Aktu

1
Aktuátorok és szenzorokAktuátorokÍrta Dr.
Jakab Endre

• Készült az ESZA 02040002 projekt keretében

2

• Tartalom
• 1. Bevezetés
• Mozgásinformáció leképzés
• Relatív és elemi mozgások
• Elemi mozgások, szánok
• Struktúraképzések
• Az aktuátor fogalma, elhelyezkedése
• Energiaátalakítók, energiafajták
• 2. Mechanikai aktuátorok
• 3. Fluidmechanikai aktuátorok
• 4. Villamos aktuátorok

3

• 1. Bevezetés
• Az Aktuátorok és szenzorok c. tantárgy keretében
  a legismertebb, és széles körben alkalmazott
  megoldások és alkalmazások rendszerezett
  bemutatására helyezzük a hangsúlyt.
• Az ismeretközlés módja lehetové teszi, hogy a
  különbözo szakmai (mechatronikai) területen
  dolgozó hallgatók átfogó képet kapjanak az
  aktuátorokról és szenzorokról.
• Feltételezzük, a témába vágó középiskolai
  tananyag ismeretét, továbbá, hogy a megszerzett
  gyakorlattal a magasabb szintu ismeretek
  megszerzése, szélesebb köru kitekintés és
  szintetizálás válik lehetové.
• Az aktuátorok és szenzorok elhelyezkedése a
  mechatronikai rendszerben az 1. ábrán látható.

4
1.ábra A mechatronikai rendszer építoelemei
Az 1. ábrán az egyes mezok, metszetek
rendszerbeli és egymáshoz viszonyított arányai
mechatronikai szerkezetektol függoen változóak
lehetnek. A metszeteken kívüli mezok a
mechatronikai rendszer passzív egységei és
elemei, míg a többi aktív egység és elem. Az
aktuátor- és szenzortechnika a mechanika és
elektrotechnika (elektronika) szoros kapcsolatára
utal, ami nem nélkülözheti az információtechnikai
hátteret.
5
Mozgásinformáció leképzés

• Az aktuátorok magyarázata
• a mozgásinformáció leképzési
• modell segítségével
• Jelölések
• IInformáció
• kKinematikai lánc (kA, ki)
• AAlakítási-Kapcsolódási mechanizmus
• F1A kapcsolódó felületpár egyik fele
• (a származtatott felületu munkadarab Fm)
• F2 A kapcsolódó felületpár másik fele (a
  származtató felületu szerszám Fsz)

2. ábra Mozgásinformáció
leképzési modell
6

• A 2. ábra szerinti modell azt mutatja, hogy a
  közölt I információk alapján k kinematikai
  láncokon keresztül valósul meg két fizikai test
  (mennyiség) között szükséges relatív mozgás. A k
  kinematikai láncok számát, egymással való
  kapcsolatát (technológiai, kinematikai), a
  mozgások összekapcsolásának módját (soros,
  párhuzamos) a feladat határozza meg. Rendszerek
  egyszerutol az igen bonyolultig egyaránt
  elofordulhatnak.
• A kkAki kinematikai láncok elemei
• kA-az alapkényszerek és azokon tárolt mozgások,
  amelyek a mozgást határozottá teszik.
• ki- mozgások elemi mozgások, illetve relatív
  mozgások.
• A kinematikai láncok lehetnek tisztán
• mechanikus, elektronikus, hidraulikus,
  pneumatikus, termikus,
• vagy vegyesek, mint elektromechanikus,
  elektrohidraulikus, elektropneumatikus,
  hidropneumatikus.

7

• Relatív és elemi mozgások
• A mechatronikai rendszerekben valamely elempár
  között szükséges relatív
• mozgásokat célszeruen elemi mozgásokból hozzuk
  létre.
• Az elemi mozgások, illetve azt megvalósító szánok
  a Descartes-i derékszögu
• koordinátarendszer tengelyeinek megfeleloen,
  legtöbbször merolegesen
• épülnek egymásra, ami megmunkálási célszeruségbol
  következik.
• A számjegyvezérléssel irányított tengelyek (D)
  száma sok esetben igen magas
• is lehet. Az egyes tengelyek lehetnek egyidejuleg
  egymással összefüggésben,
• szimultán irányíthatók (2D-6D-s berendezések),
  meg nem is (kinematikai,
• technológiai). Gépváltozatok az irányított
  tengelyek számától függoen
• képezhetok.
• Elemi mozgások, szánok
• Az elemi mozgás biztosításához a tér lehetséges 6
  (3 egyenesvonalú haladó, 3
• forgó) szabadságfokából 5-öt kényszerekkel (kA)
  kötünk meg.

8
Az elemi mozgásokat szánok (3. ábra) valósítják
meg egyenesvonalú haladó mozgást lineáris
szánok, forgómozgást forgó szánok (orsók,
tengelyek, körasztalok), vagy transzlációs
körmozgású szánok. Fontos! Ha lehet mindig
forgómozgású szerkezeteket építsünk és csak a
kinematikai lánc legvégén alakítsuk át a forgó
mozgást egyenesvonalú haladó, vagy más mozgássá.
Ennek elonyei dinamikailag kedvezobb szerkezet,
forgó mozgásnál magas mozgásparaméterek
biztosíthatók, a forgásszimmetrikus alkatrészek
eloállítása olcsóbb.
9
3. ábra Elemi mozgások
4. ábra Elemi mozgásokat megvalósító szánok
10

• Struktúraképzések
• A mechatronikai rendszerek építésekor igen
  gyakran alkalmazzák a
• módszeres tervezés két gyakori és fontos elemét a
  struktúrák és a
• paraméterváltozatok képzését, az optimális
  megoldás kereséshez a muszaki
• és gazdasági értékelemzést. Ezekhez szorosan
  kapcsolódik az építoszekrény
• elv, a moduláris építés elve.
• A strukturális változatok képzésének alapja az,
  hogy az egymástól mechanikusan független
  irányított tengelyekbol (aktuátor láncokból)
  meghatározott szabályok szerint különbözo
  gépváltozatok modulárisan építhetok. A változatok
  képzésének alapja mozgásmegosztás az alakítási
  mechanizmusban egymásra ható két oldal (például
  szerszám-munkadarab mozgatása) között (szélso
  esetben minden mozgást az egyik, vagy a másik
  oldal végez) oldal, továbbá a sorosan kapcsolódó
  aktuátor láncok (szánok) egymásra épülési
  sorrendváltozatai (pl. A-ra épül a B, vagy
  fordítva), vagy másként renduség változatai.

11
A paraméterváltozatokat geometriai sor szerint
képezzük. A paraméter-változatok nagyságrendi
változatok, amelyeket katalógusok foglalnak
általában össze, például villanymotorok
teljesítménysora, hidraulikus és pneumatikus
hengerek méretsora említheto. A
paraméterváltozatok képzésére az alábbi
összefüggés használatos ahol j a geometriai
paramétersor szorzótényezoje, n a képzett tagok
száma, m a felosztott tartomány szélessége
(Renard-sorok). Az aktuátor fogalma Az
aktuátor szó magyarázatát a latin
aktorcselekvot is jelento szóból
indítjuk. Aktuátor az energia bevezetéstol az
energia felhasználásig terjedo kinematikai
láncban elhelyezkedo, mozgást (vagy
állapotváltozást) létrehozó és átalakító
rendszerek, egységek, elemek összessége.
12
5. ábra Aktuátorok a mechatronikai rendszerben
13

• A kimeneten a végrehajtó szerv helyezkedik el,
  amely meghatározott
• kinematikai, mozgást, erot, vagy nyomatékot (s,
  v, a, F, illetve j, w, e, M) ad. Az aktuátorok
  elhelyezkedése a mechatronikai rendszerben (5.
  ábra).
• Energiaátalakítók, energiafajták
• Megállapodás muködteto energiaként a
  továbbiakban olyan energiákat
• tekintünk, amelyek hálózatról levehetok, a
  berendezések elhelyezését nem
• befolyásolják, vagy a berendezés mellé
  telepítheto energiaforrás. A
• legkézenfekvobb, és legrugalmasabb energiaforrás
  villamos, amelyet a
• legtöbb mechatronikai berendezésnél használnak. A
  villamos energiát,
• átalakítók teszik alkalmassá másfajta energia
  kifejtésére.
• Villamosmechanikai energiaátalakítók
• A villamos forgómotor kapcsain keresztül
  betáplált villamos teljesítmény
• (Pvill) a motor tengelyén mechanikai
  teljesítményként (Pm) jelenik meg,
• amely legtöbbször további mechanikus aktuátorok
  kiinduló láncszeme (6.
• ábra). Villamos motorok típusai egyenáramú,
  szinkron, aszinkron, lépteto.

