Создание успешной системы линейного перемещения начинается с выбора подходящего привода. Существуют сотни вариантов различных размеров, технологий и качества. Хитрость заключается в том, чтобы выбрать тот привод, который обеспечит наилучшие результаты. К счастью, это не так сложно, как кажется. Требования приложения сократят набор возможных решений привода, а ограничения проекта определят наиболее подходящее решение.

Процесс начинается с рассмотрения ряда ключевых факторов, перечисленных здесь.

Скорость

Скорость является важным фактором, который следует учитывать при выборе привода. Хотя приводы винтового типа являются эффективными и экономичными компонентами, на очень высоких скоростях они страдают от явления, известного как биение винта, при котором винт выгибается при вращении. Биение винта вызывает вибрацию и преждевременный износ.

Порог биения винта, называемый критической скоростью, зависит от размеров и материала винта. Критическая скорость может быть рассчитана аналитически с использованием известных уравнений. Если скорость слишком высока для использования винтового привода, рассмотрите вариант с линейным двигателем или приводом с ременной передачей.

Нагрузка

Очень важно, чтобы размер привода соответствовал нагрузке. При определении допустимой нагрузки следует учитывать несколько факторов: допустимую радиальную нагрузку направляющих подшипников, допустимый момент опорной каретки и допустимую осевую нагрузку опорных подшипников и шарико-винтовой передачи. Важно выбрать привод, рассчитанный на нагрузки, возникающие в связи с применением.

Распространенным заблуждением является то, что значение имеет только грузоподъемность, а грузоподъемность действительно позволяет рассчитать срок службы привода при заданной нагрузке. Однако необходимо учитывать и другие факторы, такие как жесткость привода в различных направлениях нагрузки. Группа разработчиков может выполнить расчеты отклонения нагрузки, чтобы определить, будет ли привод успешно работать в данном приложении.

Еще одним фактором, который следует учитывать, является расположение груза. Масса, покоящаяся на каретке, движущейся вдоль оси привода, создает силы, совершенно отличные от консольной нагрузки, создающей опрокидывающий момент. Убедитесь, что привод имеет правильный размер и поддерживается.

Вертикальное применение требует особого внимания для сохранения положения груза. При определенных конструктивных параметрах ходовые винты являются самоконтрящимися. Это означает, что их нельзя привести в обратный ход даже в случае отказа двигателя. Чтобы гарантировать, что винт является самоконтрящимся, эффективность винта должна быть ниже 50%, где эффективность зависит от угла подъема и коэффициента трения между гайкой и винтом. В качестве альтернативы также могут работать реечные приводы.

Ремни заметно улучшились за последние годы. Они прочны и высокотехнологичны, поэтому им больше не требуется регулярное натяжение, как раньше. Ременные передачи являются хорошим выбором, если требования к скорости и ходу выходят за рамки возможностей шарикового или ходового винта. Особую осторожность необходимо соблюдать при использовании ременного привода в вертикальном положении. В целях безопасности рекомендуется использовать противовес или тормоз для замедления, остановки и поддержки груза.

Длина хода

Следующий фактор, который следует учитывать, — это длина хода. Приводы на винтовой основе эффективны и в некоторых случаях могут использоваться для хода до 5 футов и более. Необходимо соблюдать осторожность при использовании приводов с винтовым приводом с очень длинным ходом, чтобы не превысить критическую скорость. Для большой длины хода лучшим вариантом являются ременные передачи. Сегодняшние ремни представляют собой высокотехнологичные материалы, которые не требуют особого ухода. Их можно использовать на расстоянии до 50 футов.

Еще один вариант для длинных ходов – линейный двигатель. По сути, линейные двигатели представляют собой развернутые серводвигатели. Они состоят из силы, которая движется по фиксированной магнитной дорожке. Теоретически трасса может быть сколь угодно длинной. С практической точки зрения линейные двигатели ограничены как требованием обеспечить ровную, тщательно выровненную магнитную дорожку, так и стоимостью магнитов. Управление кабелями двигателя при очень длительных поездках также может стать проблемой.

