Саморобний електричний актуатор

Розділ. Ремонт побутової техніки та електроніка

Іноді в господарстві потрібно зробити лінійний привід. Тобто що щось не обертати і повертати, а переміщати лінійно, причому часом на значні відстані. Зазвичай це робиться за допомогою лінійного актуатора. Актуатор перетворює обертальний рух двигуна в лінійне переміщення. Знадобилося подібний пристрій і мені і я вирішив його зробити самостійно.

Зазвичай лінійне переміщення здійснюють за допомогою зубчастої рейки (це щось на зразок шестерні, тільки розгорнутої в пряму лінію). Іноді - за допомогою т.зв. ходового гвинта (його можна бачити в гвинтових домкратах). У другому випадку спостерігається ефект великий редукції, оскільки на один оборот двигуна припадає лише один оборот гвинта, а переміщення дорівнює кроку різьблення. Актуатори з зубчастої рейкою швидкі, але не точні і слабкі (зусилля переміщення там одно зусиллю на провідній шестерні двигуна). А актуатори з ходовим гвинтом - це по суті домкрати з електроприводом. Точність їх переміщення дуже висока (частки мм), зусилля велике, а двигун для приводу потрібно малопотужний. Єдиний їхній недолік - вони повільні (в порівнянні з рейковими). Зате їх можна дуже легко зробити самому в домашніх умовах без будь-якого особливого інструменту. Ще один їх великий плюс - у них явно виражений ефект самоторможения. Тобто змусити актуатор переміщатися якихось способом крім обертання ходового гвинта неможливо. Це дозволяє використовувати гвинтові актуатори в електричних замках і запорах. Їх неможливо відкрити зовнішнім впливом (крім руйнівного).

У продажу є різьбові шпильки різного діаметру. Їх і будемо використовувати в якості ходового гвинта. Якщо потрібно значні зусилля (наприклад ви робите актуатор для автоматичного відкривання воріт), то краще взяти шпильку з різьбленням М16-М20. Вона витримає зусилля в сотні кілограм. Для менших навантажень можна взяти шпильки тонший.

Зрозуміло потрібно і відповідна частина для ходового гвинта - гайка. Краще їх взяти кілька, що б зусилля передавалося на велику поверхню. Справа в тому, що справжні ходові гвинти мають трапецієподібну і глибоку різьблення, загартовану поверхню. Резьбовая ж шпилька зроблена з м'якого металу, різьблення у неї неглибока і трикутної форми. Це ж викликає підвищене тертя при обертанні, тому ходовий гвинт зі звичайної різьбової шпильки вимагає рясної і ретельної мастила і захисту від бруду.

Отже, приступаємо до складання лінійного електричного актуатора. Необхідною деталлю актуатора є і штовхач. Тобто то, що власне буде переміщатися. Найкраще для цієї ролі підходить трубка, квадратна в перетині. Необхідно підібрати трубку такого розміру, що б гайки могли в неї увійти. Наприклад, для гайок різьблення М10 підійде трубка 20 х 20 мм. У гайок необхідно сточити пару ребер, що вони входили в трубку (на фото то, що треба сточити позначено червоним кольором). Робиться це так. На шпильку накручуємо кілька гайок впритул один до одного, але без затягування. Всі гайки затискаємо в лещатах і сточуємо ребра всіх гайок. Потім перевернув все на 180 градусів, сточуємо протилежні ребра. У підсумку, всі гайки повинні входити в трубку, але не повинні в ній прокручуватися.

Тепер треба зафіксувати гайки всередині труби, у самого її кінця. Найпростіше це зробити за допомогою епоксидної смоли, вона прекрасно склеює метали. Ретельно знежирюємо внутрішню поверхню труби і гайки. На шпильку наносимо тонкий шар густого мастила (літол, солідол). Знову збираємо гайки в «блок» на шпильці. Мастило повинна заповнити зазори між гайками, що б туди не протекла епоксидної смоли. Мастилом треба замазати і торці блоку гайок. Вобщем треба максимально захистити різьблення від попадання на неї смоли. (Якщо ви знайомі з слюсарним справою, можливо вам буде простіше взяти квадратний пруток, відрізати від нього кілька сантиметрів, просвердлити уздовж і нарізати в ньому різьбу під шпильку. Але я описую процес виготовлення «з того що є»).

Приготувавши епоксидну смолу, акуратно вклеиваем гайки всередину квадратної труби і даємо смолі застигнути. А поки займемося муфтою зчеплення. Адже шпильку повинен обертати електродвигун. Оскільки і шпилька і вал двигуна зазвичай круглі, найпростіше зробити муфту з відрізків двох трубок, суміжних по діаметру. Якщо діаметри сильно різняться, можна використовувати кілька трубок, набираючи потрібний діаметр.

Поєднавши муфту просвердлюємо наскрізний отвір під контровочной гвинт. Фіксуємо одну частину зчеплення на валу двигуна, другу - ні кінці різьбовий шпильки.