14
6. ábra Villamos-mechanikai enegiaátalakító
7. ábra Villamos-mechanikai-fluidmechanikai-
mechanikai enegiaátalakító

• Villamos-mechanikai-fluidmechanikai-mechanikai
  energiaátalakítók
• A motorhoz kapcsolt szivattyú a mechanikai
  teljesítményt (Pm)
• fluidmechanikai (pl. hidraulikus) teljesítménnyé
  (Pfl) alakítja át, amelyet
• azután mechanikai munka végzésére használunk fel
  (7. ábra).
• Azonos energiatípusok esetén azonos típusú
  aktuátorok kapcsolódnak
• villamos-villamos, mechanikai-mechanikai,
  fluidmechanikai-fluidmechanikai.
• Energiaátalakításkor a hasznos leveheto
  teljesítmény csökken az átalakító
• egység hatásfokától függoen

15

• A különbözo energiafajtáknak megfelelo
  teljesítmények ismert formuláit a
• következokben foglaltuk össze. Ezzel egyszeru az
  energiaátalakítókra
• vonatkozó teljesítményeknek a hatásfokok
  figyelembevételével történo oda-és vissza
  felírása.
• Energiaátalakítók, energiafajták
• Teljesítmény összefüggések (potenciál x
  áramlásérték)
• 1. Mechanikai teljesítmény
• Haladó mozgásnál PmvxF (Nm/sec), ahol v (m/sec)
  sebesség, F (N) ero.
• Forgó mozgásnál PmwxM (Nm/sec), ahol w (1/sec)
  szögsebesség, M (Nm) nyomaték.
• 2. Villamos teljesítmény
• PvillUxI (VA), ahol U (V) feszültség, I (A)
  áramerosség.

16

• Fluidmechanikai teljesítmény
• PflpxQ (Nm/secwatt), ahol p (N/m2Pa) nyomás,
  Q (m3/sec) térfogatáram.
• 4. Termikus teljesítmény
• PhoDTxhA (watt), ahol DT (oC) homérsékletdifferen
  cia, h (w/m2 oC)
• hoátadási tényezo, A (m2) hoátadási felület.
• 5. Kémiai teljesítmény (robbanómotorok)
• PmHaxBhöMw (J/secW), ahol Ha (J/kg) a
  tüzeloanyag futoértéke, B
• (kg/sec) az idoegység alatti üzemanyag
  fogyasztás, hö a rendszer
• összhatásfoka (37-44 ).

17

• 2. Mechanikai aktuátorok
• A mechanikai aktuátorok a kinematikai- és ero
  viszonyok
• (nyomatékviszonyok) megváltoztatására szolgálnak.
  Típusaik
• FORGÓ-FORGÓ FORGÓ-HALADÓ
• HALADÓ-FORGÓ HALADÓ-HALADÓ
• 2.1 FORGÓ-FORGÓ mozgásátalakítók
• Fogaskerékhajtások a hengeres fogaskerekes (8.
  ábra), kúpfogaskerekes és csigahajtások.
• Dörzshajtások.
• Szíjhajtások erozárók (ékszíj, laposszíj és
  Poly-V szíj, zsinór), szíjhajtások, amelyek
  megfelelo muködéséhez szíjfeszítés szükséges,
  továbbá alakzáró szíjhajtások, mint fogazott
  szíjhajtás (11. ábra).

18
8. ábra Homlokfogaskerekes hajtások
19

• Fogaskerékhajtások, hajtómuvek
• A bal felso ábra állandó áttételu (hajtóviszonyú)
  hajtást mutat. A k hajtóviszony a hajtó és
  hajtott fogaskerekek fogszámainak hányadosa, az i
  módosítás reciproka, amellyel a kihajtó
  fordulatszámok közvetlenül kifejezhetok
  (nkinbek). Az egylépcsos egység (lehet
  kétlépcsos), állandó, vagy változtatható
  (cserélheto) hajtóviszonyú.
• A jobb felso ábra háromfokozatú, tolótömbös elemi
  hajtómuegységet szemléltet. A fogaskerék
  tengelykapcsoló funkciót is ellát.
• Az alsó ábrák kétfokozatú elemi hajtómuegység
  háromféle megvalósítását (tolótömbös, mechanikus
  és elektromágneses tengelykapcsolós)
  szemléltetik.
• A fenti hajtómuegységekbol változatos összetett
  hajtómuvek képezhetok soros, ritkábban párhuzamos
  kapcsolással.

20

9. ábra Hajtómu funkcióábrák
a.,
b.,
c.,
A 9. ábra fokozatnélküli fordulatszámot eloállító
hajtómuvek lehetséges funkcióábráit szemlélteti.
Az ábrák számozása 1- fokozat nélkül
állítható fordulatszámú motor, 2-fokzatos
hajtómu, vagy állandó áttétel, 3-hajtott tengely
(foorsó)- végrehajtó szerv, 4-tengelykapcsoló. A
9.a ábra motor és vele sorba kapcsolt fokozatos
hajtómuegységet (állandó áttétel) szemléltet. A
fogaskerekes fokozatos hajtómuvek ma is
gazdaságos megoldásai a nyomatékerosítésnek és a
fordulattartomány kijelölésnek.
21

• Példaként említhetok az NC szerszámgép
  (esztergagép, fúró-maró
• megmunkáló központ, stb.) fohajtómuvek, a
  teljesítmény hajtómuvek, vagy
• a szervomotortól a végrehajtó mechanizmusig
  található kinematikai
• hajtások, legegyszerubb esetben egyetlen lépcsos
  hajtással, ami igen
• gyakran fogazott szíjas hajtás.
• A 9.b megoldásban a motor és az orsó egytengelyu
  (koaxiális), köztük
• szög- és tengelyhibát kiegyenlíto, nagy torziós
  merevségu tengelykapcsoló
• található. Kinematikai hajtások tipikus
  megoldásai, pl. a szervomotor és
• golyósorsó kapcsolatban, vagy teljesítmény
  hajtásokban (köszörugép,
• marógép, faipari felsofejes marógép stb.).
• A 9.c motororsós megoldásban a motor tengelye
  egyben a végrehajtó
• szervet hordozza, ezáltal a közvetlen (direkt)
  hajtás eszköze. A motor
• tengelye különbözo mechanizmusokat közvetlenül is
  mozgathat. A
• megoldás gyakori a kinematikai és a
  teljesítményhajtásokban. Direkt
• villamos hajtásra a lineáris aktuátoroknál késobb
  mutatunk példát.

22

• Fogaskerékhajtások, csigahajtások
• Fogaskerékhajtások hézagtalanítása
• A kinematikai pontosság gyakran megköveteli a
  fogaskerékpár, fogaskerék
• fogasléc pár, csiga-csigakerék pár kis
  hézagokkal, vagy hézagtalan építését.
• Ilyen igény merül fel pl. méro hajtásokban,
  pontos pozícionáló (szán,
• manipulátor) hajtásokban.
• Egyenes fogazatoknál a hajtó z1 fogszámú
  fogaskereket szélességében
• kettéosztják. A két fogaskerék felet (z1a, z1b)
  egymáshoz viszonyítva
• elfordítják és hézagtalan állapotban axiálisan,
  erozáró kötéssel rögzítik.
• Ferde fogazatoknál az egyik fogaskereket
  kettéosztva és a két fél egymáshoz
• viszonyított axiális elállítása (pl. hézagoló
  tárcsával) lehet a megoldás.
• Csigahajtás hézagtalanítása
• Hézagtalan, vagy kishézagú hajtásokat igényelnek
  a a robotcsukló hajtások,
• folytonos osztóasztalok (CNC körasztal, C
  tengely, optikai osztóasztal).

