La realizzazione di un sistema di movimento lineare di successo inizia con la scelta dell'attuatore appropriato. Tra le diverse dimensioni, tecnologie e qualità, esistono centinaia di opzioni. Il segreto sta nel restringere la scelta all'attuatore che garantirà i risultati migliori. Fortunatamente, non è così difficile come sembra. I requisiti dell'applicazione ridurranno l'insieme delle possibili soluzioni di attuatori e i vincoli del progetto determineranno la soluzione più adatta.

Il processo inizia con la valutazione della serie di fattori chiave elencati qui.

Velocità

La velocità è un fattore importante da considerare nella scelta di un attuatore. Sebbene gli attuatori a vite siano componenti efficaci ed economici, a velocità molto elevate sono soggetti a un fenomeno noto come "flessione della vite", in cui la vite si incurva durante la rotazione. La flessione della vite causa vibrazioni e usura precoce.

La soglia di vibrazione della vite, detta velocità critica, dipende dalle dimensioni e dal materiale della vite stessa. La velocità critica può essere calcolata analiticamente utilizzando equazioni ben note. Se la velocità è troppo elevata per l'utilizzo di un attuatore a vite, si può prendere in considerazione un motore lineare o un attuatore a cinghia.

Carico

È fondamentale che l'attuatore sia dimensionato correttamente per il carico. Diversi fattori devono essere considerati nel dimensionamento in base alla capacità di carico: la capacità di carico radiale dei cuscinetti di guida, la capacità di momento del carrello di supporto e la capacità di carico assiale dei cuscinetti di supporto e della vite a ricircolo di sfere. È importante scegliere un attuatore progettato per gestire i carichi specifici dell'applicazione.

Un errore comune è pensare che conti solo la capacità di carico, e sebbene quest'ultima permetta di calcolare la durata di un attuatore sotto un determinato carico, è necessario considerare anche altri fattori, come la rigidità dell'attuatore nelle diverse direzioni di carico. Il team di progettazione può eseguire calcoli di carico-deformazione per determinare se l'attuatore funzionerà correttamente nell'applicazione.

Un altro fattore da considerare è il posizionamento del carico. Una massa appoggiata su un carrello che scorre lungo l'asse dell'attuatore genera forze molto diverse rispetto a un carico a sbalzo che applica un momento ribaltante. Assicurarsi che l'attuatore sia dimensionato e supportato correttamente.

Le applicazioni verticali richiedono particolare attenzione per preservare la posizione del carico. Per determinati parametri di progettazione, le viti a ricircolo di sfere sono autobloccanti. Ciò significa che non possono essere ruotate all'indietro, nemmeno in caso di guasto del motore. Per essere certi che una vite sia autobloccante, il suo rendimento deve essere inferiore al 50%, dove il rendimento è funzione dell'angolo di elica e del coefficiente di attrito tra il dado e la vite. In alternativa, si possono utilizzare anche attuatori a cremagliera.

Negli ultimi anni le cinghie di trasmissione hanno fatto notevoli progressi. Sono robuste e tecnologicamente avanzate, tanto da non richiedere più la tensionatura periodica come un tempo. Le trasmissioni a cinghia rappresentano un'ottima soluzione se i requisiti di velocità e corsa superano le capacità di una vite a ricircolo di sfere o di una vite senza fine. È necessario prestare particolare attenzione se una trasmissione a cinghia viene utilizzata in un'applicazione verticale. Si raccomanda l'utilizzo di un contrappeso o di un freno, a seconda delle necessità, per rallentare, arrestare e sostenere il carico in sicurezza.

Lunghezza della corsa

Il fattore successivo da considerare è la lunghezza della corsa. Gli attuatori a vite sono efficaci e, in alcuni casi, possono essere utilizzati per corse fino a 1,5 metri o più. Bisogna fare attenzione, con gli attuatori a vite a corsa molto lunga, a non superare la velocità critica. Per corse lunghe, le trasmissioni a cinghia sono un'opzione migliore. Le cinghie odierne sono realizzate con materiali altamente tecnologici che richiedono poca manutenzione. Possono essere utilizzate su distanze fino a 15 metri.

Un'altra opzione per corse lunghe è il motore lineare. Essenzialmente servomotori srotolati, i motori lineari sono costituiti da una forza che si propaga lungo una pista magnetica fissa. In teoria, la pista può essere lunga quanto si desidera. Dal punto di vista pratico, i motori lineari sono limitati sia dalla necessità di fornire una pista magnetica piana e accuratamente allineata, sia dal costo dei magneti. Anche la gestione dei cavi del motore su corse molto lunghe può rappresentare una sfida.

