Sistemi a trasmissione a cinghia, a vite a ricircolo di sfere, a cremagliera e pignone, a motore lineare, a funzionamento pneumatico.

Sono finiti i tempi in cui i progettisti e i costruttori di macchine dovevano scegliere tra costruire da zero il proprio sistema lineare 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 varietà di meccanismi di azionamento – viti a ricircolo di 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 ora non è tanto trovare un sistema che funzioni per la loro applicazione, quanto piuttosto scegliere la soluzione migliore tra l'ampia gamma di configurazioni disponibili.

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

Sistemi azionati a cinghia

I sistemi di trasmissione a cinghia sono probabilmente più noti per la loro capacità di percorrere lunghe distanze. Sono inoltre 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, le cinghie possono tipicamente raggiungere velocità fino a 10 m/s. I sistemi di trasmissione a cinghia sono anche particolarmente adatti ad ambienti difficili, poiché non vi sono elementi volventi che possano essere danneggiati da detriti e il materiale in poliuretano della cinghia è in grado di resistere alla maggior parte dei tipi comuni di contaminazione chimica.

Il principale svantaggio dei sistemi a cinghia è l'allungamento delle cinghie stesse. Anche le cinghie rinforzate in acciaio, utilizzate dalla maggior parte dei produttori di sistemi, finiscono per allungarsi, compromettendo la ripetibilità e la precisione di traslazione. I sistemi a cinghia presentano inoltre una maggiore risonanza rispetto ad altri tipi di trasmissione, a causa dell'elasticità della cinghia. Sebbene una corretta taratura della trasmissione possa compensare questo effetto, le applicazioni con elevati tassi di accelerazione e decelerazione e/o carichi pesanti potrebbero presentare tempi di assestamento indesiderati.

Sistemi azionati da viti a ricircolo di sfere

Per carichi assiali elevati e precisione di posizionamento elevata, i sistemi a vite a ricircolo di sfere sono generalmente la prima scelta. E a ragione. Grazie ai dadi precaricati, le viti a ricircolo di sfere garantiscono un movimento senza gioco e consentono di raggiungere un'elevatissima precisione e ripetibilità di posizionamento. Le ampiezze di passo, che vanno da 2 mm a oltre 40 mm, permettono inoltre ai sistemi a vite a ricircolo di sfere di soddisfare un'ampia gamma di requisiti di velocità e di prevenire il ritorno di vite nelle applicazioni verticali.

La lunghezza della corsa è il limite fondamentale dei sistemi azionati da viti a ricircolo di sfere. All'aumentare della lunghezza della vite, la velocità consentita diminuisce, a causa della tendenza della vite a flettersi sotto il proprio peso e a subire oscillazioni. I supporti per viti a ricircolo di sfere possono contribuire a contrastare questo effetto, ma a scapito dell'ingombro 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 corse praticamente illimitate. La loro progettazione consente inoltre l'utilizzo di più carrelli sullo stesso sistema, il che risulta utile in applicazioni che richiedono il movimento indipendente dei carrelli, come ad esempio i grandi sistemi a portale utilizzati nell'industria dell'imballaggio e in quella automobilistica.

Sebbene siano disponibili sistemi a cremagliera e pignone di alta qualità e con gioco ridotto, in generale presentano 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 cremagliera e pignone possono generare 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 l'imballaggio e l'assemblaggio. La riduzione dei costi ha contribuito a questa tendenza, ma per gli ingegneri le caratteristiche più interessanti dei motori lineari sono l'elevata velocità, l'alta precisione di posizionamento e le ridotte esigenze di manutenzione. I motori lineari offrono inoltre, come i sistemi a cremagliera e pignone, la possibilità di integrare più carrelli indipendenti in un unico sistema.

Poiché non dispongono di componenti meccanici che impediscano la caduta del carico in caso di interruzione di corrente, i motori lineari sono generalmente sconsigliati per applicazioni verticali. La loro struttura aperta, unita alla presenza di potenti magneti, li rende inoltre suscettibili a contaminazioni e detriti, in particolare trucioli e limatura metallica.

Sistemi azionati ad aria compressa

Quando la fonte di trasmissione di potenza preferita è l'aria, i sistemi lineari pneumatici sono la soluzione ideale. Per movimenti semplici 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 le tipologie qui discusse, ma il loro limite principale è l'impossibilità di arrestarsi in posizioni intermedie.

A prescindere dall'applicazione, quando si valutano le opzioni tra i sistemi lineari preassemblati, è opportuno partire dai quattro parametri principali: corsa, carico, velocità e precisione. Una volta determinati l'entità e l'importanza di questi criteri, altri parametri, come la rumorosità, la rigidità e i fattori ambientali, possono contribuire a restringere il campo e a rendere il dimensionamento e la selezione finali meno dispendiosi in termini di tempo.