I ricercatori continuano a cercare modi per migliorare la precisione dei sistemi di posizionamento lineare, ridurre o eliminare il gioco e rendere tali dispositivi più facili da usare. Ecco uno sguardo agli sviluppi recenti

Che il movimento lineare necessario sia poco o molto, la precisione e l'affidabilità del posizionamento sono alcuni degli attributi necessari nei sistemi lineari. Due centri di ricerca che spesso sviluppano prodotti da utilizzare nello spazio, il Marshall Space Flight Center, Alabama e il Lewis Research Center, Cleveland, hanno sviluppato dispositivi di posizionamento lineare che presentano miglioramenti in questi attributi. Uno di questi dispositivi è stato inizialmente sviluppato per l’uso nello spazio, l’altro per applicazioni più legate alla terra. Tuttavia, entrambi hanno vantaggi da offrire al settore della trasmissione di potenza.

Gli ingegneri del Marshall Space Flight Center avevano bisogno di un attuatore lineare per veicoli spaziali. L'attuatore sposterà il gruppo ugelli del motore principale di un veicolo spaziale. In combinazione con un altro attuatore sullo stesso piano orizzontale ma ruotato di 90 gradi, gli attuatori controlleranno i movimenti di beccheggio, rollio e imbardata del veicolo. Le tolleranze di questi movimenti sono ±0,050 pollici.

Funzionalmente, l'attuatore deve fornire con precisione movimenti lineari incrementali a questi oggetti di grandi dimensioni e mantenere la posizione nonostante carichi pesanti. La soluzione era un attuatore lineare elettromeccanico. Fornisce un movimento incrementale fino a un massimo di 6 pollici. La sua corsa minima è inferiore a 0,00050 pollici. Può sostenere carichi fino a 45.000 libbre.

Convertendo il movimento rotatorio in lineare, questo attuatore è un dispositivo pulito e semplice che può sostituire gli attuatori idraulici in applicazioni che richiedono un movimento così potente ma controllato. Questo dispositivo richiede inoltre tempi minimi di manutenzione per la pulizia e l'ispezione e aiuta a ridurre il tempo necessario per qualificare il sistema di volo.

Questo progetto utilizza un risolutore e una funzionalità relativamente nuova, una disposizione degli ingranaggi anti-gioco. Il risolutore misura il movimento angolare incrementale, che controlla il movimento lineare incrementale. La sua precisione è di 6 archi/min. La relazione tra rotazione e traslazione è nota dai rapporti di trasmissione e dal passo della filettatura.

La seconda caratteristica è una disposizione degli ingranaggi anti-gioco. Assicura che i denti degli ingranaggi siano in costante contatto in senso orario e antiorario.

Per ottenere questo contatto, i centri degli alberi devono essere allineati con precisione. Durante la produzione, gli alberi vengono lavorati su ciascun assieme.

Componenti dell'attuatore
L'attuatore elettromeccanico è costituito da quattro sezioni di assemblaggio: 1) due motori CC da 25 CV, 2) un treno di ingranaggi, 3) un pistone lineare e 4) un alloggiamento associato. I motori CC fanno ruotare il treno di ingranaggi, trasmettendo il movimento rotatorio a una vite a rulli, che traduce tale movimento in movimento lineare attraverso il pistone di uscita. I motori forniscono una costante di coppia di 34,6 oz-in./A. I motori funzionano a 125 A. Alla vite, l'unità sviluppa una coppia di 31.000 oz-in., o circa 162 lb-ft.

Due motori CC senza spazzole sono fissati su una piastra di montaggio. La piastra di montaggio si interfaccia con il sistema di ingranaggi. Una piccola piastra di regolazione consente la lavorazione in fase di assemblaggio, che facilita l'allineamento preciso degli alberi. Questa disposizione aiuta anche ad eliminare il gioco all'interno del sistema di ingranaggi.

Il pignone è calettato sull'albero motore e supportato da cuscinetti interni al motore. Il pignone si accoppia con il gruppo dell'albero di rinvio, che comprende due ingranaggi. L'albero di rinvio riduce la velocità e trasmette coppie elevate all'ingranaggio di uscita. Come accennato in precedenza, uno degli ingranaggi folli è ricavato direttamente nell'albero.

Il primo ingranaggio tenditore è costituito da due pezzi che consentono piccole regolazioni per eliminare il gioco rotazionale nel sistema.

Durante l'assemblaggio, il motore inferiore si monta sulla piastra di montaggio del motore, accoppiando il suo pignone agli ingranaggi tenditori regolabili sugli alberi tenditori. Il motore superiore viene quindi montato utilizzando la piastra di regolazione del motore. Successivamente, gli ingegneri ruotano manualmente gli alberi del motore, spostando gli ingranaggi folli rispetto ai rispettivi alberi per eliminare il gioco rotazionale. Il motore superiore viene quindi rimosso e una nuova piastra di regolazione viene lavorata al centro esatto. Questo processo di assemblaggio elimina il gioco.

I cuscinetti supportano ciascun albero di rinvio su entrambe le estremità. L'ingranaggio di uscita è calettato su un albero a vite a rulli filettato. L'albero, il dado e il gruppo pistone di uscita forniscono movimenti lineari. Il disallineamento è impedito da un cuscinetto lineare che stabilizza il pistone di uscita.

I gruppi di cuscinetti sferici, all'estremità dell'asta e nella contropunta, includono attacchi di montaggio per il collegamento al motore e ai componenti strutturali.

Opzioni
Per ottenere un giro del rotore del risolutore per corsa del pistone ed eliminare la necessità di contare i giri dell'albero, gli ingegneri della NASA riferiscono che possono utilizzare un azionamento armonico con un risolutore. Tale azionamento dovrebbe avere un rapporto di riduzione che consenta al rotore del risolutore di compiere un giro per ogni corsa completa del pistone.

Una versione di volo più recente di questo attuatore utilizza quattro motori da 15 CV. I motori più piccoli riducono il peso e l'inerzia del motore. La costante di coppia di questi motori è di 16,8 once pollici/A e funziona a 100 A e 270 V per fornire la forza necessaria per spostare un carico di 45.000 libbre.

Un altro progetto di posizionamento
Sebbene questo posizionatore a vite madre a triplo gruppo non sia stato sviluppato per l'uso nello spazio, dimostra miglioramenti in termini di precisione e affidabilità. Riduce il tempo necessario per posizionare con precisione le parti nelle macchine, sollevare o abbassare le piattaforme, squadrare con precisione i pacchi e garantire che le piattaforme rimangano a livello per apparecchiature laser e telescopi ottico-pirometrici.

Un tipico sistema di posizionamento delle viti potrebbe utilizzare un controllo manuale azionato dal centro, guidato su tre o quattro aste fisse, per spostare una piastra. Questo design utilizza un gruppo vite tripla come meccanismo di posizionamento principale. Avvicina o allontana una piastra da una piastra fissa mantenendo le piastre parallele tra loro.

L'assemblaggio è composto da 27 parti realizzate in officina, nove parti acquistate, come ingranaggi e cuscinetti, e 65 bulloni, sedi per chiavetta, dadi, rondelle, ecc. assortiti. Tutti i componenti sono assemblati sulla staffa di controllo a tre punti e sull'azionamento a un punto staffa. Questi gruppi si montano in una precisa posizione di controllo della guida sulla piastra terminale di base della cavità.

Il posizionatore funziona tramite una manovella manuale su uno dei perni di azionamento o tramite un collegamento con servomotore remoto. La posizione di viaggio viene letta su una scala, su un puntatore o con una lettura a LED. La regolazione della posizione può essere controllata a 0,1 mm.