерживают прямой ход управляемой части устройства (например, набор точных стержней и линейных подшипников).

Цены на компоненты направляющих могут варьироваться от десятков до тысяч долларов в зависимости от их размера и точности. Один из способов обойти высокую стоимость этих компонентов — заменить их механизмом, который преобразует вращательное движение в прямолинейное. Механизм Саррюса, изобретенный в 1853 году Пьером Фредериком Саррюсом, как раз является одним из таких механизмов, которые могут обеспечить идеально ровное линейное движение, и для которых не нужны какие-либо справочные руководства.

В этом проекте для создания недорогого механизма Саррюса используются простые пластины, напечатанные на 3Д принтере или вырезанные лазером, а также пластиковые «живые» петли. Затем, чтобы заставить их двигаться, к ним добавляется шаговый двигатель NEMA 17 и резьбовой стержень. Длина хода привода в этом проекте составляет приблизительно 254 мм, но бОльшая или меньшая версия может быть выполнена путем простого изменения длины соединительных пластин.

Шаг 1: Материалы и приспособления

Материалы:

Связующая пластина (4 штуки, напечатанные на 3Д-принтере или вырезанные лазером в Шаге 2)
Пластина двигателя (1 штука, напечатанная на 3Д-принтере или вырезанная лазером в Шаге 2)
Пластина привода (1 штука, напечатанная на 3Д-принтере или вырезанная лазером в Шаге 2)
Пластиковые петли (6 штук, куплены мной в McMaster-Carr, парт-номер 1637A713)
Винты с плоской головкой, резьба 6-32 x 9,5 мм длиной (24 штуки)
Пресс-гайка, резьба 6-32 (1 упаковка из 25 штук, куплены мной в McMaster-Carr, парт-номер 94674A515)
Винты с выемкой под шестигранник в головке, M3x0.5 x 12 мм длиной (2 штуки)
Шестигранные гайки, M3x0.5 (2 штуки)
Винты с выемкой под шестигранник в головке, M3x0.5 x 10 мм длиной (4 штуки)
Муфта вала, 5 х 8 мм (1 штука)
Шаговый мотор NEMA 17 с монтажными отверстиями с резьбой M3x0.5 (1 штука)
Гайка Акме M8 (1 штука)
Стержень с резьбой Акме M8, 300 мм длиной (1 штука)

Инструмент:

Набор шестигранных ключей
Отвертка
Плоскогубцы

Используя прикреплённые файлы, напечатайте на 3Д-принтере, либо вырежьте на лазерном резчике следующие части:

Связующая пластина (4 штуки)
Пластина двигателя (1 штука)
Пластина привода (1 штука)

Свои части я напечатал серым пластиком ABS. Если вы вырежете части лазером, то толщина их должна составить около 6.35 мм. В качестве материала подойдёт дерево, акрил, МДФ или любой другой схожий материал.

Я прикрепляю файлы формата STEP для тех из вас, кто хочет внести в проект свои изменения. Если вы планируете использовать этот электрический привод в реальной машине, вам, вероятно, потребуется добавить свои монтажные отверстия и/или увеличить/уменьшить длину соединительных пластин в соответствии с вашими нуждами.

Файлы

Шаг 3: Вставляем пресс-шайбы

Вставьте шайбы в связующие, пластину двигателя и привода. Обратите внимание на ориентацию пластин двигателя и привода.

Шаг 4: Установите на связующие пластины петли

Установите петли согласно фотографиям и прочно закрепите их четырьмя винтами с плоской головкой. Не сорвите резьбу слишком большим давлением.

Повторите процедуру и соедините петлёй две оставшиеся связующие пластины. У вас должно получиться два набора соединённых пластин.

Шаг 5: Установите петли на двигатель

Расположите пластину двигателя и два набора связующих как показано на фото. Установите две петли при помощи восьми винтов с плоской головкой.

Шаг 6: Установите петли привода

Расположите пластину привода и связующие пластины как показано на фото. Установите две пластиковые петли при помощи восьми винтов с плоской головкой.

Шаг 7: Устанавливаем гайку Акме

Вставьте два винта с выемкой под шестигранник M3 x 12 мм сквозь связующее привода, как показано на картинке. Опустите на них гайку Акме. Закрутите две шестигранных гайки M3 поверх винтов. Переверните пластину привода. Затяните винты, удерживая гайки плоскогубцами и поворачивая винты подходящим шестигранным ключом.

Шаг 8: Прикрепите шаговый двигатель

На связующее двигателя при помощи четырёх винтов с выемкой под шестигранник M3 x 10 прикрепите шаговый двигатель.

Шаг 9: Прикрепляем муфту вала

Оденьте на вал двигателя 5-миллиметровую муфту вала, затяните винты шестигранным ключом.

Шаг 10: Установите стержень с резьбой Акме

Вкрутите стержень в гайку Акме примерно наполовину. Согните механизм Саррюса таким образом, чтобы вы смогли продеть стержень с резьбой в муфту вала. Затяните винты на муфте вала подходящим шестигранным ключом.

