Sistemi azionati da cinghia, azionati da vite a sfere, azionati da cremagliera e pignone, azionati da motore lineare, azionati da pneumatico.

Sono finiti i giorni in cui progettisti e 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 erano adatti alla loro applicazione. Oggi i produttori offrono sistemi basati su una vasta gamma di meccanismi di azionamento – viti a sfere, cinghie, cremagliere e pignoni, motori lineari e sistemi pneumatici – con opzioni di guida e alloggiamento adatte praticamente a qualsiasi applicazione, ambiente o vincolo di spazio. Il dilemma per gli ingegneri oggi non è tanto trovare un sistema che funzioni per la loro applicazione, quanto scegliere la soluzione migliore tra l'ampia gamma di configurazioni disponibili.

Sono stati creati numerosi strumenti per agevolare questo processo di selezione. In genere, si presentano sotto forma di tabelle che mostrano i parametri applicativi chiave in base al tipo di sistema, con simboli per valutare l'idoneità di ciascun sistema per ciascun parametro. Sebbene questa struttura fornisca un rapido riferimento visivo, non coglie alcuni dei dettagli più specifici relativi alle capacità e ai punti deboli di ciascun sistema. Nel tentativo di approfondire ulteriormente, la seguente panoramica esamina i punti di forza e i limiti specifici dei tipi più comuni di sistemi lineari preassemblati.

Sistemi a cinghia

I sistemi di trasmissione a cinghia sono probabilmente più noti 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 a ricircolo. Se abbinati a guide senza ricircolo, come rulli o ruote a camme, le cinghie possono in genere raggiungere velocità fino a 10 m/s. I sistemi a cinghia sono anche adatti ad ambienti difficili, poiché non presentano elementi volventi che potrebbero essere danneggiati dai detriti e il materiale in poliuretano della cinghia è in grado di resistere alla maggior parte dei tipi comuni di contaminazione chimica.

Lo svantaggio principale dei sistemi con trasmissione a cinghia è la loro tendenza ad allungarsi. Anche le cinghie rinforzate in acciaio, utilizzate dalla maggior parte dei produttori di sistemi, subiscono col tempo un certo allungamento, che ne compromette la ripetibilità e la precisione di spostamento. I sistemi con trasmissione a cinghia presentano inoltre una maggiore risonanza rispetto ad altri tipi di trasmissione, a causa dell'elasticità della cinghia. Sebbene una corretta messa a punto della trasmissione possa compensare questo inconveniente, le applicazioni con elevate velocità di accelerazione e decelerazione e/o carichi pesanti possono presentare tempi di assestamento indesiderati.

Sistemi azionati da viti a sfere

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

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

Sistemi a cremagliera e pignone

I sistemi a cremagliera e pignone generano elevate forze di spinta e possono farlo con lunghezze di corsa praticamente illimitate. Il loro design consente inoltre l'utilizzo di più carrelli sullo stesso sistema, il che è utile per le applicazioni che richiedono il movimento indipendente dei carrelli, come i grandi sistemi a portale nei settori del packaging e dell'automotive.

Sebbene siano disponibili sistemi a pignone e cremagliera di alta qualità e a gioco ridotto, in generale offrono una precisione di posizionamento inferiore rispetto ad altre opzioni di azionamento. Inoltre, a seconda del profilo dei denti e della qualità della lavorazione, i sistemi a pignone e cremagliera possono produrre un livello di rumorosità elevato 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 operazioni di posizionamento e movimentazione in settori come il confezionamento e l'assemblaggio. I costi inferiori hanno contribuito a questa tendenza, ma per gli ingegneri, le caratteristiche interessanti dei motori lineari sono l'elevata velocità, l'elevata precisione di posizionamento e la ridotta necessità di manutenzione. I motori lineari offrono inoltre la possibilità, come i sistemi a pignone e cremagliera, di integrare più carrelli indipendenti in un unico sistema.

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

Sistemi azionati pneumaticamente

Quando la fonte di trasmissione di potenza preferita è l'aria, i sistemi lineari pneumatici sono la soluzione ideale. Per un movimento semplice da 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 è racchiusa in un alloggiamento in alluminio, che consente l'integrazione di smorzatori di fine corsa e coperture protettive.

I sistemi pneumatici presentano la precisione e la rigidità più basse tra i tipi qui trattati, ma il loro limite principale è l'impossibilità di arrestarsi in posizioni intermedie.

Indipendentemente dall'applicazione, quando si considerano le opzioni tra i sistemi lineari preassemblati, è consigliabile iniziare con i quattro parametri applicativi principali: corsa, carico, velocità e precisione. Una volta determinata l'entità e l'importanza di questi criteri, altri parametri, come rumore, rigidità e fattori ambientali, possono contribuire a restringere il campo e a rendere meno dispendiosi in termini di tempo il dimensionamento e la selezione finali.