La sfida per i sistemi di automazione meccanica in passato è stata la conversione riuscita del movimento rotatorio di motori elettrici o meccanici in forme utili di movimento lineare. Una svolta in questo senso, il sistema di nastri trasportatori ha rappresentato una delle prime implementazioni utili della conversione del movimento da rotatorio 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 si potesse ottenere in precedenza mediante l'uso di forze meccaniche brute e sono estremamente utili negli ambienti di produzione.

Oggi, un significativo lavoro di ingegneria nel campo della conversione del movimento rotatorio ha prodotto una classe diversificata di attuatori meccanici lineari utili per un’ampia gamma di applicazioni di automazione avanzate. La sfida è selezionare un attuatore appropriato per la funzionalità desiderata, che si tratti semplicemente del movimento della materia prima in un ambiente di produzione o della costruzione di sistemi di movimento più avanzati progettati per spostare gli utensili in posizioni precise.

Per selezionare l'attuatore meccanico lineare corretto, è necessario prendere in considerazione alcune considerazioni importanti, come la capacità di carico desiderata, o forza di spinta, e la distanza della corsa necessaria. Sebbene queste siano considerazioni primarie, anche altre, come gli oneri di mantenimento, svolgono certamente un ruolo importante.

Due tipi ampiamente utilizzati di attuatori lineari meccanizzati si differenziano per i loro meccanismi di azionamento: attuatori con trasmissione a cinghia e attuatori con vite a ricircolo di sfere. Entrambi i tipi sono impiegati in tipi di applicazioni simili, ma i due differiscono significativamente nella funzione. Ciascun tipo possiede punti di forza unici e limitazioni importanti che devono essere attentamente considerati nella scelta di un attuatore.

Attuatori a cinghia

L'attuatore a cinghia funziona secondo gli stessi principi del sistema a nastro trasportatore. La trasmissione a cinghia traduce il movimento rotatorio in movimento lineare tramite una cinghia dentata collegata tra due pulegge circolari. La cinghia di distribuzione è solitamente realizzata in elastomero rinforzato con fibre, ma sono disponibili molti altri materiali per cinghie 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 slittamento. La trasmissione a cinghia è racchiusa all'interno di un corpo in alluminio mentre il carrello scorre sulla parte superiore e l'interfaccia dell'albero di trasmissione è generalmente situata perpendicolare al lato dell'attuatore.

Attuatori con vite a ricircolo di sfere

Il principio fondamentale alla base dell'attuatore con vite a ricircolo di sfere è essenzialmente un miglioramento rispetto a un sistema con vite di comando. Negli attuatori con vite a ricircolo di sfere, la rotazione della vite a ricircolo di sfere aziona la chiocciola/il carrello montato poiché l'interfaccia tra il perno e la vite a ricircolo di sfere è essenzialmente un sistema di cuscinetti a sfere, in cui le sfere di acciaio temprato nella chiocciola rotolano lungo la pista dello stallone. Similmente all'attuatore con trasmissione a cinghia, i componenti di azionamento dell'attuatore con vite a ricircolo di sfere sono racchiusi all'interno di un corpo in alluminio mentre il carrello si muove sulla parte superiore. A differenza degli attuatori con azionamento a cinghia, l'interfaccia dell'albero di trasmissione si trova in linea con la vite a ricircolo di sfere, all'estremità dell'attuatore.

Punti di forza e limiti di ciascuno

Gli attuatori con azionamento a cinghia sono generalmente preferiti per applicazioni che richiedono lunghe distanze di corsa, che possono essere ottenute in modo più economico rispetto a quanto si potrebbe ottenere con un attuatore con azionamento a vite a ricircolo di sfere di lunghezza simile. Inoltre, l'attuatore con trasmissione a cinghia è generalmente più efficiente, poiché possiede meno parti mobili critiche, rendendo quindi la manutenzione meno laboriosa. Nonostante ciò, un'adeguata tensione della cinghia è fondamentale per garantire il corretto trasferimento della coppia e solitamente è necessario ritensionare la cinghia durante i periodi di manutenzione periodica.

In alternativa, l'unità con vite a ricircolo di sfere assomiglia molto a un sistema di cuscinetti a sfere e quindi è in grado di sopportare carichi più elevati e ottenere una forza di spinta maggiore. Per questo motivo, gli attuatori con vite a ricircolo di sfere sono ideali in applicazioni in cui può essere necessario il posizionamento di carichi grandi e pesanti con un elevato livello di precisione. A seconda del design specifico dell'attuatore, potrebbe essere necessaria una lubrificazione periodica della vite a ricircolo di sfere.

Un ulteriore confronto tra i due tipi di attuatori rivela ulteriori inconvenienti dell'attuatore con azionamento a cinghia, nonostante la sua semplicità ed efficienza. Sono necessarie cinghie significativamente più spesse per esigenze di carico/spinta più elevate. Le cinghie sono anche suscettibili ai carichi d'urto, sebbene questa preoccupazione possa essere mitigata in una certa misura dall'attenta selezione dei materiali delle cinghie che possono aggiungere resistenza a scapito dell'elasticità. Inoltre, a causa della vulnerabilità della cinghia all'allungamento, la precisione di posizionamento degli attuatori con vite a ricircolo di sfere tende ad essere superiore a quella degli attuatori a cinghia. Per questo motivo, gli attuatori con vite a ricircolo di sfere sono preferiti per applicazioni che richiedono elevati livelli di affidabilità e ripetibilità per periodi di tempo prolungati. Gli attuatori con vite a ricircolo di sfere sono la scelta preferita per elevate accelerazioni e richieste di spinta elevate, poiché la puleggia di trasmissione a cinghia è vulnerabile allo scivolamento sul rotore sotto tali richieste ripetute.

In conclusione, gli attuatori con vite a ricircolo di sfere rappresentano la scelta migliore nelle applicazioni in cui sono richieste elevate forze di carico e/o di spinta, insieme a un posizionamento estremamente accurato. Tuttavia, grazie alla loro elevata efficienza e semplicità, gli attuatori con azionamento a cinghia rimangono la scelta migliore per applicazioni con carichi inferiori, soprattutto dove sono necessarie velocità più elevate. Gli attuatori con trasmissione a cinghia possono anche rappresentare una soluzione economica per applicazioni a corsa lunga. Sebbene il compito di scegliere tra attuatori meccanici con trasmissione a cinghia e con vite a ricircolo di sfere possa sembrare scoraggiante. A prima vista, i punti di forza e di debolezza di ogni progetto forniscono scelte chiare per ogni applicazione unica.