Lunghezza corsa, velocità, precisione, montaggio, manutenzione.

Stai lavorando su un'applicazione che richiede un movimento lineare, ad esempio un sistema di assemblaggio pick-and-place, una linea di imballaggio o un portale per il trasferimento di materiale, ma stai progettando il tuo attuatore da zero, procurandoti le varie parti, montando e allineando i componenti e l'implementazione di un sistema di manutenzione non è un uso efficace del tempo. Inizi a cercare attuatori lineari preprogettati e preassemblati, ma ci sono così tante opzioni per quanto riguarda tipo, dimensioni e principio di funzionamento che è difficile sapere da dove iniziare nella 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, di cui la cinghia dentata e la vite a ricircolo di sfere sono le più comuni, mentre gli azionamenti con motori pneumatici e lineari servono applicazioni di nicchia. Di seguito sono riportati cinque fattori che aiuteranno a guidare la scelta tra i due tipi più comuni di attuatori: cinghia dentata e vite a ricircolo di sfere.

1. Lunghezza della corsa

La distanza necessaria per percorrere l'attuatore in una direzione, nota come lunghezza della corsa, è il primo requisito da considerare nella scelta tra trasmissione a vite a ricircolo di sfere o a cinghia. Gli attuatori con vite a ricircolo di sfere si trovano comunemente con lunghezze pari o inferiori a 1.000 mm, sebbene viti a ricircolo di sfere di diametro maggiore possano essere utilizzate con lunghezze fino a 3.000 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 poche parole, quando una vite diventa più lunga e gira più velocemente, inizia a “frustare” come una corda per saltare.

Per gli attuatori con azionamento a cinghia dentata, la possibilità di tensionare la cinghia limita la lunghezza massima. Utilizzando cinghie con larghezza maggiore (maggiore area di contatto) e passo dei denti più elevato, gli attuatori con trasmissione a cinghia si trovano comunemente in applicazioni che richiedono una lunghezza della corsa compresa tra 10 e 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 5 m/s. Questo limite è influenzato dal sistema di guida, che più comunemente impiega cuscinetti a ricircolo. Per applicazioni che richiedono velocità più elevate, fino a 10 m/s, è possibile utilizzare una trasmissione a cinghia insieme a ruote precaricate o rulli a camma anziché a cuscinetti a ricircolo.

Come accennato in precedenza, in un attuatore con vite a ricircolo di sfere, all'aumentare della lunghezza, la velocità critica diminuisce. In generale, gli attuatori con vite a ricircolo di sfere possono raggiungere velocità fino a 1,5 m/s con corse inferiori a 1 metro. I supporti per viti a ricircolo di 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 considerano i supporti per viti a ricircolo di sfere, consultare il produttore per assistenza nell'esecuzione dei calcoli necessari di velocità e lunghezza.

3. Precisione

Per accuratezza si intende generalmente l'accuratezza della corsa (dove il carrello o la sella si trovano nello spazio durante il movimento), l'accuratezza del posizionamento (quanto vicino l'attuatore raggiunge la posizione target) o la ripetibilità (quanto vicino l'attuatore raggiunge la stessa posizione con ciascuna colpo). Sebbene la precisione della corsa sia 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 ricircolo di sfere, soprattutto se precaricate, hanno una precisione di posizionamento migliore rispetto alle trasmissioni a cinghia grazie alla loro rigidità. Tuttavia, l'“imprecisione” nel posizionamento può essere misurata e compensata nel sistema di controllo dell'attuatore. Per questo motivo, la ripetibilità (la capacità di raggiungere la stessa posizione ad 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 la scelta migliore un gruppo vite a ricircolo di sfere e chiocciola precaricata.

4. Montaggio

In alcuni casi, la direzione in cui è montato l'attuatore determinerà quale meccanismo di azionamento è il migliore. Sia le trasmissioni a cinghia che quelle con vite a ricircolo di sfere sono adatte per orientamenti di montaggio orizzontali e inclinati, ma le applicazioni che richiedono il montaggio verticale richiedono una valutazione più attenta.

Sebbene ogni sistema che sposta un carico verticalmente necessiti di meccanismi di sicurezza integrati, le trasmissioni a ricircolo di sfere sono spesso considerate più sicure delle trasmissioni a cinghia per il trasporto di carichi verticali. Questo perché le viti a ricircolo di sfere, a seconda del carico, del passo della vite e dell'attrito nel sistema, sono riluttanti alla retromarcia o alla "caduta libera" 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 necessario 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 ricircolo di sfere che quelli con trasmissione a cinghia richiedono che il sistema di guida venga lubrificato periodicamente, ma le viti a ricircolo di sfere introducono un altro componente che deve essere monitorato per una corretta lubrificazione. Alcuni produttori hanno affrontato questo problema fornendo sistemi lubrificati a vita (dove la durata è definita come una distanza di percorrenza o un numero di giri prestabiliti, con un determinato carico, velocità e ambiente), ma molte applicazioni non rientrano in questi parametri specificati e richiederanno lubrificazione ad un certo punto durante la loro vita prevista.

Sebbene gli attuatori con trasmissione a cinghia abbiano il vantaggio di avere meno componenti da manutenere, quando l'ambiente contiene polvere o trucioli, cercare un design dell'attuatore che riduca al minimo il rischio di contaminazione negli alloggiamenti delle pulegge. Ciò garantirà una maggiore durata dei cuscinetti della puleggia e ridurrà l'usura della cinghia stessa.

Sia le trasmissioni a cinghia che quelle con vite a ricircolo di sfere presentano vantaggi in termini di prestazioni. Quando si effettua una selezione iniziale, ricordare che le trasmissioni a cinghia sono in genere la scelta migliore per corse lunghe e velocità elevate, mentre le trasmissioni con vite a ricircolo di sfere sono migliori per applicazioni che richiedono elevata ripetibilità o montaggio verticale. In alcune applicazioni, entrambi i meccanismi di azionamento soddisfano i criteri sopra descritti. In questi casi, il produttore può guidarti nella scelta dell'attuatore giusto in base a fattori più avanzati, come l'accelerazione, il tempo di assestamento o le condizioni ambientali.