Lunghezza della corsa, velocità, precisione, montaggio, manutenzione.

Stai lavorando a un'applicazione che richiede movimento lineare, magari un sistema di assemblaggio pick-and-place, una linea di confezionamento o un portale per il trasferimento di materiali, ma progettare da zero un attuatore, reperire i vari componenti, montarli e allinearli e implementare un sistema di manutenzione non è un modo efficace per impiegare il tuo tempo. Inizi a cercare attuatori lineari pre-progettati e pre-assemblati, ma le opzioni disponibili per tipologia, dimensioni e principio di funzionamento sono così numerose che è difficile capire da dove iniziare la selezione.

Il primo passo per restringere il campo è scegliere il meccanismo di azionamento più adatto alla propria applicazione. La maggior parte dei produttori offre almeno due opzioni di azionamento, con la cinghia dentata e la vite a sfere tra le più comuni, mentre gli azionamenti pneumatici e con motore lineare servono solo per applicazioni di nicchia. Di seguito sono riportati cinque fattori che aiuteranno a orientare la scelta tra i due tipi di attuatore più comuni: cinghia dentata e vite a sfere.

1. Lunghezza del tratto

La distanza che l'attuatore deve percorrere in una direzione, nota come lunghezza della corsa, è il primo requisito da considerare nella scelta tra vite a sfere o trasmissione a cinghia. Gli attuatori con vite a sfere si trovano comunemente con lunghezze pari o inferiori a 1000 mm, sebbene viti a sfere di diametro maggiore possano essere utilizzate con lunghezze fino a 3000 mm. Questo limite è determinato dalla velocità critica della vite. All'aumentare della lunghezza di una vite, la sua velocità critica, ovvero la velocità alla quale la vite inizia a subire vibrazioni di flessione, diminuisce. In parole povere, man mano che una vite si allunga e gira più velocemente, inizia a "sbattere" come una corda per saltare.

Per gli attuatori con trasmissione a cinghia dentata, la capacità di tensionare la cinghia ne limita la lunghezza massima. Utilizzando cinghie con larghezza maggiore (maggiore superficie di contatto) e passo dei denti più lungo, gli attuatori con trasmissione a cinghia sono comunemente impiegati in applicazioni che richiedono una corsa da 10 a 12 metri.

2. Velocità

Il secondo fattore critico nella scelta di un attuatore è la velocità. La velocità massima per la maggior parte degli attuatori con trasmissione a cinghia è di 5 m/s. Questo limite è influenzato dal sistema di guida, che più comunemente impiega cuscinetti a ricircolo di sfere. Per applicazioni che richiedono velocità più elevate, fino a 10 m/s, è possibile utilizzare una trasmissione a cinghia in combinazione con ruote precaricate o rulli a camme anziché cuscinetti a ricircolo di sfere.

Come accennato in precedenza, in un attuatore con azionamento a vite a sfere, all'aumentare della lunghezza, la velocità critica diminuisce. In generale, gli attuatori con vite a sfere possono raggiungere velocità fino a 1,5 m/s con corse inferiori a 1 metro. I supporti per vite a sfere possono fornire ulteriore rigidità riducendo la lunghezza non supportata della vite, consentendo all'attuatore di raggiungere velocità più elevate e lunghezze maggiori. Quando si prendono in considerazione i supporti per vite a sfere, consultare il produttore per assistenza nell'esecuzione dei calcoli necessari di velocità e lunghezza.

3. Precisione

Il termine "accuratezza" è ampiamente utilizzato per indicare la precisione di spostamento (la posizione del carrello o della sella nello spazio durante il movimento), la precisione di posizionamento (la precisione con cui l'attuatore raggiunge la posizione target) o la ripetibilità (la precisione con cui l'attuatore raggiunge la stessa posizione a ogni corsa). Mentre la precisione di spostamento è fortemente influenzata dalla struttura, dalla base e dal montaggio dell'attuatore, la precisione di posizionamento e la ripetibilità sono principalmente funzioni del meccanismo di azionamento.

Le viti a sfere, soprattutto se precaricate, offrono una precisione di posizionamento migliore rispetto alle trasmissioni a cinghia grazie alla loro rigidità. Tuttavia, l'"imprecisione" di posizionamento può essere misurata e compensata nel sistema di controllo dell'attuatore. Per questo motivo, la ripetibilità (la capacità di raggiungere la stessa posizione a ogni corsa) diventa spesso il fattore più importante nelle applicazioni ad alta precisione. Per un'elevata ripetibilità, la rigidità del meccanismo di azionamento è fondamentale, rendendo un gruppo vite a sfere e chiocciola precaricate la scelta migliore.

4. Montaggio

In alcuni casi, la direzione di montaggio dell'attuatore determinerà quale meccanismo di azionamento sia più adatto. Sia le trasmissioni a cinghia che quelle a vite a sfere sono adatte per il montaggio orizzontale e inclinato, ma le applicazioni che richiedono il montaggio verticale richiedono una valutazione più attenta.

Sebbene ogni sistema che movimenta un carico verticalmente necessiti di meccanismi di sicurezza integrati, le viti a sfere sono spesso considerate più sicure delle trasmissioni a cinghia per il trasporto di carichi verticali. Questo perché le viti a sfere, a seconda del carico, del passo della vite e dell'attrito nel sistema, sono riluttanti a invertire la marcia, o a "cadere liberamente", in caso di guasto del freno o danni catastrofici al sistema. Quando è necessario un attuatore con trasmissione a cinghia in un'applicazione verticale, è opportuno prendere seriamente in considerazione un freno esterno o un contrappeso.

5. Manutenzione

La causa principale di guasto degli attuatori lineari è la mancanza di lubrificazione. Sia gli attuatori con vite a sfere che quelli con trasmissione a cinghia richiedono la lubrificazione periodica del sistema di guida, ma le viti a sfere introducono un ulteriore componente che deve essere monitorato per una corretta lubrificazione. Alcuni produttori hanno affrontato questo problema fornendo sistemi lubrificati a vita (dove la vita è definita come una distanza di spostamento o un numero di giri prestabiliti, con un dato carico, velocità e ambiente), ma molte applicazioni non rientrano in questi parametri specifici e richiederanno la lubrificazione a un certo punto durante la loro durata prevista.

Sebbene gli attuatori a cinghia offrano il vantaggio di avere meno componenti da manutenere, in presenza di polvere o trucioli nell'ambiente, è consigliabile scegliere un attuatore che riduca al minimo la possibilità che la contaminazione penetri negli alloggiamenti delle pulegge. Ciò garantirà una maggiore durata dei cuscinetti delle pulegge e ridurrà l'usura della cinghia stessa.

Sia le trasmissioni a cinghia che quelle a vite a sfere offrono vantaggi in termini di prestazioni. Nella scelta iniziale, è importante ricordare che le trasmissioni a cinghia sono in genere la scelta migliore per corse lunghe e velocità elevate, mentre le trasmissioni a vite a sfere sono più adatte per applicazioni che richiedono elevata ripetibilità o montaggio verticale. In alcune applicazioni, entrambi i meccanismi di trasmissione soddisfano i criteri sopra descritti. In questi casi, il produttore può guidarvi nella scelta dell'attuatore più adatto in base a fattori più complessi, come accelerazione, tempo di assestamento o condizioni ambientali.