23
A baloldali csigahajtás a precíziós osztóasztalok
jól bevált megoldása (kis kapcsolószög, nagy
fogmagasság). Az egyik csigafél a tengelyen fix
helyzetu, a másik csigafél tengelyirányú
(axiális) állítása szolgál hézagtalanításra. A
jobboldali megoldásban a csiga lefejkörözésével,
radiális állításával, vagy billentésével (pl.
optikai osztóasztalok) érik el a hézagtalan
állapot.
10 ábra Hézagtalanított fogaskerék- és
csigahajtások
24
11. ábra Szíjhajtás modellje
Nagy lassítású hajtómuvek (excenteres
hajtómuvek) A csigahajtások mellett nagy
lassítást és nyomatékerosítést valósítanak meg a
különbözo fogaskerekes reduktorok és bolygómuvek.
SCARA típusú robotok csuklómozgatására szolgáló
Harmonic Drive és CYCLODRIVE (Sumitomo) ciklois
bolygómuves, valamint közvetlen motorhajtású
megoldásokat mutatnak a 12. ábrák.
25
12. ábra Robotcsuklók mozgatása
26
12. ábra Robotcsuklók mozgatása
27
2.2 FORGÓ-HALADÓ mozgásátalakítók Orsó-anya
egyik legrégebben alkalmazott megoldás, amely
sikló és gördülo megoldásban létezik. A
hézagtalan és elofeszített un. golyósorsó-anya
(jó átviteli tényezoju) párt széles körben
alkalmazzák precíziós hajtásokban, hosszabb
löketeknél utazó hajtásként (anya hajtott, orsó
áll) (13.a ábra). Fogaskerék-fogasléc széles
körben alkalmazott, hosszabb löketeknél utazó
hajtásként (fogasléc a tartó elemen). Igényesebb
megoldásban hézagtalanított fogaskerék-fogasléc
hajtású (13.b ábra) Csiga-csigaléc nagy
elmozdulásoknál precíziós utazó hajtásként,
gyakran hidrosztatikus kivitelben (13.c
ábra). Fogazott szíjhajtás, zsinórhajtás olcsó,
széles körben alkalmazott, megbízható hajtás
(plotterek, nyomtatók, másolók, gépszánok stb.
mozgatására). A mozgatott egységet a fogazott
szíjhoz kapcsolják (13.d). Forgattyús
mechanizmusok kiinduló mechanizmus a
négytagú-négycsuklós mechanizmus (14.a ábra).
Megoldásai pl. az egyszeru forgattyús (14.b
ábra), forgattyús-kulisszás (14.c ábra),
forgattyús-lengohimbás, forgattyús-könyökös
mechanizmusok a kívánt speciális kinematikai- és
eroviszonyok létrehozására (optimalizált
gyorsulásgörbéju mechanizmusok).
28
b.,
a.,
c.,
d.,
13. ábra Forgó-haladó mozgásátalakítók
29
a.,
b.,
c.,
d.,
14. ábra Forgó-haladó mozgásátalakítók
30
(m, s, v, a)
Szervomotor
Szán
Tk
Ft
Mstat, Mdin, Jmot
Golyósorsó-anya (do,po,Jo)
15. ábra Közvetlen golyósorsó-anya hajtás
31

• Motornyomaték számítások közvetlen golyósorsós
  hajtásnál (15. ábra)
• A szervomotort a szükséges muködési fordulatszám
  tartomány (nm,min-nm,max),
• az Mm,stat statikus és az Mm,din dinamikus
  nyomaték alapján választjuk ki.
• A sebességek menete
• A 16. ábra a szán mozgási sebesség, vagy a
  motortengely szögsebesség
• változásának trapéz alakú jellegét mutatja. A
  gyorsítás kezdetén és a fékezés
• végén a sebességek értéke zérus.

16. ábra Sebesség- és szögsebesség viszonyok
32

• Dinamikus nyomaték Mm,dinJöe/hm
• A Jö a motor tengelyére redukált tehetetlenségi
  nyomaték, e a
• szöggyorsulás, hm a kinematikai lánc mechanikai
  hatásfoka.
• A haladó m tömeg redukálása a golyósorsó
  tengelyére, T a golyósorsó egy
• körülfordulásának ideje, Ao az orsó átviteli
  tényezoje.

33

• A motor és orsó közé épített k hajtóviszony
  esetén az orsóra redukált
• tehetetlenségi nyomatékokat (Jo,red) a motor
  tengelyére k2-el redukáljuk
• (Jo,motJo,red k2).
• Statikus nyomaték Mm,statMo/hm
• Az Mo az orsó tengelyére redukált, a szánt
  terhelo Ft erobol adódó
• nyomaték, hm a kinematikai lánc mechanikai
  hatásfoka. A k hajtóviszony
• esetén az orsóra számított statikus nyomatékot
  k-val redukáljuk a motor
• tengelyére (MstatMok/hm). Az Ft szánero
  redukálása az orsóra, ahol (rg0,
• a menetemelkedés szöge, do az orsó közepes
  átméroje)
• A tehetetlenségi nyomatékok redukálásának további
  esetei
• Fogazott szíjas hajtással és fogaskerék-fogasléc
  hajtással mozgatott m tömeg
• esetén, ahol az ro a fogas szíjtárcsa, vagy a
  fogaskerék osztókör sugara

34

• Speciális vezérpályás mechanizmusok
• Folytonos és egyenletes forgómozgás mellett
  meghatározott
• mozgásfüggvényu alternáló mozgások létrehozására
  szolgálnak (14.d ábra).
• Mozgásfüggvények számításához gyakran az
  optimalizált gyorsulásgörbéket használják fel
  (pl. szinoidegyenesszinoid).
• 2.3 HALADÓ-FORGÓ mozgásátalakítók
• A 2.3 alatti szerkezetek fordítottjai, amennyiben
  nem önzáróak pl. a fogasléc
• fogaskerék, fogazott szíj-szíjtárcsa (17. ábra),
  de lehet dugattyú - hajtórúd
• forgattyús tengely.
• 2.3 HALADÓ-HALADÓ mozgásátalakítók
• A fogasléc-fogaskerék-fogasléc, emelokaros
  mechanizmusok (18. ábra).

35
17. ábra Haladó-forgó mozgásátalakítók
18. ábra Haladó-haladó mozgásátalakítók
36

• 3. Fluidmechanikai aktuátorok
• A fluidmechanikai aktuátorok hidraulikus vagy
  pneumatikus energiával
• muködtetett szerkezetek
• A mechatronikai berendezésekben a hidraulikus
  aktuátorok az elterjedtebbek.
• A pneumatikus aktuátorokat elsosorban két pontra
  (véghelyzetre), merev
• ütközore való állításra, a megfogó és befogó
  készülékek muködtetésére, gyors
• muködésre használják. Az arányos pneumatikus
  technikával a mechatronikai
• berendezésekben való felhasználás kiszélesedett.
• A pneumatikus és hidraulikus aktuátorok
  összehasonlítása
• A levego nagymértékben összenyomható. A
  pneumatikával kifejtheto ero és
• nyomaték kicsi, ero- nyomaték-sebesség
  szabályozhatóságuk jó, de terhelés
• független sebesség nem biztosítható. Az áramlási
  sebesség, az aktuátor
• muködési sebessége (0,01-1,4 m/sec) magas a
  hidraulikushoz (0,2 m/sec)
• képest. Pneumatikus rendszerekben az 1 bar-ig
  terjedo nyomást vezérlési
• feladatokhoz, a 6-10 bar nyomást aktuátorok
  muködtetésére használják.

