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 richiesto sia piccolo o grande, la precisione di posizionamento e l'affidabilità sono alcune delle caratteristiche necessarie nei sistemi lineari. Due centri di ricerca che spesso sviluppano prodotti per l'uso nello spazio, il Marshall Space Flight Center in Alabama e il Lewis Research Center a Cleveland, hanno sviluppato dispositivi di posizionamento lineare che presentano miglioramenti in queste caratteristiche. Uno di questi dispositivi è stato inizialmente sviluppato per l'uso nello spazio, l'altro per applicazioni più terrestri. Tuttavia, entrambi offrono vantaggi al settore della trasmissione di potenza.

Gli ingegneri del Marshall Space Flight Center necessitavano di un attuatore lineare per veicoli spaziali. L'attuatore muoverà il gruppo ugello 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 di ±0,050 pollici.

Dal punto di vista funzionale, l'attuatore deve fornire con precisione movimenti lineari incrementali a questi oggetti di grandi dimensioni e mantenere la posizione anche in presenza di carichi pesanti. La soluzione è stata un attuatore lineare elettromeccanico. Fornisce un movimento incrementale fino a un massimo di 15 cm. La sua corsa minima è inferiore a 0,00050 pollici (circa 1,27 cm). Può sostenere carichi fino a 20.000 kg (45.000 libbre).

Convertendo il moto rotatorio in moto lineare, questo attuatore è un dispositivo semplice e pulito che può sostituire gli attuatori idraulici in applicazioni che richiedono un movimento potente ma controllato. Richiede inoltre tempi di manutenzione ridotti per pulizia e ispezione, contribuendo a ridurre i tempi necessari per la qualificazione del sistema di volo.

Questo progetto utilizza un resolver e una caratteristica relativamente nuova, un sistema di ingranaggi anti-gioco. Il resolver misura il movimento angolare incrementale, che a sua volta controlla il movimento lineare incrementale. La sua precisione è di 6 arc/min. La relazione tra rotazione e traslazione è nota dai rapporti di trasmissione e dal passo della filettatura.

La seconda caratteristica è un sistema di ingranaggi anti-gioco. Garantisce che i denti degli ingranaggi siano costantemente a contatto sia in senso orario che antiorario.

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

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

Due motori brushless a corrente continua sono fissati a 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, facilitando l'allineamento preciso degli alberi. Questa disposizione contribuisce anche a eliminare il gioco all'interno del sistema di ingranaggi.

Il pignone è calettato sull'albero motore e supportato da cuscinetti all'interno del motore. Il pignone si accoppia con il gruppo dell'albero intermedio, che include due ingranaggi. L'albero intermedio riduce la velocità e trasmette coppie elevate all'ingranaggio di uscita. Come accennato in precedenza, uno degli ingranaggi intermedi è ricavato direttamente dall'albero.

Il primo ingranaggio intermedio è costituito da due pezzi che consentono piccole regolazioni per eliminare il gioco di rotazione nel sistema.

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

I cuscinetti supportano ciascun albero folle a entrambe le estremità. L'ingranaggio di uscita è calettato su un albero filettato a rulli. L'albero, la madrevite e il gruppo pistone di uscita generano movimenti lineari. Un cuscinetto lineare previene il disallineamento e 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 resolver per ogni corsa del pistone ed eliminare la necessità di contare i giri dell'albero, gli ingegneri della NASA sostengono di poter utilizzare un sistema di trasmissione armonica con un resolver. Tale sistema dovrebbe avere un rapporto di riduzione che consenta al rotore del resolver di compiere un giro per ogni corsa completa del pistone.

Una versione più recente, adatta al volo, di questo attuatore utilizza quattro motori da 15 CV. I motori più piccoli riducono il peso e l'inerzia. La costante di coppia di questi motori è di 16,8 oz-in./A, con una corrente di 100 A e 270 V, per fornire la forza necessaria a spostare un carico di 45.000 libbre.

Un altro progetto di posizionamento
Sebbene questo posizionatore a vite madre a tripla articolazione 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 i componenti nelle macchine, sollevare o abbassare le piattaforme, squadrare con precisione i pacchi e garantire che le piattaforme rimangano livellate per le apparecchiature laser e i telescopi pirometrici ottici.

Un tipico sistema di posizionamento a vite potrebbe utilizzare un controllo manuale azionato centralmente, guidato da tre o quattro barre fisse, per spostare una piastra. Questo progetto utilizza un gruppo a tripla vite come meccanismo di posizionamento principale. Guida una piastra verso una piastra fissa o lontano da essa, mantenendole parallele tra loro.

L'assemblaggio è composto da 27 componenti realizzati in officina, nove componenti acquistati, come ingranaggi e cuscinetti, e 65 bulloni, chiavette, dadi, rondelle, ecc. assortiti. Tutti i componenti sono assemblati sulla staffa di controllo a tre punti e sulla staffa di trasmissione a un punto. Questi gruppi si montano in una posizione di controllo della trasmissione precisa sulla piastra terminale di base della cavità.

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