لطالما تمثّل التحدي الذي واجهته أنظمة الأتمتة الميكانيكية في الماضي في تحويل الحركة الدورانية الناتجة عن المحركات الكهربائية أو الميكانيكية إلى أشكال مفيدة من الحركة الخطية. وقد مثّل نظام السيور الناقلة إنجازًا بارزًا في هذا الصدد، إذ كان من أوائل التطبيقات العملية لتحويل الحركة الدورانية إلى خطية في بيئة الإنتاج. تستطيع هذه الأنظمة نقل مجموعة واسعة من المواد الخام وقطع العمل بكفاءة أعلى بكثير مما كان ممكنًا سابقًا باستخدام القوى الميكانيكية المباشرة، وهي ذات فائدة بالغة في بيئات الإنتاج.

اليوم، أثمرت الجهود الهندسية الكبيرة في مجال تحويل الحركة الدورانية عن فئة متنوعة من المحركات الميكانيكية الخطية، والتي تُستخدم في نطاق واسع من تطبيقات الأتمتة المتقدمة. ويكمن التحدي في اختيار المحرك المناسب للوظيفة المطلوبة، سواء أكانت مجرد نقل المواد الخام في بيئة التصنيع، أو بناء أنظمة حركة أكثر تطوراً مصممة لتحريك الأدوات إلى مواضع دقيقة.

لاختيار المحرك الميكانيكي الخطي المناسب، يجب مراعاة بعض الاعتبارات المهمة، مثل سعة التحميل المطلوبة، أو قوة الدفع، ومسافة الشوط اللازمة. وبينما تُعد هذه الاعتبارات أساسية، فإن اعتبارات أخرى، مثل أعباء الصيانة، تلعب دورًا هامًا أيضًا.

يُفرّق بين نوعين شائعين من المحركات الخطية الميكانيكية من خلال آليات تشغيلهما: المحركات التي تعمل بالسيور والمحركات التي تعمل ببراغي كروية. يُستخدم كلا النوعين في تطبيقات متشابهة، لكنهما يختلفان اختلافًا كبيرًا في الوظيفة. يتميز كل نوع بمزايا فريدة وقيود مهمة يجب مراعاتها بدقة عند اختيار المحرك.

المحركات التي تعمل بالسيور

يعمل المشغل المُدار بالحزام وفقًا لنفس مبادئ نظام الحزام الناقل. يحوّل نظام الحزام الحركة الدورانية إلى حركة خطية عبر حزام توقيت موصول بين بكرتين دائريتين. يُصنع حزام التوقيت عادةً من مادة مطاطية مُقوّاة بالألياف، ولكن تتوفر العديد من مواد الأحزمة الأخرى للتطبيقات الأكثر تطلبًا. يحتوي الحزام على أسنان تتداخل مع بكرات الدوار لنقل عزم الدوران بكفاءة ومنع الانزلاق. يُغلّف نظام الحزام داخل هيكل من الألومنيوم، بينما تتحرك العربة فوقه، وعادةً ما يكون موضع عمود الدوران عموديًا على جانب المشغل.

مشغلات تعمل ببراغي كروية

يُعدّ مبدأ عمل المشغل ذي البرغي الكروي تحسينًا جوهريًا على نظام التشغيل ذي البرغي الرصاصي. في المشغلات ذات البرغي الكروي، يُحرّك دوران البرغي الكروي صامولة الكرات/العربة المُثبّتة عليها، وذلك لأنّ نقطة التلامس بين المسمار والبرغي الكروي تُشكّل نظام محامل كروية، حيث تتدحرج كرات فولاذية مُقسّاة داخل الصامولة على طول مسار البرغي. وكما هو الحال في المشغل ذي الحزام، فإنّ مكونات التشغيل في المشغل ذي البرغي الكروي مُغلّفة داخل هيكل من الألومنيوم، بينما تتحرك العربة فوقه. وعلى عكس المشغلات ذات الحزام، تقع نقطة تلامس عمود الدوران في خط مستقيم مع البرغي الكروي، خارج نهاية المشغل.

نقاط القوة والقصور في كل منهما

تُفضّل المحركات التي تعمل بالسيور عمومًا في التطبيقات التي تتطلب مسافات حركة طويلة، حيث يمكن تحقيق ذلك بتكلفة أقل مقارنةً بالمحركات التي تعمل ببراغي كروية ذات طول مماثل. إضافةً إلى ذلك، يتميز المحرك الذي يعمل بالسيور بكفاءة أعلى عمومًا، لاحتوائه على عدد أقل من الأجزاء المتحركة الحساسة، مما يقلل من الجهد المبذول في الصيانة. مع ذلك، يُعدّ شدّ السير بشكل كافٍ أمرًا بالغ الأهمية لضمان نقل عزم الدوران بكفاءة، وعادةً ما يكون من الضروري إعادة شدّ السير دوريًا خلال فترات الصيانة.

بدلاً من ذلك، تشبه وحدة البرغي الكروي نظام محامل الكرات الدوارة، وبالتالي فهي قادرة على تحمل أحمال أعلى وتحقيق قوة دفع أكبر. لهذا السبب، تُعدّ المشغلات التي تعمل بالبرغي الكروي مثالية في التطبيقات التي تتطلب دقة عالية في تحديد موضع الأحمال الكبيرة والثقيلة. وقد يتطلب الأمر تزييت البرغي الكروي بشكل دوري، وذلك حسب تصميم المشغل.

تكشف مقارنة إضافية بين نوعي المشغلات عن عيوب أخرى للمشغل الذي يعمل بالحزام، على الرغم من بساطته وكفاءته. إذ يتطلب استخدام أحزمة أكثر سمكًا لتلبية متطلبات الأحمال/الدفع العالية. كما أن هذه الأحزمة عرضة لأحمال الصدمات، مع إمكانية التخفيف من هذا العيب إلى حد ما من خلال اختيار مواد الأحزمة بعناية، مما يزيد من متانتها على حساب مرونتها. بالإضافة إلى ذلك، ونظرًا لحساسية الحزام للاستطالة، تميل دقة تحديد المواقع في مشغلات البراغي الكروية إلى أن تكون أفضل من تلك في المشغلات التي تعمل بالحزام. ولهذا السبب، تُفضل المشغلات التي تعمل بالبراغي الكروية في التطبيقات التي تتطلب درجات عالية من الموثوقية والتكرار على مدى فترات زمنية طويلة. وتُعد هذه المشغلات الخيار الأمثل لمتطلبات التسارع والدفع العالية، حيث يكون بكرة الحزام عرضة للانزلاق عند الدوار تحت هذه المتطلبات المتكررة.

في الختام، تُعدّ المحركات التي تعمل ببراغي كروية الخيار الأمثل في التطبيقات التي تتطلب أحمالًا و/أو قوى دفع عالية، بالإضافة إلى دقة عالية في تحديد المواقع. مع ذلك، ونظرًا لكفاءتها العالية وبساطتها، تبقى المحركات التي تعمل بالسيور الخيار الأفضل للتطبيقات ذات الأحمال المنخفضة، لا سيما عند الحاجة إلى سرعات عالية. كما تُعدّ المحركات التي تعمل بالسيور حلاً اقتصاديًا فعالًا للتطبيقات ذات الأشواط الطويلة. على الرغم من أن مهمة الاختيار بين المحركات الميكانيكية التي تعمل بالسيور وتلك التي تعمل ببراغي كروية قد تبدو معقدة، إلا أن نقاط القوة والضعف في كل تصميم تُتيح خيارات واضحة لكل تطبيق على حدة.