37

• Hidraulikus rendszerekben az aktuátorokat kis
  (30-60 bar), közepes (160 bar-
• ig) és nagy (420 bar-ig) nyomással muködtethetik.
• A pneumatikus körfolyamok nyitottak, mivel a
  munkaközeg a környezetbol
• kerül a rendszerbe és onnan a környezetbe kerül
  vissza. A hidraulikus
• körfolyamokban a munkaközeg (a folyadék) zárt
  körforgást végez, tartályból
• kerül a rendszerbe és onnan mindig a tartályba
  jut vissza. Továbbiakban a
• hidraulikus körfolyamokat tárgyaljuk.
• A hidraulikus körfolyamok építoegységei
• Az aktuátorok muködtetésére körfolyamok
  szolgálnak, amelyek fo egységei
• Szivattyúk állandó, vagy változtatható térfogat
  kiszorítással, illetve egy, vagy
• két szállítási iránnyal (4 változat) (19.a ábra).
  Típusaik fogaskerekes,
• csavarorsós, csúszólapátos, axiál- és
  radiáldugattyús.
• Motorok forgó, vagy lengo mozgással állandó, vagy
  változtatható térfogat
• kiszorítással, egy vagy két szállítási iránnyal
  (19.b ábra).

38
Hidraulikus szivattyúk, motorok
19.a ábra Szivattyúk
19.b ábra Forgó motorok
19.d ábra Akkumulátor, tartály
19.c ábra Lineáris motorok
39

• Motorok lineáris mozgással (munkahengerek)
  egyszeres vagy kettos
• muködtetéssel, egy- vagy kétoldali dugattyúrúddal
  (19.c ábra), teleszkóposak.
• Akkumulátorok (térfogat kiegyenlítési
  feladatokra) (19.d ábra).
• Irányító elemek
• Áramlásirányítók, mint útváltó- útirányító
  szelepek.
• Mennyiségirányítók (térfogatáram irányítók), mint
  a fojtószelep és a mennyiségállandósító szelepek.
• Nyomásirányítók, mint például a nyomáshatárolók,
  nyomáscsökkentok
• Tartályok, szurok, hocserélok, vezetékek,
  csatlakozók, kiegészíto elemek.
• Szelepek jelképei (20.a, b ábra)
• A szelepek jele négyzet, amelybol annyit
  rajzolnak egymás mellé, ahány
• x szelepállás (1, 2, 3) van. Ha van a szelepnek
  nyugalmi alaphelyzete,
• akkor a csatlakozó vezetékeket ott kell jelölni.
  Az útszelephez csatlakozó
• vezetékek (csatornák) y száma 2, 3, 4, 5, 6, 8
  (elsosorban mobil
• hidraulikában) lehet. A szelepeket a csatornák és
  helyzetek (pozíciók)
• száma szerint adják meg (y/x) pl. 2/2, 3/2, 4/3,
  5/3.

40

• A szelep összekötött csatornáit a négyzetbe
  rajzolt összeköto vonal (nyíl az
• áramlás irányába mutat), a lezárt csatlakozásokat
  a megszakított vonalak
• végeibe rajzolt keresztvonal jelöli.
• Szelepmuködtetés (20.c ábra)
• A szelepek muködtetésének szimbólumait a szelep
  két végén a
• csatlakozásokra merolegesen adják meg. A
  muködtetés módjai kézi,
• elektromágnes, gépi, rúgó, fluid közeg,
  elovezérelt.
• Áramlásirányító (útváltó, útirányító) szelepek
  (20.d, e ábra)
• A 20.d, e ábrák különbözo útváltó szelepek
  szimbolikus rajzait mutatják a
• lehetséges gazdag választékból. A 20.f ábrák egy
  egyszeru és egy kettos
• vezérelt útirányító (visszacsapó) szelep
  szimbolikus rajzát mutatja. A kettos
• vezérelt visszacsapó szelep feladata a
  munkahengert valamely, a véghelyzetek
• közötti állapotban megtartani, akár terhelés
  ellenében is.

41
20.a ábra Szelep állások, csatornák
20.b ábra Szelepcsatornák összekötése
20.c ábra Muködtetési módok
20.d ábra Útszelepek
42
20.e ábra Útszelepek
20.f ábra Visszacsapószelepek
21.a ábra Fojtó, fojtó-visszacsapó,
áramállandósító szelepek
21.b ábra Nyomáshatároló
21.c ábra Nyomáscsökkento
43

• Térfogatáram irányítók
• Fojtószelep beállítható fojtással. A folyadékáram
  a terheléstol és a folyadék
• viszkozitásától függoen változik.
• Fojtó-visszacsapó szelepnél fojtóhatás csak egy
  irányban érvényesül.
• A fojtószelepek beömlo, vagy kiömlo ágban
  egyaránt elhelyezkedhetnek.
• Áramállandósító szelep a terheléstol független
  sebesség biztosítására.
• Nyomásirányítók nyomáshatárolók,
  nyomáscsökkentok
• Nyomáshatárolók a rendszernyomást határolják le,
  kiinduláskor zártak (21.b)
• Nyomáscsökkentok feladata a technológiai nyomás
  biztosítása,
• kiindulási helyzetükben nyitottak (21.c ábra).
• Kapcsolási rajz a körfolyam felépítését mutatja
  (22. ábra).
• A hidraulikus rendszerek egyik fontos része a
  tápegység. A 22. ábra bal felso
• része egy lehetséges tápegység kialakítást
  szemléltet, amelynek jelölései M
• motor, Sz-szivattyú, V-visszacsapószelep,
  Ny-nyomáscsökkento,
• A-akkumulátor, G-golyósszelep, S-szuro.

44
22. ábra Kapcsolási rajzok
45

• A tápegység általában több hidraulikus motor
  ellátását biztosítja. Az ábra
• további részein egy 4/3 útváltóval irányított
  differenciáldugattyús henger
• muködtetése látható az útváltó három lehetséges
  állásánál. A különbözo
• terheléseknél szükséges egyenletes sebesség
  biztosításáról az útváltó elott a
• nyomóágba kötött térfogatáram-állandósító szelep
  gondoskodik.
• Hidraulikus vezérelt és szabályozott aktuátorok
• Az aktuátorok szabályozott muködtetése szervo- és
  arányos technikával
• történik. Szervoszelepekkel magasabb muszaki
  követelmények elégíthetok ki,
• beszerzési és üzemeltetési költségeik viszont
  magasabbak, mint az arányos
• szelepeké, amelyeket elsosorban vezérlési
  feladatokra használnak.
• Szervoszelepek
• A szervoszelepek egy, illetve több fokozatú
  erosítok. A kis energiaszintu
• irányító jellel és a hozzá tartozó kis értéku
  elmozdulással (x) nagy hidraulikus
• kimeno teljesítmények irányíthatók. Több fokozat
  soros kapcsolásakor pontos
• szabályozás valósítható meg, az erosítési tényezo
  akár 107 értéket is elérheti.
• A fokozatok száma annál magasabb, minél nagyobb a
  rendszer teljesítménye.

46

• Hidraulikus erosítok
• A hidraulikus erosíto- és irányító elemek
  jellemzoje, hogy két- vagy több
• állandó és/vagy változtatható fojtással
  (ellenállással), fokozatmentesen
• irányítják kimenetükön a térfogatáram nagyságát,
  útját (irányát), vagy a
• nyomást. Hidraulikus erosítokben a fojtást
  leggyakrabban tolattyú, vagy
• fúvókatorlólemez szerkezet valósítja meg (23.
  ábra). A tolattyús erosítok
• negatív, zérus és pozitív túlfedésuek (23. ábra),
  míg a fúvóka-torlólemez
• képezte fojtás negatív túlfedésu. A hidraulikus
  erosítok fojtásai a fogyasztóval
• hídkapcsolást alkotnak. A félhídban lévo
  ellenállás párok (R1-R3 és R2-R4) a
• motor egy-egy oldalát irányítják (24. ábra). Az
  egyes párok ellenállásainak
• kombinációi változó-változó, állandó-változó,
  változó-állandó. A torlólemez
• a két fúvókával, mint egy-egy változó fojtással
  (R1, R2) és a két fix fojtással
• (R3, R4) hidraulikus hídkapcsolást alkot (25.
  ábra).

