Considerare supporti, guide, azionamenti e guarnizioni durante la progettazione di un sistema lineare. Conosci i tuoi requisiti di precisione, ripetibilità, carico e ambientali prima di iniziare la progettazione del sistema lineare.

Le guide a sfere a basso attrito ed elevata rigidità supportano un binario (in alto) o due (in basso). I compromessi per questa prestazione sono costi più elevati e più rumore.

Il percorso più breve tra due punti è una linea retta. Ma se stai progettando un sistema di movimento lineare, dovrai considerare il supporto strutturale, le guide, gli azionamenti, le guarnizioni, la lubrificazione e gli accessori tra i punti A e B.

Sia che tu decida di progettare e costruire il tuo sistema da zero utilizzando parti standard o di acquistarne uno progettato per te, fare le scelte giuste fin dall'inizio dovrebbe aiutare a mantenere le cose in movimento a lungo termine.

Supporto e guida

Costruire un sistema lineare significa letteralmente partire da zero, con un sistema di supporto strutturale. Il componente principale del sistema di supporto è tipicamente un'estrusione di alluminio.

È possibile far lavorare la superficie di montaggio dell'estrusione di base e la superficie di montaggio della guida lineare per applicazioni che richiedono un posizionamento accurato. Per applicazioni di tipo trasporto con precisione inferiore, ottimizzare le basi per resistere alla flessione sotto carico e per prevenire invece la distorsione durante l'estrusione.

Una base robusta permette al sistema di appoggiarsi solo sui supporti terminali. Le estrusioni più leggere potrebbero necessitare di supporti intermittenti lungo la loro lunghezza.
Le guide si attaccano alla base per facilitare il movimento. I tipi principali sono guide a sfera, guide a ruota e guide a scorrimento o prisma.
Le guide a sfere sopportano i carichi più pesanti e hanno la massima rigidità. Le loro configurazioni a binario singolo o doppio si muovono con poco attrito. Gli svantaggi sono i costi più elevati e la quantità di rumore che generano.

Le guide delle ruote funzionano fino a 10 m/sec con basso attrito ed elevata rigidità. Tuttavia, i carichi d'urto possono danneggiarli.
Nelle guide di scorrimento le boccole in polimero a forma di prisma scorrono sulla superficie del profilo. Il polimero li aiuta a muoversi silenziosamente e a sopportare carichi d'urto elevati. Tollerano ambienti contaminati da sporco, sabbia, polvere, olio e sostanze chimiche, ma funzionano più lentamente e con carichi più leggeri rispetto alle guide a sfere o a ruote, come indicato dalla loro classificazione PV, il prodotto tra pressione e velocità che possono tollerare.

Le viti a ricircolo di sfere e le cinghie sono tra le tecnologie di azionamento disponibili per i sistemi lineari. Le trasmissioni a cinghia sono silenziose e adatte per applicazioni ad alta produttività e a bassa precisione. Gli azionamenti con vite a ricircolo di sfere più costosi offrono elevata efficienza, precisione e rigidità.

Forza trainante

Gli azionamenti spostano il carrello nelle posizioni desiderate. Le tecnologie di azionamento più comuni sono le azionamenti con vite a ricircolo di sfere, azionamenti a vite e a cinghia.

In una trasmissione a ricircolo di sfere, i cuscinetti a sfere viaggiano lungo le scanalature di un albero filettato - la vite a ricircolo di sfere - e ricircolano attraverso una chiocciola a ricircolo di sfere. Poiché i cuscinetti condividono il carico, le viti a ricircolo di sfere hanno una capacità di spinta relativamente elevata.

Il risultato è una precisione assoluta, definita come l'errore massimo tra la posizione prevista e quella effettiva, fino a 0,005 mm. I sistemi con viti a ricircolo di sfere rettificate e precaricate sono i più precisi.

I sistemi hanno capacità di spinta fino a 40 kN ed elevata rigidità. La loro velocità critica è determinata dal diametro della radice della vite, dalla lunghezza non supportata e dalla configurazione del supporto finale. Con un nuovo supporto a vite, le unità a vite possono viaggiare fino a 12 m e accettare velocità di ingresso di 3.000 giri/min. Gli azionamenti con vite a ricircolo di sfere forniscono un'efficienza meccanica del 90%, quindi il loro costo più elevato è spesso compensato da minori requisiti di potenza.

I supporti dei sistemi lineari sono generalmente estrusi di alluminio che possono essere lavorati per una maggiore precisione.

Le unità a vite non possono eguagliare la precisione di posizionamento assoluta delle unità a vite a ricircolo di sfere, ma la loro ripetibilità (la capacità di ritornare in una posizione durante il funzionamento quando ci si avvicina dalla stessa direzione alla stessa velocità e velocità di decelerazione) è di 0,005 mm. Vengono utilizzati in posizionamenti con cicli di lavoro medio-bassi e funzionano silenziosamente.

