Budowa siłownika liniowego
Typowy, elektryczny siłownik liniowy, ma postać podłużnego korpusu (cylindra), skrywającego w swoim wnętrzu odpowiednio długi pręt gwintowany (śrubę), po którym porusza się odpowiednio dopasowana „nakrętka”. Z nakrętką sprzężona jest druga, ruchoma część korpusu (tłok), wyposażona zazwyczaj w okrągły otwór montażowy, prostopadły do osi siłownika. Obrót śruby za pomocą zwykłego silnika elektrycznego powoduje przesuw tłoka względem cylindra na zadaną odległość. Aby nie dopuścić do przekroczenia zakresu roboczego (co spowodowałoby uszkodzenie mechanizmu i/lub spalenie uzwojeń silnika), siłowniki liniowe są wyposażone we wbudowane przełączniki krańcowe, których zadaniem jest odcięcie zasilania w przypadku dotarcia tłoka do któregoś z końców cylindra.
Zalety siłowników liniowych
Konstrukcja siłowników liniowych zapewnia kilka istotnych zalet funkcjonalnych. Po pierwsze, przekładnie śrubowe mają z natury bardzo wysokie przełożenia, dzięki czemu nawet silnik o stosunkowo małej mocy (a dokładniej – momencie obrotowym) może poruszać naprawdę duże obciążenia. Po drugie, przekładnia śrubowa należy do grupy mechanizmów samohamownych – oznacza to, że zewnętrzna siła (nacisk) wywierana na tłok siłownika liniowego nie spowoduje jego niepożądanego przesunięcia. Duże przełożenie powoduje też znaczną redukcję prędkości przesuwu – co prawda w niektórych zastosowaniach może to być istotne ograniczenie, ale wiele aplikacji z powodzeniem wykorzystuje tę właściwość jako czynnik bezpieczeństwa – opisywana sytuacja ma miejsce np. w automatyce bramowej oraz urządzeniach medycznych (m.in. w sterowanych elektrycznie łóżkach), gdzie zbyt szybki ruch mechanizmu mógłby prowadzić do poważnego zagrożenia dla użytkowników, operatorów lub pacjentów.
Parametry siłowników liniowych
Podstawowymi parametrami, jakie charakteryzują elektryczne siłowniki liniowe od strony mechanicznej są: maksymalny wysuw (wyrażany w centymetrach) i zakres długości (długość minimalna – przy maksymalnym wsunięciu tłoka oraz długość maksymalna – przy całkowitym wysunięciu tłoka z cylindra), a także siła (maksymalne obciążenie). Ta ostatnia bywa wyrażana w niutonach [N] lub w kilogramach [kg]. Należy pamiętać, że wartość podaną w jednostkach masy należy pomnożyć przez przyspieszenie ziemskie równe 9,81 m/s2, aby otrzymać wartość w niutonach – przypominamy tutaj szkolny wzór na ciężar: F [N] = m [kg] * g [m/s2]. Bardzo ważnym parametrem jest też prędkość liniowa, określana zwykle w [cm/s].
Parametry siłowników liniowych różnią się diametralnie pomiędzy poszczególnymi modelami – niektóre mają udźwig maksymalny równy 0,64 kg (np. niewielki siłownik elektryczny LD1 6,4 N), inne zaś są w stanie unieść obciążenia na poziomie aż 400 kg (np. siłownik FDI 4000 N o wysuwie 20 cm lub 40 cm). Warto pamiętać, że siłowniki zazwyczaj są używane nie do bezpośredniego oddziaływania na punkt zaczepienia masy stanowiącej obciążenie, ale służą do popychania dźwigni jednostronnej. W takim przypadku należy przeliczyć wymagane obciążenie pamiętając, że im bliżej punktu obrotu dźwigni znajduje się punkt zaczepienia tłoka, tym większa okazuje się wymagana siła (ale za to mniejszy jest skok). Zdecydowana większość siłowników liniowych jest zasilana napięciem 12 V, choć bez większego problemu można też znaleźć modele 24-woltowe (np. siłownik elektryczny Super Power Jack 3000N 7,5mm/s 24V o wysuwie równym 61cm), a nawet 36-woltowe (np. siłownik elektryczny Super Power Jack Mini 1500N 5,4mm/s 36V z wysuwem maksymalnym równym 20cm). W bardziej zaawansowanych aplikacjach warto przewidzieć zastosowanie odpowiedniego sterownika, np. modułu Pololu JRK 21v3 – jednokanałowego sterownika silników z portem USB i sprzężeniem zwrotnym.