47

• A két- vagy többfokozatú erosítok elso fokozata
  mindig fúvókás-torlólemezes
• azután tolattyús. Kétfokozatú erosítonél a
  visszacsatolás lehet pl. hidraulikus,
• elektromos, vagy mechanikus (26. ábra) (illetve
  merev vagy nem merev).
• Szabályozott hajtásnál (több fokozatnál) a
  fotolattyú helyzetét mérik.
• Motor fordulatszám változtatás módszerei
• A fordulatszám változtatás történhet primer,
  illetve szivattyú állítással, vagy
• szekunder, illetve motor állítással
  fokozatmentesen és fokozatosan (27. ábra).
• A fokozatmentes állítás eszközei a belso
  ellenállás (fojtás), vagy a motor,
• illetve szivattyú fajlagos jellemzoinek (Vg
  cm3/ford) változtatása. A 28. ábra
• a hidromotor fordulatszám (sebesség)
  szabályozására mutat példákat
• a szivattyú (primer), vagy a motor (szekunder)
  fajlagos munkatérfogatának
• állításával, vagy fojtás állításával az 1, 2,
  vagy 3 helyeken (28.a ábra), vagy a
• szivattyú fajlagos munka térfogatának (primer)
  állításával (28.b ábra), ahol az
• állítást szervoszeleppel irányított henger végzi.
  A szervoszeleppel (arányos
• szeleppel) a vezérlo áramon (I) keresztül
  irányított hidromotor fordulatszám
• állítás (primer) a külso gerjesztésu egyenáramú
  motor kapocsfeszültség (U)
• szabályozásával vetheto össze (28.c)

48
24. ábra Hidraulikus hídkapcsolás
23. ábra Erosítok
25. ábra Fúvóka-torlólemez erosíto
26. ábra Kétfokozatú erosíto
49

• Arányos szelepek
• Az arányos szelepek arányos (egyenáramú) mágnesei
  a hidraulikus szelep
• vezérlését végezhetik közvetlenül (ero-vagy
  elmozdulás vezérelt), vagy
• közvetetten (elovezérelt). A 29.a ábra 4/3-as
  elovezérelt arányos útváltó, a
• 29.b ábra áramirányító, a 29.c ábra
  nyomásirányító szelepek egyszerusített
• szimbólumait mutatja. Az arányos mágneses
  elmozdulás vezérlésnél (29.d
• ábra) az elektromágnes által létrehozott, a
  vasmagot kitéríto erot rúgóero
• egyenlíti ki, a kívánt helyzet szabályozással
  hozható létre. Erovezérlésnél
• a vasmag közvetlenül hat a hidraulikus elemre.
• Merev visszavezetésu erosítok
• Alkalmazásuk másolóberendezéseken történik,
  kialakításuk tolattyús erosítos.
• A tolattyús erosíto háza és a munkahenger mozgó
  része mereven összekötött,
• ennek következtében a henger köpenye követi a
  tolattyú mozgását (negatív
• visszacsatolás). A fojtások számától, típusától
  függoen lehetnek egy- két- és
• négyél vezérlésuek (30. ábra). A vezérlo élek
  számának növekedésével az
• erosítési tényezo no, az állandósult állapotbeli
  hiba csökken. Ugyanakkor a
• rendszer idoállandója no, csillapítási tényezoje
  és stabilitása csökken.

50
28.a ábra Állítás szivattyúval,
motorral, illetve fojtással
27. ábra Primer, szekunder állítás
28.b ábra Primer állításmegoldás
28.c ábra Egyenáramú motoros és hidraulikus
fordulatszám állítás analógia
51
29.b ábra Arányos közvetlen áramirányító
29.a ábra 4/3-as elovezérelt
arányos útváltó
29.c ábra Arányos, közvetlen
nyomáscsökkento
29.d ábra Elmozdulás- és erovezérlés
52
30. ábra Merev visszavezetésu erosítok
53

• 4. Villamos aktuátorok
• Csak a mozgást eloidézo elektromos és mágneses
  aktuátorokat tárgyaljuk.
• 4.1 Villamos motorok- A kétmágnes elv
• A villamos gépekben keletkezo nyomaték, a mozgás
  létrehozása két mágnes
• egymásra hatásával szemléltetheto. A 31. ábra egy
  közös forgástengellyel
• rendelkezo belso és külso, hengergyuru alakú,
  északi (É) és déli (D)
• pólusokkal rendelkezo mágnest mutat. A mágnesek
  között d légrés található.
• Nyugalmi állapotban a belso és külso mágnesek
  ellentétes mágnes pólusai
• szemben állnak, mivel az ellentétes pólusok
  vonzzák egymást. Gondolatban
• forgassuk el a külso mágnest, a belso mágnes az
  elmozdítást követi. A külso,
• vagy a belso mágnes egyenletes forgatása a másik
  mágnes folytonos forgó
• mozgását eredményezi. A két oldalra ható
  elektromágneses nyomaték
• egyenlo, de ellentétes irányú.

54

• A nyomaték nagyságát a két mágnes mágneses
  tengelyei által bezárt b szög, a
• terhelési szög jellemzi. Stabil állapot és zérus
  nyomaték b0O-nál, maximális
• nyomaték b90O -nál, labilis helyzet és zérus
  nyomaték b180O -nál adódik.
• A villamos gépek állandósult üzemének
  (nyomatékának) feltétele két
• együttforgó mágneses mezo megléte. A motor csak
  addig muködoképes, a két
• oldal csak addig fejt ki nyomatékot egymásra,
  amíg az együttjárás megvalósul
• és azt a pólusok egymáshoz viszonyított helyzete
  biztosítja. Az egyes forgó
• (lineáris) motortípusok az álló és forgórészek
  pólus rendszereinek
• kialakításában és a mágnesek keletkezésének
  módjában különböznek
• egymástól. A F fluxus, az I áram eloállítási
  módja és a ? terhelési szög
• alakulása attól függ, hogyan keletkezik az egyik
  illetve a másik mágnes.
• Motortípusok
• Forgó és lineáris egyenáramú, szinkron,
  aszinkron, léptetomotor.

55

• A motorok fordulatszáma, sebessége
  fokozatmentesen állítható és legtöbbször
• 4/4-es hajtással rendelkeznek (33. ábra). A motor
  funkcióösszevonást valósít
• meg azzal, hogy mindkét irányban létrehozható
  forgás és fékezés.
• Természetesen lehet 2/4-es és 1/4-es táplálás is.
  A szabályozott elektro-
• mechanikus hajtás funkcióvázlatát a 34. ábra
  mutatja.
• Egyenáramú gépek
• A külso gerjesztésu, kefe-kommutátoros egyenáramú
  motor egyszerusített
• kapcsolási vázlatát a 35. ábra szemlélteti. A
  motor armatúrakör egyenlete
• A motor armatúra (forgórész) tekercseiben az
  állórész mágneses mezo ?
• fluxusa által indukált Ub belso feszültség ?m
  motortengely szögsebességnél és
• k motorállandónál

56
31. ábra Kétmágnes elv
32. ábra Szinkron gép jelleggörbéje
33. ábra Villamos gépek hajtási negyedei
34. ábra Szabályozott elektromechanikus hajtás
funkcióvázlata
57

• Az elektromágneses motor nyomatéka
• Primer és szekunder fordulatszám szabályozás
• Primer fordulatszám (kapocsfeszültség)
  szabályozáskor a fluxus Fnévl értéku,
• az U kapocsfeszültség növelésével Unévl-ig a
  fordulatszám egyenes arányban
• no. Az I. tartomány szabályozhatósága SzI10-50,
  attól függoen, hogy a
• motor általános rendeltetésu, vagy szervomotor .
• Szekunder fordulatszám (mezogyengítéses,
  fluxuscsökkentéses)
• szabályozáskor a kapocsfeszültség Unévl értéku, a
  F fluxus csökkentésével a
• fordulatszám fordítottan változik, azaz no. A II.
  tartomány szabályozhatósága
• SzII4-5.
• Vegyes fordulatszám szabályozáskor az U és a F
  egyaránt csökken. A III.
• tartomány szabályozhatósága SzIII.1,2-1,3.