Шаг 11: Запустите механизм

Сборка линейного электропривода своими руками подошла к концу! Теперь осталось лишь подключить шаговый двигатель к контроллеру, и механизм придёт в движение.

Актуатор. Как сделать простой самодельный линейный актуатор. Двигатель для линейного перемещения. | ДелайСам.Ру

При изготовлении различных устройств для дома или дачи, иногда возникает проблема в автоматическом линейном перемещении какого либо предмета или детали. Например — автоматическое открывание дверей или ворот, Автоматическое запирание — отпирание дверей, изменение положения зеркала концентрирующего солнечного коллектора. Или изменение положения антенны спутникового телевидения. (В этом случае не придется ставить несколько антенн на каждый спутник, а просто поворачивать одну антенну на выбранный спутник). Вобщем, стоит задача получить линейное перемещение деталей.

Эту задачу решают с помощью актуаторов. Что такое – Актуатор? Да вобщем то устройство предназначенное для реализации линейного перемещения, обычно путем преобразования вращательного движения в поступательное. Электродвигатели — чрезвычайно дешевы и распространены. Но они могут только вращать свой вал. Реверсивные — в обе стороны в зависимости от подключения. Им легко управлять. А актуаторы — способны преобразовать вращательное движение вала электродвигателя в возвратно поступательное. Кроме этого, актуаторы, как правило значительно увеличивают силу тяги, поскольку являются своего рода понижающими редукторами.

Простейший актуатор — это автомобильный винтовой домкрат. Вращая его винт, мы вызываем линейное перемещение опорной площадки домкрата. По такому принципу делается подавляющее большинство линейных актуаторов. В этой статье рассматриваются несколько конструкций самодельных актуаторов.

Актуатор 1:

Конструкция актуатора понятна из эскиза. На вал реверсивного электродвигателя (через переходник) крепится резьбовая шпилька. Длина этой шпильки будет определять и рабочий ход актуатора. Если шпилька длинная, то противоположные ее конец закрепляется в опорной муфте, желательно с подшипником.

На резьбовую шпильку, которая служит продолжением вала электродвигателя, навинчена гайка. К гайке приварен (приклеен, припаян) держатель толкателя, который в свою очередь так же пропущен через опорные муфты. Этот же толкатель не дает гайке проворачиваться при вращении вала – шпильки. Соответственно, если двигатель будет работать, то гайка будет перемещаться по резьбе вдоль всего вала – шпильки. Направление перемещения задается направлением вращения вала. Одновременно с ней будет перемещаться и толкатель актуатора.

Актуатор 2:

В качестве толкателя можно использовать и трубку, разместив гайку непосредственно в ней. В этом случае, вал – резьбовая шпилька помещается внутри трубы. Гайка вваривается, вклеивается или впаивается в торец трубы. После чего труба навинчивается на вал – шпильку. Если вал достаточно длинный, но на его конец надевают центрирующую шайбу. Торец трубы глушат каким либо наконечником для крепления к другим деталям. Кроме того, этот же наконечник выполняет важную функцию, предотвращая проворот трубки при вращении вала.

Если вал начнет вращаться, то гайка, лишенная возможности поворачиваться , начнет перемещаться вдоль шпильки – вала, увлекая за собой и трубку – толкатель.

Обе конструкции достаточно просты, но имеют существенный недостаток. Для большого линейного перемещения им требуются не менее длинные валы. Сами резьбовые шпильки весьма не дороги и доступны, однако все это увеличивает размеры актуатора. Поэтому есть смысл рассмотреть еще один вариант.

Актуатор 3:

В этом варианте используется пара шестеренок (можно использовать и червячную или клиноременную передачу, или фрикционную передачу). Ведущая шестерня закреплена на валу электродвигателя, а ведомая — на полой (трубчатой) оси, зажатой в опорах с шарикоподшипниками. Внутри полой оси располагается гайка, в которую вкручивается и резьбовая шпилька. Она же выполняет и роль толкателя.

При вращении двигателя шестерни тоже начинают вращаться, и поскольку гайка не имеет возможности перемещаться линейно, то перемещается шпилька – толкатель, ввинченная в нее. Разумеется при отсутствии проворота.

Такая конструкция актуатора проще, может иметь очень длинный толкатель и даже в виде гибкого вала или тяги. Но она требует пару шестерней и довольно замысловатого закрепления одной из них.

Приведенные варианты самодельных актуаторов – не единственные. Если вам удасться добыть зубчатую рейку, то реализовать актуатор можно довольно просто, сделав линейную червячную передачу. Например – так реализованы актуаторы, которые закрывают замки в автомобильных дверях. Усилья там не большие и все шестерни – пластиковые. Однако по настоящему длинные металлические зубчатые рейки — довольно редки и дороги. Поэтому проще всего сделать самодельный актуатор именно на основе гайки и резьбовой шпильки.

Константин Тимошенко (с) 10.01.2009

Вопросы на форуме…