Çizgisel Devindirici Düzenek

Çizgisel devindirici düzenek, dairesel hareket üreten geleneksel elektrik motorunun aksine düz bir çizgi üzerinde hareket oluşturan düzenektir. Çizgisel devindirici düzenekler makinelerde, disket sürücüleri ve yazıcılar gibi bilgisayara parçalarında, vanalar ve amortisörlerde ve gerekli görüldüğü diğer alanlarda kullanılmaktadır. Hidrolik ve pnömatik silindirler doğal olarak çizgisel hareket üretirler. Çoğu diğer mekanizma çizgisel hareket üretmek için dönen motor kullanır.

Kurşun vidalı, adım motorlu DVD sürücüsü.

Kurşun vida ve adım motorlu disket sürücüsü.

Çeşitleri

Mekanik Devindiriciler

Döner somun.

Mekanik devindirici düzenekler dairesel hareketin çizgisel harekete dönüşümünü yönetir. Bu dönüşüm belirli birkaç mekanizma tarafından helledilir:

• Vida: Vidalı mil, vidalı kriko, top vida, ve silindir vida devindiricileri vida olarak bilinen basit makinenin mantığıyla çalışır. Devindiricinin somunu döndürülerek vida miline çizgisel hareket yaptırılır.
• Tekerlek ve aks: Vinç, raf ve pinyon, zincirli palet, kemerli palet, açılmaz zincir ve esnemez kemer devindiricileri tekerlek ve aks işleyişi ile çalışır. Dönen bir teker bir kablonun, rafın zincir veya kemerin üzerinde ilerleyerek çizgisel hareket yaratır.[1]
• Mil dirseği: Mil dirseği devindiriciler kama işleyişi ile çalışır ancak sınırlı hareket sağlayabilirler. Tekere benzeyen tırnak döner ve merkezden geçmeyen ekseni mil üzerinde bir itme yaratır.

Bazı mekanik devindiricler, vinç, zincirli palet, ve kemerli palet sadece çekme ile çalışır. Diğerleri ise sadece iter. Pnömenik ve hidrolik silindirler veya kurşun vidalar çift yönlü hareket oluşturmak için tasarlanabilir. Mekanik devindiriciler bir topuzun ya da kolun bağlı olduğu vida veya dişliyi bir kol veya topuz yardımıyla kontrol ederek dönel hareketi çizgisel harekete dönüştürür. Kriko yaygın bir mekanik devindirici düzenektir. Diğer bir devindirici düzenek ailesi parçalara ayrılmış dingileri temel alır. Kriko kolunun dönüşü kriko başında mekanik olarak çizgisel harekete dönüşür. Mekanik devindirici düzenekleri aynı zamanda optikte çizgisel aşamalar, dönel aşamalar, ayna kesimi/montajı gonyometre gibi konumlandırma aşamalarında da kullanılır. Kesim ve tekrarlanabilir konumlandırma için indis işaretleri kontrol topuzunda kullanılabilir. Bazı devindirici düzenekler kod çözüü ve dijital okuyucular bulundurabilir. Bunun gibi teknolojiler mikrometrelerde kullanılır.

Hidrolik devindiriciler

Hidrolik devindiriciler ya da hidrolik silindiriler içine piston yerleştirilmiş bir çukur silindir içerirler. Pistona uygulanan dengesiz kuvvet dıştaki objeyi hareket ettiren bir kuvvet yaratır. Sıvılar sıkıştırılamaz oldukları için hidrolik silindir pistonda kontrol edilebilir bir çizgisel hareket yaratır. Yerdeğiştirme pistonun ekseni doğrultusundadır. Bilinen bir hidrolik devindirici; hirolik araba krokisidir. Temel düşünce hidrolik devindiricinin hidrolik pompayla kontrol edilen bir alet olduğu yönündedir.

Pnömatik Devindiriciler

Pnömatik devindiricileri ya da pnömatik silindirleri hidrolik devindiricilerden ayıran temel özellik sıvı yerine gaz kullanmasıdır. Hidrolik devindiricilere benzer olarak bir bölme içindeki pistona hava pompalanır ve bölmenin diğer kısmında bir itme kuvveti oluşturulur. Hava devindiricileri ağır görev makinelerinde ve yüksek ağırlık içeren olaylarda kullanılmazlar. Pnömatik devindiricilerin diğer devindiricilere tercih edilmesinin en temel sebebi güç kaynağı olarak basit bir hava pompası kullanıyor olmasıdır. Giriş kaynağı hava olmasından dolayı birçok mekaniksel işlevde pnömatik devindiriciler kullanılır. Dezavantajı ise çoğu hava pompasının çok büyük, taşınamaz ve gürültülü olmasıdır. Pnömatik çizgisel devindiriciler genelde sızıntı yaptığı için ve bu sızıntı verimi düşürdüğü için mekanik devindiriciler tercih edilir.

