طراحی تک رک در مقابل طراحی دو رک

عملگرهای رک اند پینیون در مقایسه با سایر مکانیسم‌های تبدیل برای تبدیل نیروی خطی به گشتاور چرخشی، وسیع‌ترین محدوده گشتاور و چرخش را ارائه می‌دهند. این نوع عملگرها راندمان مکانیکی بالایی دارند و گشتاورهایی که قادر به تولید آن هستند از چند نیوتن متر تا چند هزار نیوتن متر متغیر است.

با این حال، یکی از معایب بالقوه طراحی چرخ‌دنده‌های رک و پینیون، لقی است. لقی زمانی رخ می‌دهد که چرخ‌دنده‌های رک و پینیون کاملاً هم‌تراز نباشند و بین هر اتصال چرخ‌دنده، فاصله کمی وجود داشته باشد. این ناهم‌ترازی می‌تواند باعث سایش چرخ‌دنده‌ها در طول چرخه عمر محرک شود که به نوبه خود لقی را افزایش می‌دهد.

یک واحد دو قفسه‌ای از یک جفت قفسه در دو طرف مخالف پینیون استفاده می‌کند. این امر به از بین بردن لقی ناشی از نیروی مخالف کمک می‌کند و همچنین گشتاور خروجی واحد را دو برابر کرده و راندمان مکانیکی سیستم را افزایش می‌دهد. در محرک دو طرفه نشان داده شده در شکل 3، دو محفظه در طرفین با هوای تحت فشار پر شده‌اند که پیستون‌ها را به مرکز هل می‌دهند و برای بازگشت پیستون‌ها به موقعیت اولیه، محفظه در مرکز به نوبه خود تحت فشار قرار می‌گیرد.

عملکرد

عملگرهای پنوماتیکی رک اند پینیون می‌توانند تک‌اثره یا دواثره باشند. همچنین این عملگرها می‌توانند چندین توقف ایجاد کنند.

تک‌اثره در مقابل دواثره

در یک عملگر تک اثره، هوا فقط به یک طرف پیستون وارد می‌شود و مسئول حرکت پیستون فقط در یک جهت است. حرکت پیستون در جهت مخالف توسط یک فنر مکانیکی انجام می‌شود. عملگرهای تک اثره هوای فشرده را ذخیره می‌کنند، اما کار را فقط در یک جهت انجام می‌دهند. یکی از معایب سیلندرهای تک اثره، نیروی خروجی ناهماهنگ در طول یک کورس کامل به دلیل نیروی فنر مخالف است. شکل 4 یک عملگر چرخشی پنوماتیک دو قفسه‌ای تک اثره را نشان می‌دهد.

در یک عملگر دو طرفه، هوا به محفظه‌های دو طرف پیستون(ها) وارد می‌شود. فشار هوای بالاتر در یک طرف می‌تواند پیستون(ها) را به طرف دیگر براند. عملگرهای دو طرفه زمانی استفاده می‌شوند که نیاز به انجام کار در هر دو جهت باشد. شکل 5 یک عملگر چرخشی پنوماتیکی دو قفسه‌ای دو طرفه را نشان می‌دهد.

یکی از مزایای سیلندرهای دو طرفه، نیروی خروجی ثابت در تمام طول چرخش است. از معایب سیلندرهای دو طرفه نیاز آنها به هوای فشرده برای حرکت در هر دو جهت و عدم وجود موقعیت مشخص در صورت قطع برق یا فشار است.

موقعیت‌یابی چندگانه

برخی از عملگرهای چرخ‌دنده‌دار (Rack-and-pinion) قادرند با کنترل فشار در پورت‌ها، در چندین موقعیت در طول یک چرخش متوقف شوند. موقعیت‌های توقف می‌توانند به هر ترتیبی باشند و این امر به عملگر این امکان را می‌دهد که به صورت انتخابی از یک موقعیت توقف میانی عبور کند.

پیچ‌های توقف سفر

پیچ‌های توقف حرکت در کنار بدنه محرک قرار دارند (همانطور که در شکل 6 مشاهده می‌شود) و با محدود کردن چرخش چرخ‌دنده پینیون از داخل، امکان تنظیم موقعیت‌های انتهایی پیستون‌ها را فراهم می‌کنند. هنگام نصب محرک، هر دو پیچ توقف حرکت را تا زمانی که با کلاهک توقف حرکت تماس پیدا کنند، به داخل بچرخانید. پیچ توقف حرکت سمت چپ را تا زمانی که شیار پینیون قابل مشاهده در بالا به موقعیتی که موازی با طول بدنه محرک است، بچرخد، ادامه دهید.