Повторяемость

Каждое приложение имеет требования к повторяемости. Правильный выбор привода позволяет получить систему, которая не только удовлетворит эти требования, но и поможет проекту достичь целевых показателей бюджета и времени сборки. Приводы винтового типа обеспечивают повторяемость порядка ±0,0001–±0,003 дюйма. Для сравнения: для ременного привода это значение составляет от ±0,002 до ±0,010 дюйма.

Оптимальный выбор зависит от потребностей применения. Ременные передачи работают не так хорошо, как приводы винтового типа, но для применений с более жесткими допусками ременные приводы могут обеспечить значительную экономию. Для более требовательных применений приводы с линейными двигателями обеспечивают субмикронную повторяемость.

Рабочий цикл

Рабочий цикл оказывает большое влияние на срок службы оборудования. Важно выбрать линейный привод, который соответствует требованиям применения. Например, ходовые винты основаны на скользящем контакте — обычно из нержавеющей стали с пластиком (в зависимости от применения существует множество вариантов). Это приводит к значительному износу в течение срока службы устройства. В результате следует избегать использования ходовых винтов, если у вас сочетаются высокие нагрузки и большой рабочий цикл.

Вместо этого выберите рециркуляционный шарико-винтовой привод. Эти устройства имеют трение качения, а не трение скольжения, поэтому они служат дольше, а срок службы более предсказуем.. Однако шары могут быть повреждены, особенно при высоких нагрузках. Для применений, которые не терпят отказов, попробуйте планетарную ролико-винтовую передачу. Эти устройства распределяют вес для минимизации износа, что делает их подходящими, в частности, для военного и аэрокосмического применения. Для бюджетных применений может подойти и ременная передача.

Среда

Операционная среда приложения также влияет на выбор привода. В чистых помещениях избегайте приводов с ходовым винтом. При контакте металла с пластиком образуются частицы, которые снижают уровень чистоты помещения.

И наоборот, чрезвычайно грязная среда может повредить приводы. В приводах стержневого типа винт герметично закреплен в корпусе. В результате приводы стержневого типа достаточно безопасны в средах с загрязнениями и жидкостью. В бесштоковых приводах нагрузка опирается на каретку, которая должна соединяться с винтом, что может привести к загрязнению привода..

В результате бесштоковые приводы требуют особых условий, независимо от того, является ли базовая технология приводом винтового типа или линейным двигателем. Ищите компоненты со степенью защиты IP. Рассмотрите возможность установки прорези вниз, чтобы уменьшить попадание внутрь. Имейте в виду, что смазка может улавливать и удерживать частицы, со временем повреждая поверхности.

Еще одним фактором, который следует учитывать при выборе окружающей среды, является количество доступного пространства. Самый лучший привод в мире бесполезен, если он не помещается в подручный конверт. Укажите приводы на ранней стадии проектирования, чтобы обеспечить достаточное пространство. Тесно сотрудничайте со своим поставщиком, чтобы воспользоваться всеми преимуществами, которые могут обеспечить необходимые вам характеристики в компактном форм-факторе.

Бюджет

Всегда важно помнить о целевых ценовых показателях. Линейные двигатели являются самыми дорогими, за ними следуют приводы винтового типа (планетарный винт, шариковый винт и ходовой винт). Ременные передачи являются наиболее экономичными.

Инженерное дело всегда предполагает компромиссы. Приведенный выше список представляет собой первый этап выбора привода. Для любого конкретного приложения особые ограничения могут означать, например, что бюджет имеет больший приоритет, чем производительность, или что рабочий цикл важнее скорости. Начните процесс определения привода как можно раньше на этапе проектирования. Попробуйте поработать со стандартными компонентами. Если ни один из них не удовлетворит ваши потребности, поговорите со своим поставщиком о разработке специального продукта, который выполнит эту работу.