Azionamento a cinghia, azionamento con vite a ricircolo di sfere, azionamento a pignone e cremagliera, azionamento con motore lineare, sistemi ad azionamento pneumatico.

Sono finiti i giorni in cui i progettisti e i costruttori di macchine dovevano scegliere tra costruire il proprio sistema lineare da zero o accontentarsi di una gamma limitata di sistemi preassemblati che, nella maggior parte dei casi, non si adattavano perfettamente alla loro applicazione. Oggi i produttori offrono sistemi basati su una gamma di meccanismi di azionamento (viti a ricircolo di sfere, cinghie, pignoni e cremagliere, motori lineari e componenti pneumatici) con opzioni di guida e alloggiamento per adattarsi praticamente a qualsiasi applicazione, ambiente o vincolo di spazio. Il dilemma per gli ingegneri ora non è tanto trovare un sistema che funzioni per la loro applicazione, quanto piuttosto scegliere la soluzione migliore dall'ampia gamma di configurazioni disponibili.

Sono stati creati molti supporti per aiutare in questo processo di selezione. Solitamente assumono la forma di una tabella che mostra i parametri chiave dell'applicazione rispetto al tipo di sistema, con simboli per valutare l'idoneità di ciascun sistema per ciascun parametro. Sebbene questo layout fornisca un riferimento visivo rapido, non tiene conto di alcuni dei punti più fini delle capacità e dei punti deboli di ciascun sistema. Nel tentativo di scavare un po’ più a fondo, lo schema seguente esamina i punti di forza e i limiti specifici dei tipi più comuni di sistemi lineari preassemblati.

Sistemi con trasmissione a cinghia

I sistemi di trasmissione a cinghia sono probabilmente meglio riconosciuti per la loro capacità di percorrere lunghe distanze. Sono anche in grado di raggiungere velocità elevate, poiché i meccanismi di trasmissione a cinghia non utilizzano elementi di ricircolo. Se abbinati a guide non a ricircolo, come rulli o ruote, i nastri possono generalmente raggiungere velocità fino a 10 m/s. I sistemi con trasmissione a cinghia sono adatti anche per ambienti difficili, poiché non ci sono elementi volventi che possono essere danneggiati dai detriti e il materiale della cinghia in poliuretano può resistere ai tipi più comuni di contaminazione chimica.

Lo svantaggio principale dei sistemi con trasmissione a cinghia è che le cinghie si allungano. Anche le cinghie rinforzate in acciaio, utilizzate dalla maggior parte dei produttori di sistemi, prima o poi subiranno un certo allungamento, che compromette la ripetibilità e la precisione della corsa. I sistemi con trasmissione a cinghia hanno anche più risonanza rispetto ad altri tipi di trasmissione, a causa dell'elasticità della cinghia. Sebbene una corretta messa a punto dell'azionamento possa compensare questo problema, le applicazioni con velocità di accelerazione e decelerazione elevate e/o carichi pesanti potrebbero presentare tempi di assestamento indesiderati.

Sistemi azionati da viti a ricircolo di sfere

Per carichi di spinta elevati ed elevata precisione di posizionamento, i sistemi con vite a ricircolo di sfere sono generalmente la prima scelta. E per una buona ragione. Con le chiocciole precaricate, le viti a ricircolo di sfere garantiscono un movimento senza gioco e possono raggiungere precisione di posizionamento e ripetibilità molto elevate. I passi che vanno da 2 mm a 40+ mm consentono inoltre ai sistemi con viti a ricircolo di sfere di soddisfare un'ampia gamma di requisiti di velocità e possono impedire il backdriving nelle applicazioni verticali.

La lunghezza della corsa è il limite fondamentale dei sistemi con vite a ricircolo di sfere. All'aumentare della lunghezza della vite, la velocità consentita diminuisce, a causa della tendenza della vite a piegarsi sotto il proprio peso e a subire frustate. I supporti per viti a ricircolo di sfere possono contribuire a contrastare questo effetto, ma a scapito dello spazio e del costo complessivo del sistema.

Sistemi azionati da cremagliera e pignone

I sistemi a cremagliera e pignone producono elevate forze di spinta e possono farlo con lunghezze di corsa praticamente illimitate. Il loro design consente inoltre di utilizzare più carrelli sullo stesso sistema, il che è utile per applicazioni che richiedono che i carrelli si muovano in modo indipendente, come i grandi sistemi a portale nell'industria dell'imballaggio e automobilistica.

Sebbene siano disponibili sistemi a pignone e cremagliera di alta qualità e a gioco ridotto, in generale hanno una precisione di posizionamento inferiore rispetto ad altre opzioni di azionamento. Inoltre, a seconda del profilo del dente e della qualità della lavorazione, i sistemi azionati da pignone e cremagliera possono produrre un livello elevato di rumore rispetto ad altri sistemi lineari.

Sistemi azionati da motori lineari

Tradizionalmente considerati troppo costosi per la maggior parte delle applicazioni, i motori lineari vengono ora utilizzati per attività di posizionamento e movimentazione in settori quali l'imballaggio e l'assemblaggio. La riduzione dei costi ha contribuito a questa tendenza, ma per gli ingegneri le caratteristiche interessanti dei motori lineari sono la capacità di alta velocità, l’elevata precisione di posizionamento e i bassi requisiti di manutenzione. I motori lineari offrono anche la possibilità, come i sistemi a pignone e cremagliera, di integrare più carrelli indipendenti su un unico sistema.

Poiché non dispongono di componenti meccanici che impediscano la caduta del carico in condizioni di perdita di potenza, i motori lineari generalmente non sono consigliati per l'uso in applicazioni verticali. Il loro design aperto, insieme alla presenza di potenti magneti, li rende inoltre suscettibili alla contaminazione e ai detriti, in particolare a trucioli e trucioli metallici.

Sistemi ad azionamento pneumatico

Quando la fonte di trasmissione di potenza preferita è l’aria, i sistemi lineari pneumatici sono la soluzione ideale. Per un movimento semplice, punto a punto, i sistemi ad azionamento pneumatico possono rappresentare l'opzione più economica e semplice da integrare. La maggior parte dei sistemi lineari pneumatici sono racchiusi in un alloggiamento in alluminio, che consente di incorporare ammortizzatori finali e coperture protettive.

I sistemi pneumatici hanno la precisione e la rigidità più basse tra i tipi qui discussi, ma la loro limitazione principale è l'impossibilità di fermarsi in posizioni intermedie.

Indipendentemente dalla tua applicazione, quando consideri le opzioni tra i sistemi lineari preassemblati, inizia con i quattro parametri primari dell'applicazione: corsa, carico, velocità e precisione. Una volta determinate l'entità e l'importanza di questi criteri, altri parametri, come rumore, rigidità e fattori ambientali, possono aiutare a restringere il campo e rendere il dimensionamento e la selezione finali meno dispendiosi in termini di tempo.