58

• A 36. és 37. ábra szemlélteti a fordulatszám
  szabályozás egyes módjainak
• megfelelo, a motorra jellemzo, teljesítmény és
  nyomaték határ diagrammokat,
• A 37. ábra logaritmikus léptéku.
• Állandó mágnesu egyenáramú motorok
• Az egyenáramú motorok álló- vagy forgórésze
  állandó mágnessel is készülhet.
• Az állórészükön állandó (permanens) mágneses
  motorok többségükben
• kisteljesítményu törpemotorok, amelyek fluxusa
  állandó.
• A forgórészükön permanens mágneses motorok az
  egyszeru egyenáramú
• motor kifordításával képzelhetok el. A forgórész
  helyére kerülo állórész ekkor
• állandó mágnesu (Fáll), a nagy mágneses térerot
  kerámia mágnesek
• biztosítják. A kialakításból adódóan ezek kefe
  és kommutátor nélküli
• motorok, melyeket elektronikus kommutációjú, vagy
  szinkron motornak is
• neveznek.

59
35. ábra Az egyenáramú motor egyszerusített
kapcsolása
36. ábra Teljesítmény és nyomaték határdiagramok
37. ábra Logaritmikus teljesítmény és nyomaték
határdiagramok
60

• Az állórész legtöbbször három- vagy négyfázisú
  tekercselését a fordulat-
• iránynak megfelelo sorrendben kommutáló
  tranzisztorok kapcsolják az
• egyenáramú hálózathoz a forgórész helyzetétol
  függoen, amelyet pl. Hall
• elemek mérnek.
• Szinkron motorok
• A szinkron gépek állórésze rendszerint
  háromfázisú (az indukciós gépekhez
• hasonló), forgórésze pedig valamilyen állandó
  mágnes. Itt ismerheto fel
• legtisztábban a kétmágnes elv, a két mágnes, a
  mágneses tengelyek és a
• terhelési szög. Az állórészen állandó mágnessel
  kialakított egyenáramú géphez
• hasonlóság alapján (álló és forgórész csere)
  kefenélküli egyenáramú gépnek
• is nevezik, ahol a háromfázisú táplálás az
  elektronikus kommutációval vetheto
• össze. A forgó szinkronmotor elvi felépítését a
  38. ábra szemlélteti. A szinkron
• motor, azaz a két mágnes egymásra nyomatékot csak
  akkor fejt ki, ha a forgó
• mágneses mezovel a forgórész együtt, szinkron
  forog. Állandó terhelo
• nyomatéknál a forgó mezo és rotor között ?
  terhelési szög alakul ki.
• Túlterhelésnél a motor szinkronból kieshet.

61

• Szinkronmotorok fajtái
• A hiszterézis (veszteség) motorokat a
  finommechanikában használják,
• teljesítményük kicsi (50?100 W).
• Az állandó mágnesu szinkron motorokat elsosorban
  elotoló, pozicionáló
• hajtásokban, robothajtásokban használják.
  fordulatszámtartásuk jó,
• teljesítményük 0,5-10 kW.
• A reluktancia motorok a pólusok irányában és arra
  meroleges irányban eltéro
• mágneses ellenállást (reluktanciát) használják
  ki, ezért kiálló pólusokkal
• készülnek. Teljesítményük 50?200 W.
• Szinkronmotorokkal több hajtás együttfutása
  egyszeruen biztosítható 11
• hajtóviszonyú elektronikus kinematikai lánccal. A
  fokozatmentes
• fordulatszám állítás frekvenciaváltoztatással,
  pl. közbülso egyenáramú körös
• frekvenciaváltóval történik (39. ábra). Az
  egyenáramú gépekhez viszonyítva
• jó a fordulatszám tartásuk, dinamikájuk, magas
  fordulatszámnál rövid ideig
• túlterhelhetok és nincs kommutációs probléma. A
  magasabb fordulatokat
• korlátozza a forgó mágnesekre ható röpíto ero.

62
39. ábra Közbenso egyenáramú körös
frekvenciaváltó
38. ábra Szinkronmotor egyszerusített felépítése
40. ábra Aszinkronmotor nyomaték
diagramja
63

• Aszinkron motorok
• A legszélesebb körben alkalmazott villamos
  forgógép, amelynek fo jellemzoi
• háromfázisú váltóáramú táplálás, egyszeru
  szerkezeti felépítés, nagy
• választék, kis karbantartás igény, kis
  tehetetlenségi nyomaték. Az állandó
• teljesítményu tartományban lényegesen magasabb
  fordulatszámok érhetok el,
• ui. nincsenek kommutációs problémák. Az
  aszinkronmotorok alkalmazását
• jelentosen kiszélesítette a jó minoségu,
  megbízható frekvenciaváltók- és
• szabályozók kifejlesztése. A szokásos
  frekvenciasáv 0?400 Hz, de igény
• esetén több kHz-es feszültség és ezáltal magas
  fordulat állítható elo.
• Igényesebb hajtásoknál a motor kialakítása,
  vasmag anyagminosége, stb. eltér
• a szokásos aszinkron gépekétol. Az aszinkron
  motorok nyomaték fordulatszám
• (szlip) jellegörbéje a 40. ábrán látható. A
  motorok nn névleges fordulatszáma,
• különbözo pl. 850, 1000, 1150, 1500, 1800, f/perc
  lehet. A motornyomaték és
• a fordulat az alábbi összefüggésekkel írható
  fel, ahol K a gépállandó, U a
• feszültség, f a frekvencia, p póluspárok száma,
  s, sB szlip

64

• Az aszinkron motorokra is jellemzo teljesítmény
  és nyomaték határdiagramok
• a 36. és 37. ábra szerintiek. A közbenso
  egyenáramú körös frekvenciaváltók
• mellett (39. ábra) az un. mezoorientált (vektor
  kontroll) fordulatszám
• szabályozás terjed. Ennek oka a tranziens üzem
  kedvezo jellemzoi, jó
• fordulatszámtartás és a fordulatszám gyors és
  lengésmentes beállítása.
• Léptetomotorok
• Muködésük a szinkrongépekhez, reluktancia
  motorokhoz hasonló, állórészük
• kiálló pólusú (2, 3, 4, 5), szimmetrikus, vagy
  aszimmetrikus alakú. A
• pólusokat tekercsekbe vezetett egyenáram
  gerjeszti vezérléstol függoen, az
• eredo mágneses mezo csak diszkrét helyzeteket
  foglalhat el.
• Szinkrongépeknél a mezo állandó szögsebességgel
  forog. A forgórész állandó
• mágnesu (gerjesztett), vagy gerjesztetlen
  (lágyvas) és különbözo alaki
• jellemzokkel épülhet.

