La costruzione 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 trucco sta nel selezionare l'attuatore che fornirà i migliori risultati. 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 migliore.

Il processo inizia considerando la serie di fattori chiave elencati qui.

Velocità

La velocità è un fattore importante da considerare quando si seleziona un attuatore. Sebbene gli attuatori a vite siano componenti efficaci ed economici, a velocità molto elevate soffrono di un fenomeno noto come frusta a vite, in cui la vite si piega mentre gira. La frusta a vite provoca 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'uso di un attuatore a vite, prendere in considerazione un motore lineare o un attuatore con trasmissione a cinghia.

Carico

È essenziale che l'attuatore sia adeguatamente dimensionato per il carico. Ci sono diversi fattori da considerare quando si dimensiona la capacità di carico: la capacità di carico radiale dei cuscinetti di guida, la capacità del 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 affrontare i carichi presentati dall'applicazione.

Un malinteso comune è che conta solo la capacità di carico e che la capacità di carico consenta di calcolare la durata di servizio di un attuatore sotto un determinato carico. Tuttavia, è necessario considerare altri fattori, come la rigidità dell'attuatore nelle varie direzioni del carico. Il team di progettazione può eseguire calcoli di deflessione del carico 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 corre lungo l'asse dell'attuatore introduce forze molto diverse da un carico sospeso 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 alcuni parametri di progettazione, le viti sono autobloccanti. Ciò significa che non possono essere azionati all'indietro, anche in caso di guasto del motore. Per garantire che una vite sia autobloccante, l'efficienza della vite deve essere inferiore al 50%, dove l'efficienza è funzione dell'angolo di attacco e del coefficiente di attrito tra dado e vite. In alternativa, possono funzionare anche attuatori a pignone e cremagliera.

Le cinture sono migliorate notevolmente negli ultimi anni. Sono robusti e altamente ingegnerizzati in modo che non richiedano più un tensionamento regolare come una volta. Le trasmissioni a cinghia sono una buona scelta se i requisiti di velocità e corsa non sono quelli che possono fornire una vite a ricircolo di sfere o una madrevite. È necessario prestare particolare attenzione se si utilizza una trasmissione a cinghia in un'applicazione verticale. Si consiglia di utilizzare un contrappeso o un freno appropriato per rallentare, arrestare e sostenere il carico per motivi di sicurezza.

Lunghezza della corsa

Il prossimo fattore da considerare è la lunghezza della corsa. Gli attuatori a vite sono efficaci e, in alcuni casi, possono essere utilizzati per corse fino a 5 piedi o più. È necessario prestare attenzione affinché gli attuatori a vite con corsa molto lunga non superino la velocità critica. Per corse lunghe, le trasmissioni a cinghia sono la soluzione migliore. Le cinghie di oggi sono realizzate con materiali altamente ingegnerizzati che necessitano di poca manutenzione. Possono essere utilizzati su distanze fino a 50 piedi.

Un'altra opzione per corse lunghe è un motore lineare. Servomotori essenzialmente srotolati, i motori lineari sono costituiti da una forza che viaggia lungo una pista magnetica fissa. In teoria la pista può essere lunga quanto si desidera. Da un punto di vista pratico, i motori lineari sono limitati sia dalla necessità di fornire una pista magnetica livellata e accuratamente allineata, sia dai costi dei magneti. Anche gestire i cavi del motore durante corse molto lunghe può rappresentare una sfida.

Ripetibilità

Ogni applicazione ha un requisito di ripetibilità. La scelta giusta dell'attuatore fornisce un sistema che non solo soddisferà tali requisiti, ma aiuterà anche il progetto a raggiungere gli obiettivi in ​​termini di budget e tempi di assemblaggio. Gli attuatori a vite offrono una ripetibilità nell'ordine di ±0,0001 - ±0,003 pollici. Questo rispetto a ±0,002 - ±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 un'applicazione con tolleranze più tolleranti le trasmissioni a cinghia possono offrire risparmi significativi. Per le applicazioni più impegnative, gli attuatori per motori lineari offrono una ripetibilità che può essere inferiore al micron.

Ciclo di lavoro

Il ciclo di lavoro ha un grande effetto sulla durata delle apparecchiature. È importante scegliere un attuatore lineare in grado di soddisfare i requisiti dell'applicazione. Le viti di comando, ad esempio, si basano sul contatto strisciante, in genere tra acciaio inossidabile e plastica (sono disponibili molte scelte a seconda dell'applicazione). Ciò introduce un'usura significativa nel corso della vita del dispositivo. Di conseguenza, le viti di comando dovrebbero essere evitate se si dispone di un'applicazione combinata con carico elevato e ciclo di lavoro elevato.

Scegli invece un attuatore con vite a ricircolo di sfere. Questi dispositivi hanno attrito volvente, non attrito radente, quindi durano più a lungo e la vita è più prevedibile. Le sfere però possono danneggiarsi, soprattutto con carichi elevati. Per le applicazioni che non tollerano guasti, provare una vite a rulli planetari. Questi dispositivi distribuiscono il peso per ridurre al minimo l'usura, rendendoli adatti, tra gli altri, per applicazioni militari e aerospaziali. Per applicazioni economiche, può funzionare anche una trasmissione a cinghia.

Ambiente

Anche l'ambiente operativo di un'applicazione influisce sulla scelta dell'attuatore. In un ambiente sterile, evitare attuatori con vite di comando. Il contatto metallo-plastica genera particelle che comprometteranno la valutazione della camera bianca.

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

Di conseguenza, gli attuatori senza stelo necessitano di dispositivi speciali, indipendentemente dal fatto che la tecnologia di base sia un attuatore a vite o un motore lineare. Cerca componenti con classificazione IP. Considerare di montare la fessura rivolta verso il basso per ridurre l'ingresso. Tieni presente che la lubrificazione può intrappolare e trattenere le particelle danneggiando le superfici nel tempo.

Un altro fattore da considerare riguardo all’ambiente è la quantità di spazio disponibile. Il miglior attuatore al mondo è inutile se non si adatta alle dimensioni a portata di mano. Specificare gli attuatori nelle prime fasi della fase di progettazione per garantire che vi sia spazio sufficiente. Collabora a stretto contatto con il tuo fornitore per sfruttare tutti i fattori che possono fornire le caratteristiche di cui hai bisogno in un fattore di forma 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 planetaria, vite a ricircolo di sfere e madrevite). Le trasmissioni a cinghia sono le più economiche.

L’ingegneria comporta sempre dei compromessi. L'elenco riportato sopra rappresenta un primo passaggio alla selezione dell'attuatore. Per una determinata applicazione, vincoli speciali possono significare che il budget è una priorità maggiore rispetto alle prestazioni, ad esempio, o che il ciclo di lavoro è più importante della velocità. Avviare il processo di specifica di un attuatore il più presto possibile nella fase di progettazione. Prova a lavorare con componenti standard. Se nessuno di questi soddisfa le tue esigenze, parla con il tuo fornitore dello sviluppo di un prodotto personalizzato che porterà a termine il lavoro.