В якості приводу актуатора слід вибрати електродвигун з редуктором, черв'ячним або планетарним. Таких двигунів є величезна кількість. Це моторчики приводу склоочисників автомобілів, електричних склопідйомників, всілякі електричні викрутки (включаючи найдешевші), шуруповерти і т.д. і т.д. Крім спеціальних моторів-редукторів.

Вобщем привід - абсолютно не дефіцит. Головне, що б на валу були не надто високі обороти (50-200 в хвилину) і достатнє зусилля для провертання різьбової шпильки. В крайньому випадку купите найдешевшу електричну викрутку за 300-400 руб, вона прекрасно буде працювати. Зрозуміло, потужність двигуна повинна відповідати і завданням, покладеним на актуатор. Ворота викруткою важко відкривати ... Я в даному прикладі використовував якийсь моторчик невідомого призначення. Але у нього був черв'ячний редуктор і повністю був відсутній вал. Довелося в отвір шестерні вкрутити відрізок різьбової шпильки і зафіксувати його самоконтряшиїся гайками.

Нам залишилося виготовити для актуатора супорт. Його розмір визначається і призначенням актуатора і розмірами. У найпростішому випадку це може бути просто відрізок дошки. Її довжина повинна бути дорівнює довжині шпильки плюс місце для двигуна.

Двигун я закріпив за допомогою монтажного куточка, саморізами. На протилежному кінці супорта встановив направляючу муфту. Теж з квадратної труби, тільки суміжного розміру. Вона ж не дає рухомий трубі - толкателю провертатися разом з обертається шпилькою. Цю муфту треба встановити так, що б труба - штовхач була паралельно площині супорта. Хоча це не обов'язково.

Ось практично і готовий актуатор. Треба тільки з'єднати муфту зчеплення. Якщо включити двигун, то його вал почне обертатися, і різьбова шпилька теж. Вона буде або угвинчуватися або вигвинчують з гайок, розташованих в трубі штовхачі. Труба у нас не провертається через направляючої муфти. Тому труба штовхач або висувається за межі супорта, або втягується назад, наближаючись до двигуна. Шпилька при цьому йде всередину труби - штовхача.

У моєму випадку я використав метрові шпильку і трубу-штовхач. Через необхідність мати запас по краях робочого ходу в кілька сантиметрів, штовхач переміщається приблизно на 850 міліметрів. Що мене більш ніж влаштувало (актуатор планувався для відкривання фрамуги в теплиці для її провітрювання). Тягове зусилля склало близько 40 кг (більше просто не було чим міряти). Число оборотів двигуна було близько 50 / хв. Крок різьби 1,5 мм. Тобто за хвилину актуатор переміщався всього на 75 мм. Але провітрювання теплиці - процес не нагальний.

Актуатор спочатку не має «гальм». Тобто якщо не вимикати двигун вчасно, то труба - штовхач або «згвинтив» зі шпильки зовсім (і актуатор саморазберется). Або навпаки, упреться в зчеплення, заклинить і тоді може згоріти двигун. Тому якщо планується робота актуатора від одного краю до іншого, для запобігання подібних ситуацій треба зробити кінцеві вимикачі.

У загальному випадку це можуть бути механічні вимикачі. Для цього до труби-штовхачі кріплять міцний «язичок», який виступає вбік. А на супорті встановлюють пару кінцевих вимикачів, які розривають електричний ланцюг харчування моторчика. Коли язичок натисне на кнопку кінцевого вимикача в будь-якому крайньому положенні, мотор вимкнеться.

Якщо планується управління актуатором в автоматичному режимі, під керуванням якого то контролера, то логічніше його буде оснастити герконами, а на самому штовхачі закріпити невеликий магніт. На фото - я використовував паралельно включені кілька герконів (для надійності). Геркони дозволять надійно спрацювати «гальмах» і не бояться ні вологи ні бруду. Геркони подають сигнал в контролер про те, що актуатор в крайньому положенні і треба вимкнути двигун. Використання герконів добре ще в тому плані, що з їх допомогою (якщо буде потрібно) можна знати і про проміжні положеннях актуатора, що він пройшов (або проходить) якусь точку.

Безперервна і дуже напружена експлуатація даного актуатора в теплиці (висока вологість і великі коливання температури) показали абсолютну надійність конструкції. Ніяких збоїв та зауважень виявлено не було. За літо кілька разів наносив на шпильку по «чайній ложці» літолу. Ось і все обслуговування. Управлявся як в ручному, так і в автоматичному режимі від температурного контролера і просто від таймера. «Неспішність» і абсолютна прогнозованість поведінки актуатора дозволяє точно розраховувати час, в якому становищі він виявиться через деякий час роботи.

Собівартість такого актуатора склала близько 600 руб ($ 20). включаючи купівлю електромотора. Простота конструкції дозволяє використовувати її як прототип для виготовлення актуаторов всілякого призначення і розмірів.