Piezoelektrik devindiricler

Piezoelektirk efekt uygulanan voltajın genişlemesine sebep olan maddelerin bir özelliğidir. Çok büyük potansiyeller sadece küçük bir genişlemeye tekabül eder. Sonuç olarak piezoelektrik devindiriciler çok başarılı konumlandırma sonuçları elde edebilirler ancak aynı zamanda çok dar bir hareket menzilleri vardır. Ek olarak piezoelektrik materyaller tekrarlanabilir süreçte genişlemelerinin kontrollerini zorlaştıran bir gecikme sergileyebilirler.

Elektromekanik devindiriciler

Sualtı çizgisel devindirici örneği. Uzaktan yönetilen sualtı aracında(ROV) kulanılır.

Tipik, sıkıştırılmış silindirik çizgisel elektrik devindirici.

Tipik çizgisel veya dönel elektrik devindirici.

Elektromekanik devindiriciler mekanik devindiricilere oldukça benzerler. Tek fark kontrol topuzu veya kolu yerine bir elektrik motoru konulmuştur. Motorun dönel hareketi çizgisel yerdeğiştirmeye dönüştürülür. Modern çizgisel devindiriciler için çoğu şirketi tescilli tasarımları vardır. Takip eden görselleştirilmiş çok basit bir elektromekanik çizgisel devindiricinin tanımıdır.

Basitleştirilmiş tasarım

Tipik tasarım kurşun bir vidaya bağlanmış bir elektrik motoru şeklindedir. Kurşun vidanın boylu boyunca işlenmiş sarmal dişleri vardır. Vida üzerinden ilerleyen bir somun ya da top vardır. Somunun vidayla dönmesi engellenmiştir. Bu yüzden vida döndüğü zaman somun vida üzerinde ilerler. Somunun hareket yönü vidanın dönüş yönüne bağlıdır. Somuna bağlantı yapılarak hareket çizgisel yerdeğiştirmeye dönüştürülebilir. Çoğu devindirici yüksek hız, yüksek kuvvet için ya da ikisinin uzlaşımı için yapılır. Belirli bir iş için düşünülen devindirici için en önemli özellikler işleme, hız, kuvvet, kesinlik ve ömürdür. Çizgisel devindirici sistemlerde kullanılan çeşitli motorlar vardır. Bunlar DC fırça motor, DC fırçasız motor, adım motoru ve hatta bazı durumlarda indüksiyon motorudur. Hepsi uygulamanın cinsi ve devindiriciye binen yükle alakalıdır. Örneğin tamamlayıcı beygir gücü AC motoru rafineri vanalarını yönetmek için kullanılabilir. Bu örnekte yüksek hareket kabiliyeti ve kesinlik önemli değilken yüksek güç ve hız önemlidir. Robotik ölçüm yapan laboratuvarlarda, optik ve lazer ekipmanlarda, X-Y masalarında kullanılan elektromekanik çizgisel devindiricilerde mikron menzilde yüksek çözünürlük ve yüksek kesinlik için işlevsel adım motoru ve sağlam bir kurşun vida gerekir. Elektomekanik çizgisel devindirici sistemlerinin çeşitli varyasyonları vardır. Önemli nokta, gerekliliği iyi anlayıp hangi sistemin en iyi olacağına karar verebilmektir.

Standart & Sıkışık Yapılar

Standart motor kullanan çizgisel devindiriler yaygın olarak devindiricinin yanına tutturulmuş ayrı bir silindir içerirler, silindir paralel veyahut dikte olabilir. Motor devindiricinin ucuna bağlanmışta olabilir. Sürücü motor, devindiricinin sürücü somununa veya sürücü vidasına dişili ile bağlı sürücü miliyle bütün halindedir. Sıkışık(kompakt) çizgisel devindiriciler motoru ve devindiriciyi olabilecek en küçük alana sığdırma amacıyla yapılmıştır.

• Motor milinin iç çapı artırılabilir böylece sürücü mili boşa çıkar. Sürücü vida ve somun böylece motorun merkezine yerleştirilebilir ve motor ve sürücü vida arasında ek bir dişliye gerek kalmaz.
• Benzer olarak motor çok küçük bir dış çapla yapılabilir ancak kutup yüzeyleri uzunlamasına gerilir böylece motorun küçük çaplı bir boşluğa sığmasına rağmen yüksek buru üretilebilir.