Le trasmissioni a cinghia funzionano in applicazioni di trasporto ad alto rendimento con velocità fino a 10 m/sec e accelerazione fino a 40 m/sec2.

Lubrificazione e tenutas per dispositivi lineari

La maggior parte dei sistemi di guida e di azionamento richiedono lubrificazione. È possibile semplificare la futura manutenzione preventiva garantendo un facile accesso ai raccordi di lubrificazione. Ad esempio, i raccordi Zerk installati sul carrello possono alimentare una rete di lubrificazione che serve sia la vite a ricircolo di sfere che il sistema di cuscinetti lineari durante l'installazione e a intervalli di manutenzione periodica.

L'unità di azionamento lineare è dotata di una guarnizione magnetica. La striscia di acciaio inossidabile si solleva proprio davanti al carrello e si richiude subito dietro grazie ai magneti e agli ancoraggi a molla sui cappucci terminali.

Le guide prismatiche non richiedono manutenzione. Il materiale polimerico del carrello ha proprietà lubrificanti intrinseche e i panni in feltro lubrificati ripristinano il lubrificante a ogni corsa.

Le guarnizioni mantengono il lubrificante all'interno e i contaminanti all'esterno. Un tipo sono le guarnizioni a striscia magnetica: bande magnetiche in acciaio inossidabile che si estendono da un'estremità all'altra del canale. Le fasce sono fissate ai cappucci terminali e caricate a molla per mantenere la tensione. Corrono attraverso una cavità nel carrello in modo che la striscia venga sollevata dai magneti appena davanti e dietro il carrello mentre attraversa il sistema.
Una tecnologia di sigillatura alternativa, le fasce di copertura in plastica, utilizza strisce di gomma conformi che si incastrano con l'estrusione della base, come un sacchetto per congelatore con cerniera. I profili maschio-femmina accoppiati creano una tenuta a labirinto che impedisce l'ingresso di particelle.

Un'altra considerazione è come monterai il tuo motore. L'alloggiamento e il giunto del motore devono corrispondere alla dimensione del bullone e al diametro della circonferenza del bullone sulla flangia del motore, al diametro del pilota del motore e al diametro e alla lunghezza dell'albero del motore.

Molti motori hanno dimensioni che soddisfano gli standard NEMA, ma altri sono specifici del produttore e del modello. In entrambi i casi, i supporti motore flessibili ricavati da pezzi grezzi comuni ne facilitano il montaggio su quasi tutti i motori con allineamento garantito.

Gli interblocchi in gomma conformi mantengono le fasce di copertura in plastica sicure e sigillano le particelle.

Mescola e abbina

Non tutte le combinazioni di azionamenti e guide hanno senso. Nelle applicazioni pratiche, è molto probabile che si vedano viti che azionano guide a sfera o di scorrimento; viti a ricircolo di sfere accoppiate a guide a ricircolo di sfere o a scorrimento; e cinghie che guidano guide a sfere, slitte o ruote.

Una trasmissione a vite a ricircolo di sfere si combina con una guida a sfera per un movimento ripetibile e un sistema rigido che gestisce forze e momenti elevati. Tali sistemi funzionano bene in applicazioni di posizionamento di precisione con carichi elevati e cicli di lavoro elevati, come il carico e lo scarico di pezzi grezzi di ingranaggi su macchine utensili.

Le unità con trasmissione a cinghia e guida a sfere sono destinate ad applicazioni ad alta velocità e accelerazione elevata con carichi utili pesanti e carichi a momento elevato. Queste unità funzionano su basi che coprono uno spazio vuoto e sono supportate alle estremità o in modo intermittente. La pallettizzazione delle lattine è un'applicazione.
I sistemi lineari con trasmissione a cinghia e guida a scorrimento sono unità a basso costo, silenziose e che richiedono poca manutenzione. Funzionano a velocità e accelerazioni moderate ma eccellono nella gestione dei carichi d'impatto. L'aggiunta di una fascia di copertura magnetica rende questo tipo di sistema adatto ad ambienti con un elevato contenuto di particolato e requisiti di lavaggio come il trattamento a spruzzo della lamiera.

Poiché le guide delle ruote richiedono meno manutenzione rispetto alle guide a sfere, ma più delle slitte, le ruote azionate da cinghie rappresentano un'altra opzione a costi moderati, silenziosa e a bassa manutenzione. Questi sistemi raggiungono velocità lineari e accelerazioni elevate e si trovano spesso nelle macchine confezionatrici e riempitrici.