האתגר של מערכות אוטומציה מכניות בעבר היה המרה מוצלחת של תנועה סיבובית ממנועים חשמליים או מכניים לצורות שימושיות של תנועה לינארית. פריצת דרך בהקשר זה, מערכת המסוע ייצגה את אחד היישומים השימושיים הראשונים של המרת תנועה ליניארית לשימוש בסביבת ייצור. מערכות אלה מסוגלות להעביר מגוון רחב של חומרי גלם ופיסות עבודה בצורה יעילה בהרבה מכפי שניתן היה להשיג בעבר על ידי שימוש בכוחות מכניים ברוטות והן שימושיות ביותר בסביבות ייצור.

כיום עבודות הנדסיות משמעותיות בתחום המרת תנועה סיבובית הניבו סוג מגוון של מפעילים מכניים ליניאריים אשר מועילים למגוון רחב של יישומי אוטומציה מתקדמים. האתגר הוא בחירת מפעיל מתאים לפונקציונליות הרצויה, בין אם מדובר בפשטות תנועת חומר גלם בסביבת ייצור או בניית מערכות תנועה מתקדמות יותר שנועדו להעביר כלים לתנוחות מדויקות.

על מנת לבחור את המפעיל המכני הליניארי המתאים, יש לקחת בחשבון כמה שיקולים חשובים, כגון יכולת העומס הרצויה, או כוח הדחף, ומרחק השבץ ההכרחי. בעוד שמדובר בשיקולים ראשוניים, אחרים כמו נטל תחזוקה בהחלט ממלאים גם תפקיד חשוב.

שני סוגים בשימוש נרחב של מפעילים לינאריים ממוכנים נבדלים על ידי מנגנוני הכונן שלהם- מונעי חגורה ומפעילים מונעי בורג כדור. שני הסוגים משמשים בסוגים דומים של יישומים, אך השניים נבדלים באופן משמעותי בתפקוד. לכל סוג יש חוזקות ייחודיות ומגבלות חשובות שיש לקחת בחשבון בקפידה בבחירת מפעיל.

מפעילים מונעי חגורה

המפעיל מונע החגורה פועל תחת אותם עקרונות כמו מערכת חגורת המסוע. כונן החגורה מתרגם תנועה סיבובית לתנועה ליניארית באמצעות חגורת תזמון המחוברת בין שתי גלגלות סיבוביות. חגורת התזמון מיוצרת בדרך כלל מאלסטומר מחוזק סיבים, אך חומרי חגורה רבים אחרים זמינים ליישומים תובעניים יותר. החגורה מכילה שיניים המתממשקות לגלגלות הרוטור כדי להעביר מומנט ביעילות ולמנוע החלקה. כונן החגורה סגור בתוך גוף אלומיניום בזמן שהרכבה רוכבת למעלה, וממשק גלגל הכונן ממוקם בדרך כלל בניצב לצד המפעיל.

מפעילים מונעי בורג כדור

העיקרון הבסיסי העומד מאחורי מפעיל מונע בורג הכדור הוא למעשה שיפור ביחס למערכת מונעת בורג עופרת. במפעילים מונעים על בורג כדור, סיבוב בורג הכדור מניע את אגוז הכדור/עגלת רכוב בגלל העובדה שהממשק בין בורג הכדור הוא למעשה מערכת מיסב כדור, שם כדורי פלדה מוקשים במגלגל האגוזים לאורך המירוץ של הרבעה. בדומה למפעיל מונע החגורה, רכיבי הנהיגה של מפעיל המונע על בורג הכדור סגורים בתוך גוף אלומיניום בזמן שההרכבה נעה למעלה. בניגוד למפעילים מונעי החגורה, ממשק גל ההינע ממוקם בשורה עם בורג הכדור, מקצה המפעיל.

חוזקות ומגבלות של כל אחת מהן

בדרך כלל מועדפים מפעילים מונעי חגורה על יישומים הדורשים מרחקי נסיעה ארוכים, אותם ניתן להשיג בצורה חסכונית יותר ממה שניתן היה להשיג באמצעות מפעיל מונע בורג באורך דומה. בנוסף, המפעיל מונע החגורה הוא בדרך כלל יעיל יותר, ובעל פחות חלקים נעים קריטיים, ובכך הופך לתחזוקה פחות עתירת עבודה. למרות זאת, מתח נאות של החגורה הוא קריטי על מנת להבטיח העברת מומנט נאותה, והמתח מחדש של החגורה בתקופות תחזוקה תקופתיות בדרך כלל נחוץ.

לחלופין, יחידת בורג הכדור דומה מקרוב למערכת נושאת כדור מתגלגלת ולכן היא מסוגלת לשאת עומסים גבוהים יותר ולהשיג כוח דחף גבוה יותר. מסיבה זו, מפעילים מונעי בורג כדור הם אידיאליים ביישומים בהם מיקום של עומסים גדולים וכבדים עשוי להיות נחוץ לרמה גבוהה של דיוק. שימון תקופתי של בורג הכדור עשוי להידרש בהתאם לעיצוב המפעיל הספציפי.

השוואה נוספת בין שני סוגי המפעילים חושפת חסרונות נוספים למפעיל מונע החגורה, למרות הפשטות והיעילות שלו. חגורות עבות משמעותיות נדרשות לדרישות עומס/דחף גבוהות יותר. החגורות רגישות גם לעומסי הלם, אם כי ניתן להקל על דאגה זו במידה מסוימת על ידי בחירה מדוקדקת של חומרי חגורה שיכולים להוסיף כוח על חשבון האלסטיות. בנוסף, בשל הפגיעות של החגורה להתארכות, דיוק המיקום של מפעילי בורג הכדור נוטה להיות עדיף על זו של מפעילים מונעי חגורה. בגלל זה, עדיפים מפעילים מונעים על בורג כדור על יישומים הדורשים דרגות גבוהות של אמינות וחוזרות דירות לאורך תקופות זמן ממושכות. מפעילים מונעי בורג כדור הם הבחירה המועדפת על תאוצה גבוהה ודרישות דחף גבוהות, שכן גלגלת כונן החגורה חשופה להחליק ברוטור תחת דרישות חוזרות ונשנות כאלה.

לסיכום, מפעילים מונעי בורג כדור הם הבחירה הטובה יותר ביישומים בהם נדרשים כוחות העמסה ו/או דחף גבוהים, יחד עם מיקום מדויק ביותר. עם זאת, בשל היעילות והפשטות הגבוהה שלהם, מפעילים מונעי חגורה נשארים הבחירה הטובה יותר ליישומים עם עומסים נמוכים יותר, במיוחד כאשר יש צורך במהירויות גבוהות יותר. מפעילים מונעי חגורה יכולים להיות גם פיתרון חסכוני ליישומי שבץ מוחי ארוך. אם כי המשימה של בחירה בין מפעילים מכניים מונעי חגורה לבורג בכדור עשויה להיראות מפחידה. במבט ראשון החוזקות והחולשה של כל עיצוב מספקות אפשרויות ברורות לכל יישום ייחודי.