İlkeler

Çizgisel devindirici tasarımlarının büyük çoğunda temel işleyiş ilkesi eğik düzlemdir. Kurşun vidanın dişleri bir sürekli rampa gibi davranarak küçük bir dönme kuvvetine izin verir ve böylece yüksek yükün düşük mesafedeki hareketi yüksek mesaflere taşınabilir.

Çeşitler

Temel tasarımın birçok çeşidi mevcuttur. Yeni tasarımlar için en çok odaklanılan konular yüksek mekanik verim, hız veya yüksek yük kapasitesidir. Ayrıca küçük devindiricileri geliştirmek için hızla büyüyen bir mühendislik alanı da mevcuttur. Çoğu elektromekanik tasarım kurşun vida ve kurşun somun ile çalışır. Bazıları top vida ve top somun kullanır. Diğer bir çeşitte vida motora ya da kontrol topuzuna direkt olarak ya da dişliler yardımıyla bağlıdır. Dişliler genellikle motorun direkt sürücülerle yapılabilmesi için daha ağır yüklerde gerekli buruyu sağlayabilmek adına yüksek rpm'de düşük dönüş sağlarlar. Vazgeçilen bir devindirici hızı daha etkili bir itme kuvveti yaratır. Bazı uygulamalarda solucan dişlisi kullanımı küçük boyutlara ve uzun işleme mesafesine olanak sağlar. İşleme somunlu bir devindiricide motor kurşun vidaya direkt bağlıdır ve vidayı döndürür ve kurşun somunun dönüşü dizginlenerek vida üzerinde sadece yukarı-aşağı hareket ettirilir. İşleme vidalı bir devindiricide vida motorun direkt içine geçer. İşleme vidalı çizgisel devindiricide motor yavaşça yukarı aşağı hareket ederek vidanın dönmesini engeller. Dönen tek kısım motorun içindedir ve büyük ihtimalle dışarıdan görünmez. Bazı vidalar birkaç tane başlangıca sahiptir. Bu mil üzerinde birden fazla itme oluşturabileceği anlamına gelir. Bunu görselleştirmek için birçok renk şeritli şeker kamışı düşünülebilir. Bu vida adımı ile somun vida temas alanı arasında ayar yapmaya olanak sağlar. Bu ayarsa uzatma hızını ve yük taşıma kapasitesini belirler.

Durgun yük kapasitesi

Çizgisel vida devindiricileri motor durduğu zaman üzerine binen yükü kaldırabilecek bir yük kapasitesine sahiptir. Yük kapasitesi akışkanlığı ve hızı artırır. Devindiricilerin frenleme kuvveti vida adımının açısal dişi ve dişlerin özel tasarımıyla çeşitlenir. Acme dişleri çok yüksek durgun yük kapasitesine sahiptir. Top vidalar çok düşük durgun yük kapasitesine sahiptir, hatta o kadar düşüktür ki neredeyse serbest yüzebilir. Genellikle ek teknolojileri olmadan vida devindiricilerinin durgun yük kapasitelerini değiştirmek mümkün değildir. Vida dişlisi adımı ve sürücü somun hareketli olarak ayarlanamayacak bir durgun yük kapasitesi tanımlar.

Devimsel yük kapasitesi

Devimsel yük kapasitesi elektromıknatıssal fren sistemi kullanılarak çizgisel vida devindiricilerine eklenebilir. Bu frenleme sistemi dönen sürücü somuna sürtünme uygulayarak çalışır. Örneğin motor durduğu zaman sürücü somunu olduğu pozisyonda tutacak bir yay sisteme eklenebilir. Devindiricinin hareket etmesi gerektiğinde bu elektromıknatıs yayı etkisi hale getirir ve frenleme kuvvetini sürücü somunun üzerine salar. Benzer olarak bir elektromıknatıssal mandal mekanizması çizgisel devindiricinin sürücü sistemi bir yükü kaldırdığı zaman bulunduğu konumda kilitleyerek konumunu korur. Devindiriciyi eski haline getirmek için elektromıknatıs yay kuvvetini etkisiz hale getirir ve mandalı açar.

