La sfida per i sistemi di automazione meccanica in passato è stata la conversione di successo del movimento rotazionale dai motori elettrici o meccanici in utili forme di movimento lineare. Una svolta a questo proposito, il sistema di nastro trasportatore rappresentava una delle prime utili implementazioni della conversione del movimento da Rotary a lineare per l'uso in un ambiente di produzione. Questi sistemi sono in grado di trasportare un'ampia varietà di materie prime e pezzi in modo molto più efficiente di quanto in precedenza potrebbe essere realizzato mediante l'uso di forze meccaniche bruta e sono estremamente utili negli ambienti di produzione.

Oggi, significativi lavori di ingegneria nel campo della conversione del movimento rotante hanno prodotto una classe diversificata di attuatori meccanici lineari che sono utili per una vasta gamma di applicazioni di automazione avanzate. La sfida è la selezione di un attuatore appropriato per la funzionalità desiderata, che si tratti semplicemente del movimento delle materie prime in un ambiente di produzione o della costruzione di sistemi di movimento più avanzati progettati per spostare gli strumenti in posizioni precise.

Al fine di selezionare l'attuatore meccanico lineare adeguato, devono essere prese in considerazione alcune considerazioni importanti, come la capacità di carico desiderata o la forza di spinta e la distanza di corsa necessaria. Mentre queste sono considerazioni primarie, anche altri come l'onere di manutenzione svolgono un ruolo importante.

Due tipi ampiamente utilizzati di attuatori lineari meccanizzati sono differenziati dai loro meccanismi di guida- Attuatori a cinghia e a vite a sfere. Entrambi i tipi sono impiegati in simili tipi di applicazioni, ma i due differiscono in modo significativo nella funzione. Ogni tipo possiede punti di forza unici e importanti limitazioni che devono essere attentamente considerate nella selezione di un attuatore.

Attuatori a cinghia

L'attuatore guidato dalla cinghia funziona con gli stessi principi del sistema di nastro trasportatore. L'unità a cinghia traduce il movimento rotante in movimento lineare tramite una cinghia di distribuzione collegata tra due pulegge circolari. La cinghia di distribuzione è generalmente realizzata con un elastomero rinforzato con fibre, ma molti altri materiali della cintura sono disponibili per applicazioni più impegnative. La cinghia contiene denti che si interfacciano con le pulegge del rotore per trasferire in modo efficiente la coppia e impedire lo scivolamento. L'unità a cinghia è racchiusa all'interno di un corpo in alluminio mentre il carrello cavalca sopra e l'interfaccia dell'albero di trasmissione è in genere situata perpendicolare al lato dell'attuatore.

Attuatori a vite a vite

Il principio fondamentale dietro l'attuatore a vite a vite è essenzialmente un miglioramento rispetto a un sistema a vite a piombo. Negli attuatori a vite a vite a vite, la rotazione della vite a sfera guida il dado a sfera/carrello montato a causa del fatto che l'interfaccia tra il perno e la vite a sfera è essenzialmente un sistema di cuscinetti a sfera, in cui le sfere in acciaio indurite nel dado rotolano lungo la corsa in pista dello stallone. Simile all'attuatore guidato dalla cintura, i componenti di guida dell'attuatore a vite a vite sono racchiusi all'interno di un corpo in alluminio mentre il carrello si muove sopra. Contrariamente agli attuatori guidati dalla cinghia, l'interfaccia dell'albero di trasmissione si trova in linea con la vite a sfera, al largo dell'attuatore.

Punti di forza e limitazioni di ciascuno

Gli attuatori basati sulla cintura sono generalmente preferiti per le applicazioni che richiedono lunghe distanze di viaggio, che possono essere raggiunte in modo più economico di quanto si possa realizzare con un attuatore a vite a sfera di lunghezza simile. Inoltre, l'attuatore guidato dalla cintura è generalmente più efficiente, in possesso di meno parti mobili critiche, rendendo così una manutenzione meno ad alta intensità di lavoro. Nonostante ciò, è fondamentale un'adeguata tensione della cinghia per garantire un adeguato trasferimento della coppia e il ri-tensionamento della cintura a periodi di manutenzione periodica.

In alternativa, l'unità a vite a sfera ricorda da vicino un sistema di cuscinetti a sfera e quindi è in grado di trasportare carichi più elevati e ottenere una forza di spinta più elevata. Per questo motivo, gli attuatori a vite a vite sono ideali nelle applicazioni in cui il posizionamento di carichi grandi e pesanti può essere necessario a un alto livello di precisione. Può essere richiesta una lubrificazione periodica della vite a sfera a seconda del design specifico dell'attuatore.

Un ulteriore confronto tra i due tipi di attuatori rivela ulteriori svantaggi dell'attuatore guidato dalla cintura, nonostante la sua semplicità ed efficienza. Sono necessarie cinture significativamente più spesse per richieste di carico/spinta più elevate. Le cinture sono anche suscettibili ai carichi di shock, sebbene questa preoccupazione possa essere mitigata in una certa misura dall'attenta selezione di materiali a cinghia che può aggiungere resistenza a spese di elasticità. Inoltre, a causa della vulnerabilità della cintura all'allungamento, l'accuratezza del posizionamento degli attuatori a vite a sfera tende ad essere superiore a quella degli attuatori guidati dalla cintura. Per questo motivo, sono preferiti attuatori a vite a sfere per applicazioni che richiedono alti gradi di affidabilità e ripetibilità per lunghi periodi di tempo. Gli attuatori a vite a sfere sono la scelta preferita per le richieste di elevata accelerazione e elevata spinta, poiché la puleggia di trasmissione a cinghia è vulnerabile allo scivolare al rotore in base a tali richieste ripetute.

In conclusione, gli attuatori a vite a vite sono la scelta migliore nelle applicazioni in cui sono necessarie forze elevate di carico e/o spinta, insieme a un posizionamento altamente accurato. Tuttavia, a causa della loro alta efficienza e semplicità, gli attuatori guidati dalla cintura rimangono la scelta migliore per le applicazioni con carichi più bassi, in particolare dove sono necessarie velocità più elevate. Gli attuatori basati sulla cintura possono anche essere una soluzione economica per applicazioni a lunga corsa. Sebbene il compito di selezionare tra attuatori meccanici a cinghia e a vite a vite possa sembrare scoraggiante. A prima vista, i punti di forza e di debolezza di ciascun design forniscono scelte chiare per ogni applicazione unica.