Ripetibilità

Ogni applicazione ha un requisito di ripetibilità. La scelta dell'attuatore giusto fornisce un sistema che non solo soddisfa tali requisiti, ma aiuta anche il progetto a rispettare i tempi di budget e di assemblaggio. Gli attuatori a vite offrono una ripetibilità dell'ordine di ±0,0001 a ±0,003 pollici. Questo si confronta con ±0,002 a ±0,010 pollici per una trasmissione a cinghia.

La scelta ottimale dipende dalle esigenze dell'applicazione. Le trasmissioni a cinghia non offrono le stesse prestazioni degli attuatori a vite, ma per applicazioni con tolleranze più ampie possono garantire un notevole risparmio. Per applicazioni più esigenti, gli attuatori a motore lineare offrono una ripetibilità che può raggiungere livelli inferiori al micron.

ciclo di lavoro

Il ciclo di lavoro ha un impatto significativo sulla durata utile delle apparecchiature. È importante scegliere un attuatore lineare in grado di soddisfare i requisiti dell'applicazione. Le viti a ricircolo di sfere, ad esempio, si basano sul contatto di scorrimento, tipicamente tra acciaio inossidabile e plastica (esistono molte opzioni disponibili a seconda dell'applicazione). Questo introduce un'usura considerevole nel corso della vita utile del dispositivo. Di conseguenza, le viti a ricircolo di sfere dovrebbero essere evitate in applicazioni che combinano carichi elevati e cicli di lavoro intensi.

In alternativa, scegli un attuatore a vite a ricircolo di sfere. Questi dispositivi hanno attrito di rotolamento, non di scorrimento, quindi durano più a lungo e la loro durata è più prevedibile.Le sfere possono però danneggiarsi, soprattutto con carichi elevati. Per applicazioni che non tollerano guasti, si può optare per una vite a rulli planetaria. Questi dispositivi distribuiscono il peso per ridurre al minimo l'usura, risultando adatti ad applicazioni militari e aerospaziali, tra le altre. Per applicazioni economiche, anche una trasmissione a cinghia può essere una soluzione.

Ambiente

Anche l'ambiente operativo di un'applicazione influisce sulla scelta dell'attuatore. In un ambiente a camera bianca, è sconsigliabile utilizzare attuatori a vite senza fine. Il contatto metallo-plastica genera particelle che compromettono la classificazione di camera bianca.

Al contrario, ambienti estremamente sporchi possono danneggiare gli attuatori. Negli attuatori a stelo, la vite è sigillata all'interno dell'alloggiamento. Di conseguenza, gli attuatori a stelo sono ragionevolmente sicuri in ambienti contaminati e liquidi. Negli attuatori senza stelo, il carico poggia su un carrello che deve essere collegato alla vite, il che può esporre l'attuatore alla contaminazione..

Di conseguenza, gli attuatori senza stelo richiedono accorgimenti particolari, indipendentemente dal fatto che la tecnologia di base sia un attuatore a vite o un motore lineare. Cercate componenti con grado di protezione IP. Valutate la possibilità di montare la fessura rivolta verso il basso per ridurre l'ingresso di agenti esterni. Tenete presente che il lubrificante può intrappolare e trattenere particelle che, nel tempo, possono danneggiare le superfici.

Un altro fattore da considerare in relazione all'ambiente di lavoro è lo spazio disponibile. Anche l'attuatore migliore al mondo è inutile se non si adatta allo spazio a disposizione. Specificate gli attuatori fin dalle prime fasi della progettazione per assicurarvi che ci sia spazio sufficiente. Collaborate a stretto contatto con il vostro fornitore per sfruttare al meglio tutti i fattori che possono offrire le caratteristiche di cui avete bisogno in un formato compatto.

Bilancio

È sempre importante tenere a mente gli obiettivi di prezzo. I motori lineari sono i più costosi, seguiti dagli attuatori a vite (vite epicicloidale, vite a ricircolo di sfere e vite senza fine). Le trasmissioni a cinghia sono le più economiche.

In ingegneria è sempre necessario fare dei compromessi. L'elenco sopra riportato rappresenta una prima selezione per l'attuatore. Per una data applicazione, vincoli specifici potrebbero rendere il budget una priorità maggiore rispetto alle prestazioni, ad esempio, oppure il ciclo di lavoro più importante della velocità. È consigliabile iniziare il processo di specifica dell'attuatore il prima possibile nella fase di progettazione. Cercate di utilizzare componenti standard. Se nessuno di questi soddisfa le vostre esigenze, parlate con il vostro fornitore della possibilità di sviluppare un prodotto personalizzato che sia in grado di svolgere il lavoro.