La realizzazione di un sistema di movimento lineare di successo inizia con la scelta dell'attuatore più adatto. Tra diverse dimensioni, tecnologie e qualità, esistono centinaia di opzioni. Il segreto è selezionare l'attuatore che offre i risultati migliori. Fortunatamente, non è così difficile come sembra. I requisiti dell'applicazione ridurranno il numero di possibili soluzioni di attuatore e i vincoli del progetto determineranno la soluzione più adatta.

Il processo inizia con la valutazione di una 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 soffrono di un fenomeno noto come effetto frusta, in cui la vite si piega durante la rotazione. L'effetto frusta causa vibrazioni e usura prematura.

La soglia per la frusta della vite, chiamata velocità critica, dipende dalle dimensioni e dal materiale della vite. 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 essenziale che l'attuatore sia dimensionato in modo appropriato per il carico. Ci sono diversi fattori da considerare nel dimensionamento in base alla capacità di carico: la capacità di carico radiale dei cuscinetti di guida, la capacità di carico del carrello di supporto e la capacità di carico assiale dei cuscinetti di supporto e della vite a sfere. È importante scegliere un attuatore progettato per gestire i carichi presentati dall'applicazione.

Un errore comune è pensare che sia rilevante solo la capacità di carico, e che questa consenta di calcolare la durata di un attuatore sotto un dato carico. Tuttavia, è necessario considerare altri fattori, come la rigidità dell'attuatore in diverse direzioni di carico. Il team di progettazione può eseguire calcoli di carico-deflessione 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 introduce forze molto diverse da quelle di un carico a sbalzo che applica un momento ribaltante. Assicurarsi che l'attuatore sia adeguatamente dimensionato e supportato.

Le applicazioni verticali richiedono particolare attenzione per preservare la posizione del carico. Per determinati parametri di progettazione, le viti di comando sono autobloccanti. Ciò significa che non possono essere azionate in senso inverso, nemmeno in caso di guasto del motore. Per garantire l'autobloccaggio di una vite, la sua efficienza deve essere inferiore al 50%, dove l'efficienza è funzione dell'angolo di inclinazione e del coefficiente di attrito tra la chiocciola e la vite. In alternativa, possono essere impiegati anche attuatori a pignone e cremagliera.

Le cinghie sono notevolmente migliorate negli ultimi anni. Sono robuste e altamente ingegnerizzate, tanto da non richiedere più un tensionamento regolare come in passato. Le trasmissioni a cinghia sono un'ottima scelta se i requisiti di velocità e corsa sono superiori a quelli di una vite a sfere o di una vite madre. È necessario prestare particolare attenzione se una trasmissione a cinghia viene utilizzata in un'applicazione verticale. Si raccomanda di utilizzare un contrappeso o un freno, a seconda dei casi, per rallentare, arrestare e sostenere il carico in sicurezza.

Lunghezza del tratto

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 m o più. Per gli attuatori a vite con corse molto lunghe, è necessario prestare attenzione a non superare la velocità critica. Per corse lunghe, le trasmissioni a cinghia sono opzioni migliori. Le cinghie odierne sono realizzate con materiali altamente ingegnerizzati che richiedono poca manutenzione. Possono essere utilizzate su distanze fino a 15 m.

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

Ripetibilità

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

La scelta ottimale dipende dalle esigenze dell'applicazione. Le trasmissioni a cinghia non offrono prestazioni pari a quelle degli attuatori a vite, ma per applicazioni con tolleranze più flessibili possono offrire risparmi significativi. Per applicazioni più impegnative, gli attuatori con motore lineare offrono una ripetibilità che può arrivare al di sotto del micron.

Ciclo di lavoro

Il ciclo di lavoro ha un impatto significativo sulla durata dell'apparecchiatura. È importante scegliere un attuatore lineare in grado di soddisfare i requisiti dell'applicazione. Le viti di comando, ad esempio, si basano su un contatto strisciante, tipicamente acciaio inossidabile su plastica (sono disponibili numerose opzioni a seconda dell'applicazione). Questo comporta un'usura significativa per tutta la durata del dispositivo. Di conseguenza, è consigliabile evitare le viti di comando in caso di applicazioni con carichi elevati e ciclo di lavoro elevato.

Scegliete invece un attuatore a vite a ricircolo di sfere. Questi dispositivi hanno attrito volvente, non radente, quindi durano più a lungo e la loro vita utile è più prevedibile.Tuttavia, le sfere possono danneggiarsi, soprattutto con carichi elevati. Per applicazioni che non tollerano guasti, provate una vite a rulli satelliti. Questi dispositivi distribuiscono il peso per ridurre al minimo l'usura, rendendoli ideali per applicazioni militari e aerospaziali, tra le altre. Per applicazioni più economiche, anche una trasmissione a cinghia può essere una buona soluzione.

Ambiente

Anche l'ambiente operativo di un'applicazione influisce sulla scelta dell'attuatore. In un ambiente di camera bianca, è consigliabile evitare attuatori con vite di comando. Il contatto metallo-plastica genera particelle che compromettono la classificazione per camera bianca.

Al contrario, ambienti estremamente sporchi possono danneggiare gli attuatori. Negli attuatori a stelo, la vite è sigillata nell'alloggiamento. Di conseguenza, gli attuatori a stelo sono ragionevolmente sicuri in ambienti con contaminazione 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 speciali, 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 sostanze indesiderate. Tenete presente che la lubrificazione può intrappolare e trattenere particelle che potrebbero danneggiare le superfici nel tempo.

Un altro fattore da considerare in merito all'ambiente è la quantità di spazio disponibile. Il miglior attuatore al mondo è inutile se non si adatta allo spazio disponibile. Specificare gli attuatori all'inizio della fase di progettazione per garantire che lo spazio sia sufficiente. Collaborare a stretto contatto con il fornitore per sfruttare al meglio tutti i fattori che possono offrire le caratteristiche necessarie 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 sfere e vite di comando). Le trasmissioni a cinghia sono le più economiche.

L'ingegneria comporta sempre dei compromessi. L'elenco sopra riportato rappresenta un primo passo nella selezione dell'attuatore. Per una determinata applicazione, vincoli specifici potrebbero comportare, ad esempio, che il budget sia una priorità maggiore rispetto alle prestazioni, o che il ciclo di lavoro sia più importante della velocità. Iniziate il processo di specifica di un attuatore il prima possibile nella fase di progettazione. Cercate di lavorare con componenti standard. Se nessuno di questi soddisfa le vostre esigenze, parlate con il vostro fornitore per sviluppare un prodotto personalizzato che soddisfi le vostre esigenze.