65

• A váltakozó (bipoláris), vagy azonos (unipoláris)
  polaritású vezérlések közül
• bipoláris kapcsolást szemléltet a 41. ábra, ahol
  a fázistekercs két szembenálló
• póluson helyezkedik el. Az álló- és forgórész
  pólusok száma eltéro lehet. Az
• a lépésszög, zforg-a forgórész pólusok, m-a
  fázisok száma
• Direkt hajtások
• Direkt hajtásnak nevezzük azokat a megoldásokat,
  amelyeknél az aktuátor
• mozgását közvetlenül a motor mozgásához kötjük,
  azaz nincs közbeiktatott
• mozgásátalakító. Forgó mozgású motoroknál az
  aktuátor közvetlenül a
• motortengelyre szerelt (9.c ábra). Egy motororsó
  megoldást részletesen is
• szemléltet a 42. ábra. A haladó mozgású közvetett
  és közvetlen hajtású
• szánmozgatás összehasonlítása a 43. ábrán
  látható. A lineáris motor elvi
• kialakítása a felnyitott és kiterített
  forgómotorokból vezetheto le (44. ábra),
• legelterjedtebbek az aszinkron típusok. A PASIM
  Direktantriebe GmbH
• kivitelezett megoldását a 45. ábra szemlélteti.
  Kivitelük lehet egyoldali,
• kétoldali, vagy henger alakú (szolenoid).

66

• Motortípusok, szabályozások.
• A szabályozott teljesítmény- és kinematikai
  hajtásokban található motorok
• szerkezeti kialakításukban, tulajdonságaikban
  jelentosen eltérnek.
• A hajtásszabályozások alapveto típusai
  Sebességszabályozás a szabályozott
• jellemzo fordulat, sebesség. Helyzetszabályozás
  a szabályozott jellemzok az
• elmozdulás és a fordulat, vagy sebesség. A
  szabályozott és egymással
• összefüggo tengelyek száma 1-6 lehet, jelölésük
  1D-6D.
• Elektronikus kinematikai láncok (EKL), vagy más
  néven Master-Slave
• (Mester-Szolga) hajtások kinematikailag
  összefüggo mozgásokhoz
• szolgálnak.
• 4.2 Villamos készülékek
• A villamos készülékek a mechatronikai
  berendezések villamos motorokon
• kívüli nélkülözhetetlen elemei, amelyek az
  elektromechanikus, villamos és
• fluidmechanikai rendszerekben használatosak.
  Ehelyütt néhány alapveto elem
• bemutatására vállalkozhatunk az elmozdulást végzo
  kisfeszültségu elemekbol.

67
41. ábra Léptetomotor bipoláris táplálása és
elvi kapcsolása
42. ábra Direkt hajtású orsó
68
43. ábra Szánmozgatási módok
44. ábra Lineáris motor modell
69
Szán
Méroegység
Motor mozgórész
Motor állórész
Gránitágy
45. ábra PASIM GmbH direkt lineáris hajtása
70

• A készülékek többféleképpen rendszerezhetok.
• Kapcsoló, vagy analóg típusú készülékek. A
  kapcsoló típusokon belül
• lehetnek muködteto (pl. elektromágnesek,
  mágneskapcsolók, segédrelék,
• idorelék, stb.) és érzékelo (végállás kapcsolók)
  készülékek. A készülékek
• lehetnek húzó, vagy nyomó üzemmódúak, váltó-vagy
  egyenárammal
• muködtetettek, behúzásra, vagy elengedésre
  késleltetettek, stb.
• A 46.a ábra mágneskapcsoló (kontaktor) elvi
  felépítését mutatja, ahol 1-a
• muködteto mágnes és tekercse, 2-a mágnes mozgó
  részét kikapcsoló rugó, 3
• érintkezok, 4-mozgó érintkezot feszíto rugó.
• A 46.b ábra relé alkalmazására mutat példát,
  rendszerint segédáramkörökben.
• A 46.c ábra a hengeres (szolenoid) kialakítású
  elektromágnes elvi kialakítását
• szemlélteti, ahol 1-fémház (vas), 2-tekercs,
  3-vasmag, 4-ütközo, 5-a
• muködtetett elem. A táplálás váltó-vagy
  egyenáramú, az elektromágnes
• nyomó, vagy húzó. Alkalmazásukra pl. a
  fluidmechanikai szelepek
• muködtetése említhetok, löketük maximum 20-25
  mm-ig terjed.

71

• A 46.d ábra egy kétállapotú (bistabil) hengeres
  elektromágnes kialakítását
• mutatja, ahol 1-fémház, 2-tekercs, 3-állandó
  mágnes, 4- tekercs. Alkalmazása
• gépkocsik központi zárrendszerének muködtetésére,
  vagy a fluidtechnikában
• impulzus szelepek két állapotának kapcsolására.
• További elektromágnes alkalmazások
• Súrlódó lemezes elektromágneses tengelykapcsolók,
  fékek
• Az elektromágnessel muködtetett elektromechanikus
  tengelykapcsolók, fékek
• lehetnek erozárók egy, vagy több súrlódó lemezzel
  és alakzárók fogakkal.
• Indukciós tengelykapcsolók, fékek.
• Lényegében aszinkrongép. A primer forgórész
  gerjeszto tekercseit
• csúszógyurun keresztül táplálják, a szekunder
  rész a forgórészt szlippel
• követi, ami terhelésfüggo. Hátrányuk a melegedés.
• Mágnesporos tengelykapcsolók
• A két tengelykapcsoló fél között mágnesezheto és
  kenoanyagban
• elhelyezkedo vaspor teremt kapcsolatot
  gerjesztéskor.

72
46.b ábra Relé
46.a ábra Mágneskapcsoló elvi
felépítése
46.c ábra Hengeres (szolenoid)
elektromágnes
46.d ábra Kétállapotú hengeres
elektromágnes
73

• 4.3 Új típusú villamos aktuátorok
• Piezoelektromos, Elektrostriktív (elektromos tér
  hatására szimmetrikus
• kristályok alakváltozása) Magnetostriktív
  (mágneses térbe helyezett
• ferromágneses anyagok (kristályok)
  alakváltozása), Elektrorheologiai
• (elektromos mezobe helyezett folyadék viszkozitás
  értékének növekedése),
• Magnetorheologiai (mágneses mezobe helyezett
  egyes folyadékok viszkozitás
• értékének növekedése), Ikerfémek (hobimetállok),
  Emlékezo fémek,
• Térfogatváltoztató anyagok.
• A felsoroltakból a piezoelektromos aktuátorokat
  érintjük röviden.
• Teljesítményerosítésük jobb, mint a
  elektrostriktív és magnetostriktív
• aktuátoroknak, gyors muködésuek, nagy erok
  állíthatók elo, kopásmentesek,
• viszonylag kis elmozdulások jellemzik. Muszaki
  paramétereik
• Umax800?1000 V, Dl70?200 mm, s ?1800-2000
  N/mm, w02?50 kHz,
• wg0,8w0 h50. A piezohatás lényege a
  piezokristály hossza elektromos
• feszültség hatására az elektromos mezo irányában
  megváltozik (no). Ha az
• elmozdulás korlátozott, akkor a hatás ero
  alakjában jelenik meg.

74

• A jelenség fordítottját a piezoelektromos
  méréstechnika használja.
• Kristályanyag lehet természetes pl. kvarc (SiO2),
  vagy mesterséges, mint pl. a
• báriummal bíró különbözo összetételu kristályok.
• A piezoelektromos hatásmechanizmus alapján, a
  kristályok anizotróp
• tulajdonsága miatt, gerjesztéstol függoen (a
  kristályok alakváltozási
• irányainak megfelelo) két alaptípus létezik
  hosszirányú (longitudinális), azaz
• polarizációs tengelyirányú (47.a ábra), és
  keresztirányú (transzverzális),
• amely az elozore meroleges (47.b ábra). Legtöbb
  alkalmazásnál a feszültség a
• polarizációs irányba esik. Az elmozdulás arányos
  a feszültség nagyságával.
• Piezohatás addig van, amíg gerjesztés is van.
  Gyakorlati alkalmazásokra
• többrétegu piezoaktuátorokat alkalmaznak (48.
  ábra).
• A hosszirányban rétegelt kialakítás vékony
  piezokerámia lapokból áll,
• amelyek között vékony, sík fémelektródák
  találhatók a tápláláshoz. Ezeket
• hosszirányú alakváltozás jellemzi (48.a ábra).
• A keresztirányban, sávokban rétegelt
  kialakításnál a keresztirányú hatást
• használják ki (48.b ábra).
• Egyedi feladatokra szolgálnak a hajlító, bimorf
  (kettos) és hibrid aktuátorok.

