Development of rotary actuator

Kiertoliikettä voidaan tuottaa toimilaitteella, jossa työliikkeen suorittava mäntä on kytketty suurinousuiseen ruuviin, joka muuttaa aksiaalisen voiman ruuvin nousua vastaavaksi kiertymäksi. Tässä diplomityössä suunniteltiin ja valmistettiin monivaiheinen hydraulinen kiertotoimilaite, jonka toimintaperiaate oli esitetty työnantajayrityksen tekemässä patenttihakemuksessa. Suunnittelun ja valmistuksen ohella tuotettiin laskentamalleja tukemaan ymmärtämistä prototyypin toimintaperiaatteella toimivien laitteiden käyttäytymisestä. Lisäksi kehitysprosessista saatua tietoa voidaan hyödyntää prototyypin toimintaperiaatetta hyödyntävien laitteiden valmistuksessa. Suunnittelun lähtökohtana käytettiin patenttihakemuksen ja mahdollisen käyttökohteen kiertolaitteelle asettamia ominaisuus- ja suorituskykyvaatimuksia. Vaatimusten perusteella tutkittiin ja valittiin käytettävät teknologiat ja komponentit. Prototyypistä laadittiin Simulink-malli, jolla tutkittiin järjestelmän osakokonaisuuksien toimintaa ennen lopullista työpiirustusten laatimista. Patenttihakemuksen toimintaperiaatteen perusteella suunniteltiin yksityiskohtaisesti tarvittava mekaniikka. Suunnitteluprosessin jälkeen koelaite valmistettiin ja kokoonpantiin testausta varten. Prototyyppiä testattiin laboratorio-olosuhteissa, joissa se todettiin toimivaksi. Testien perusteella laite saavutti suunnittelun aikana arvioidun suorituskyvyn. Lopuksi annettiin suosituksia laitteen kehitystyön jatkamiseksi, jotka tähtäävät laitteen kehittämiseen todelliseen sovelluskohteeseen.The rotational movement can be produced by an actuator, which includes a hydraulic cylinder and piston. This system is coupled to the high-pitched screw, which converts the axial force into rotational movement. This thesis project designed and implemented a prototype multiphase hydraulic rotary actuator which utilises the working principle specified in the patent application by the employer. Calculation models were produced to support the understanding of the prototype behaviour. In addition, the information obtained in the process of development can be utilized in the production of similar devices. The design of the rotary device was based on characteristics and performance requirements of the patent application. Furthermore, the possible environmental conditions of the actuator were taken into consideration. The requirements were also used to select applicable technologies and components. Before producing a more detailed design, a Simulink model system was developed for studying the operating principle. The detailed actuator design followed the principles explained in the patent. After the design process, an experimental apparatus was constructed for testing purposes. The prototype was tested under laboratory conditions where it was found to function as planned. Based on the tests, the prototype reached the designed performance. Finally, this thesis offers recommendations for the further development of the device, which would allow the production of a fully functioning device for real-life purposes