Çizgisel motorlar

Çizgisel motor işlevsel olarak düz bir çizgide döneç ve duraç ile dairesel mıknatıssal alan bileşenlerini ortaya koyan döner elektrik motoru ile aynıdır. Döner motor kendi etrafında dönerek aynı mıknatıssal kutup yüzeylerini tekrar kullanabilirken, çizgisel motorun mıknatıssal alan yapıları fiziksel olarak devindirici boyunca tekrarlanır. Motor çizgisel biçimde ilerlediği için dönel hareketi çizgisel harekete çevirecek kurşun vidaya gerek yoktur. Yüksek kapasite mümkün olduğu için kullanılan malzeme ve motor sınırlamaları çoğu tasarımda mıknatıssal etkileşimler ve itme kuvetlerine duyulan güvenin önüne geçmiştir. Çoğu çizgisel motor diğer çizgisel devindiricilere göre daha düşük yük kapasitesine sahiptir. Çizgisel motorlar iki yarısının birbirine bağlanma zorunluluğu olmadığı için ve elektromıknatıs bobinler su geçirmez, neme ve aşınmaya dayanıklı ayrıca uzun ömürlü de oldukları için dış kullanıma ve kirli çevrelerde kullanıma uygundur.

İç içe (teleskop) çizgisel devindirici

Katı zincir devindirici

İç içe çizgisel devindiriciler uzaysal kısıtlamaların olduğu durumlar için özelleştirilmiş çizgisel devindiricilerdir. Hareket menzilleri geliştirilmemiş devindiricilerin çok üstündedir. Yaygın biçimi silindir teleskop gibi yaklaşık aynı boyda eş merkezli iki borunun iç içe geçirilmesiyle yapılan şeklidir. Diğer daha özelleştirilmiş teleskop devindiricilerin uzatıldığı zaman sert çizgisel miller gibi davranır ancak bu hat katlanarak, parçalara ayrılarak kırılabilir. İçiçe çizgisel devindirici örnekleri :

• Sarmal şerit devindirici
• Katı kemer devindirici
• Katı zincir devindirici
• Parçalı mil

Avantajlar ve dezavantajlar

Devindirici Tipi	Avantajlar	Dezavantajlar
Mekanik	Ucuz. Tekrarlanabilir. Güç kaynağı gerekli değil. Bağımsız. Gerilime ve esnemeye özgün davranış.	Sadece elle işlem. Özedimsiz.
Elektro-mekanik	Ucuz. Tekrarlanabilir. İşlem özdenimlenebilir. Bağımsız. Gerilime ve esnemeye özgün davranış. DC veya adım motoru. Konum geri beslemesi mümkün.	Hareketli parça takmak mümkün.
Çizgisel motor	Basit tasarım. Minimum hareketli parça. Yüksek hız mümkün. Bağımsız. Gerilime ve esnemeye özgün davranış.	Düşük kuvvet.
Piezoelektrik	Çok küçük hareketler mümkün.	Tekrarlanabilirlik için konum geribeslemesi gerektirir. Kısa mesafe. Düşük hız. Yüksek gerilim gerektirir. Pahalı. Baskıda iyi gerilim de değil.
Hidrolik	Çok yüksek kuvvet mümkün.	Sızıntı yapabilir. Tekrarlanabilirlik için konum geribeslemesi gerektirir. Dış hidrolik pompa gereklidir. Bazı tasarımlar baskıda iyidir.
Pnömatik	Sağlam, hafif, basit, hızlı.	Tam duruşlar dışında kesin konum kontrolü imkânsız.
Wax motor	Pürüzsüz işlem.	Diğer yöntemler gibi güvenilir değil.
Parçalı mil	Çok sıkışık(kompakt). Hareketin menzili devindiricinin uzunluğundan daha büyük.	Hem çizgisel hem dönel hareket.
Hareketli bobin	Kuvvet, konum ve hız kontrol edilebilir ve tekrarlanabilir. Yüksek hız ve kesin konumlama yeteneği. Çizgisel, dönel, ve çizgisel + dönel eylemler mümkün.	Tekrarlanabilirlik için konum geribeslemesi gerektirir.
MICA (Hareketli, kontrol edilebilir demir devindirici)	Yüksek kuvvet ve kontrol edilebilirlik. Hareketli bobinlere göre daha yüksek kuvvet ve daha az kayıp. Kayıpları düzeltmek kolay. Elektronik sürücü kurulumu ve tasarımı kolay.	Farklı milimetrelerde sınırlı vuruş, Hareketli bobinlere göre daha az çigisellik.

Ayrıca bakınız

• Hoist
• Pistonlu hareket, ileri-geri tekrarlanır çizgisel hareket için.

Kaynakça

1. Sclater, N., Mechanisms and Mechanical Devices Source book, 4th Edition (2007), 25, McGraw-Hill

Dış bağlantılar

• Leo Dorst's Lego Çizgisel Devindirici Düzenek21 Mart 2012 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
• 21 Mart 2012 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.Çizgisel Devindirici Düzenek Üzerine Çoklu Endüstriler12 Mayıs 2014 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.