75

• A piezoaktuátorok egyre szélesebb körben nyernek
  alkalmazást. Fo
• alkalmazási terület ott található, ahol kis és
  pontos elmozdulásokra, illetve
• nagy erokre van szükség. Példaként említhetok
  tükörbeállítások,
• szerkezetek hézagtalanítása, elofeszítése,
  nagypontosságú vezetések, pontos
• pozícionálások az aktuátorlánc különbözo helyeire
  (pl. szerszámba,
• golyósorsó-anya hajtásba) beépített
  pizoaktuátorral szubmikronos
• berendezéseknél.

76
a.,
b.,
47. ábra Piezoelektromos
hatásmechanizmus
48. ábra Piezoaktuátor kialakítások
a.,
b.,
77

• Összefoglalás
• Az oktatott tananyag megértése, számonkérése.
• Gyakorlati tréningek módjai példák keresése és
  bemutatása kinek-kinek a szakmai területérol.
• Kérdések külön lapon.
• További információk
• Actuator címszó alatt az interneten mintegy
  451000 cím található. Ezekben igen szélesköru
  mechatronikai oktatási anyagok, irodalmak,
  cikkek, alkalmazások és gyártmányismertetok
  találhatók.
• Könyvek részben elektronikus keresés nyomán,
  részben a megadott irodalomjegyzék alapján
  szerezhetok be.

78

• Az anyag elsajátítását segíto témajegyzék
• Az aktuátorok elhelyezkedése a mechatronikai
  rendszerben.
• Az aktuátorok fogalma.
• A mozgásinformáció leképzés.
• Relatív és elemi mozgások, szánok.
• Struktúrák, paraméterváltozatok, az építoszekrény
  elv.
• Energiaátalakítók, energiafajták, teljesítmény
  összefüggések.
• Mechanikai aktuátorok.
• Forgó-forgó mozgásátalakítók. Fogaskerekes
  hajtómuvek hézagtalanítás.
• Nagy lassítású hajtómuvek, alkalmazások.
• Forgó-haladó mozgásátalakítók.
• Golyósorsós hajtások, számítások.
• Haladó-forgó, haladó-haladó mozgásátalakítók.
• Fluidmechanikai aktuátorok, hidraulikus
  körfolyamok építoelemei.
• Hidraulikus szivattyúk, motorok.
• Irányító elemek és azok muködtetése.

79

• 16. Áramlásirányítók, mint útváltó- útirányító
  szelepek.
• 17. Mennyiségirányítók (térfogatáram irányítók),
  mint pl. a fojtószelep, és mennyiségállandósító
  szelepek.
• 18. Nyomásirányítók nyomáshatároló,
  nyomáscsökkento szelepek.
• Tápegység kialakítás körfolyamok.
• Vezérelt és szabályozott hidraulikus aktuátorok,
  erosítok.
• Hidraulikus motorok fordulatszám állítása.
• Arányos- és szervoszelepek, merev visszavezetésu
  erosítok.
• Villamos motorok, kétmágnes elv.
• Egyenáramú gépek.
• Szinkron gépek.
• Aszinkron gépek.
• Léptetomotorok.
• Direkt hajtások.
• Hajtási negyedek.
• Teljesítmény és nyomaték határgörbék,
  fordulatszám szabályozás.
• Villamos készülékek, elektromágnesek, relék,
  tengelykapcsolók, stb.
• Új típusú villamos aktuátorok.

80

• Irodalom
• 1 Baumüller Dokumentation LSE Baureihe
  Version 1
• 2 W. Bolton Mechatronics, Elektronic
  control systems in mechanical Engineering
• 3 B. Bork Linear-Direktantriebe in
  Werkzeugmaschinen, Darmstadt,
• Hua Gao Werkstatt und Betrieb, Band 131
  (1998) H. 7-8, S. 654-663
• 4 D.A. Bradley D. Dawson - N.C. Burd
  A.J. Loader Mechatronics, Chapman Hall
• 5 Devdas Richard Mechatronic System
  Design, PWS Publishing Company Boston, 1997
• 6 Excel-Csepel Szerszámgépgyártó Kft.
  Dokumentációk
• 7 FESTO Pneumatic Pneumatika alapválaszték
  Katalógus
• 8 Halász, S.-Hunyár, M.-Schmidt, I.
  Automatizált villamos hajtások II Muegy. Kiadó,
  1999
• 9 B. Heinmann W. Gerth _ K. Popp
  Mechatronik (Komponenten-MethodenBeispiele),
  Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag
  1998
• 10 G. Henneberger Linearantriebe für den
  industriellen Einsatz, Stand der Technik,
  Entwicklungstendenzen. Achen Internationale
  ETG-Tage 1999, Band 79, Seite 439-
• 11 R. Isermann MechatronischeSysteme-Grundla
  gen, Springer Verlag Berlin Heidelb, 1999
• 12 Ipsits I. Villamos automatikaelemek,
  Muszaki Könyvkiadó, Budapest
• 13 Juhász P. Lineáris motorok, Komplex
  tervezési feladat, Miskolc 2002
• 14 Kröell-Dulay I. Szerszámgépek
  hidraulikus rendszerei, Kézirat Tankönyvkiadó
  Bp., 1974
• 15 Kröell-Dulay I. Szerszámgépek
  automatizálása I., Kézirat, Nemzeti
  Tankönyvkiadó, 1993

81

• 16 Mannesmann-Rexroth AG Katalog 1998 (RD
  0 155-01, RD 0 155-02)
• 17 Mádai, F. Villamos hajtások, Oktatási
  segédlet, Kézirat, Miskolc 1999
• 18 Mádai, F. Egyenáramú és aszinkron
  motoros négynegyedes hajtás vizsgálata,Miskolc1995
  
• 19 G. Pritschow Linearmotor oder
  Kugelgewindetrieb? Stuttgart J. Bretschneider
  VDI- Zeitschrift Special, (2000) Heft 2,
  Seite 26-29
• 20 W. Roddeck Einführung in die
  Mechatronik, Teubner Stuttgart, 1997
• 21 Siemens AG. SIMODRIVE Projektierungsanleit
  ung Lineamotor (1FN1, 1FN3) München
• 22 Stefányi I. Szandtner K. Villamos
  kapcsolókészülékek, Tankönyvkiadó, Bp.1991
• 23 Szemerey Z. Kisfeszültségu
  kapcsolókészülékek, Muszaki könyvkiadó, 1990
• 24 Tajnafoi, J. Szerszámgéptervezés I.
  Kézirat, Tankönyvkiadó, Bp., 1973
• 25 Tajnafoi, J. Szerszámgéptervezés II.
  Kézirat, Kézirat, Tankönyvkiadó, Bp., 1990
• 26 Tajnafoi, J. Patkó, Gy. Takács, Gy.
  Hegedus, Gy.Visszavezeto-tag tájolása
  golyósorsók esetén, GÉP 2003/3-4. LIV. Évf.
  pp. 9- 12.
• 27 G. Vizi E. Jakab Latest Results in
  theMachining of Epicycloidal Gearing, Wesic,
  Miskolc, 2003 p.10
• 28 Vágó Ivánné Elektrotechnika, GAMF
  Kecskemét 1987
• 29 Weck, M. Werkzeugmaschinen
  Fertigungssystemen Band 2. VDI-Verlag GmbH, 1991
• 30 Juhász P. Lineáris motorok, Komplex
  tervezési feladat, Miskolc 2002
• 31 Ilene J. Busch Vishniac
  Elektromechanical Sensors and Actuators, Springer
  1998
• 33 www.ipi.uni-hannover.de/html/lehre...lomar
  beiten/1999/geisler.jens/aktoren