Создание успешной системы линейного перемещения начинается с выбора подходящего привода. Существуют сотни вариантов, отличающихся размерами, технологиями и качеством. Секрет в том, чтобы выбрать привод, который обеспечит наилучшие результаты. К счастью, это не так сложно, как кажется. Требования конкретного применения сужают круг возможных вариантов приводов, а ограничения проекта определяют наилучший вариант.

Процесс начинается с рассмотрения ряда ключевых факторов, перечисленных здесь.

Скорость

Скорость — важный фактор при выборе привода. Хотя винтовые приводы являются эффективными и экономичными, на очень высоких скоростях они подвержены эффекту, известному как «биение винта», при котором винт прогибается при вращении. Биение винта вызывает вибрацию и преждевременный износ.

Пороговое значение биения винта, называемое критической скоростью, зависит от размеров и материала винта. Критическую скорость можно рассчитать аналитически, используя известные уравнения. Если скорость слишком высока для использования винтового привода, рассмотрите возможность использования линейного двигателя или привода с ременным приводом.

Нагрузка

Крайне важно, чтобы привод был правильно подобран по размеру для данной нагрузки. При выборе грузоподъёмности необходимо учитывать несколько факторов: радиальную грузоподъёмность направляющих подшипников, моментную грузоподъёмность опорной каретки и осевую грузоподъёмность опорных подшипников и шарико-винтовой передачи. Важно выбрать привод, рассчитанный на нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации.

Распространенное заблуждение заключается в том, что важна только грузоподъемность, которая позволяет рассчитать срок службы привода при заданной нагрузке. Однако необходимо учитывать и другие факторы, например, жесткость привода в различных направлениях нагрузки. Команда проектировщиков может провести расчет зависимости нагрузки от прогиба, чтобы определить, будет ли привод эффективно работать в данной области применения.

Другим фактором, который следует учитывать, является расположение груза. Масса, покоящаяся на каретке, движущейся вдоль оси привода, создаёт совершенно иные силы, чем консольная нагрузка, создающая опрокидывающий момент. Убедитесь, что привод имеет правильные размеры и опоры.

Вертикальные применения требуют особого внимания к сохранению положения груза. При определённых конструктивных параметрах ходовые винты являются самотормозящимися. Это означает, что их невозможно отвести в обратную сторону, даже в случае отказа двигателя. Для обеспечения самотормозящегося винта его КПД должен быть ниже 50%, где КПД зависит от угла подъема резьбы и коэффициента трения между гайкой и винтом. В качестве альтернативы могут использоваться реечные приводы.

Ремни значительно усовершенствовались в последние годы. Они прочны и высокотехнологичны, поэтому больше не требуют регулярного натяжения, как раньше. Ременные приводы являются хорошим выбором, если требования к скорости и ходу превышают возможности шарико-винтовой или ходовой передачи. Особую осторожность следует проявлять при использовании ременного привода в вертикальном положении. Рекомендуется использовать противовес или тормоз для замедления, остановки и поддержки груза в целях безопасности.

Длина хода

Следующий фактор, который следует учитывать, — это длина хода. Винтовые приводы эффективны и в некоторых случаях могут использоваться для хода до 1,5 м и более. Необходимо соблюдать осторожность при использовании винтовых приводов с очень большим ходом, чтобы не превысить критическую скорость. Для больших ходов предпочтительны ременные приводы. Современные ремни изготовлены из высокотехнологичных материалов, не требующих особого обслуживания. Их можно использовать на расстояниях до 15 м.

Другим вариантом для больших ходов является линейный двигатель. По сути, линейные двигатели представляют собой развёрнутые серводвигатели, которые создают усилие, передаваемое по неподвижной магнитной дорожке. Теоретически, дорожка может быть любой длины. С практической точки зрения линейные двигатели ограничены как требованием обеспечения ровной, тщательно выровненной магнитной дорожки, так и стоимостью магнитов. Управление кабелями двигателя при очень больших перемещениях также может быть сложной задачей.

Повторяемость

Для каждого применения требуется повторяемость. Правильный выбор привода позволяет создать систему, которая не только удовлетворит этим требованиям, но и поможет проекту уложиться в бюджет и сроки сборки. Винтовые приводы обеспечивают повторяемость порядка ±0,0001–±0,003 дюйма. Для сравнения, ременной привод обеспечивает повторяемость порядка ±0,002–±0,010 дюйма.

Оптимальный выбор зависит от требований конкретной области применения. Ременные приводы не так эффективны, как винтовые, но в условиях с более щадящими допусками ременные приводы могут обеспечить значительную экономию. Для более требовательных областей применения линейные приводы обеспечивают повторяемость, которая может достигать субмикронных значений.

Рабочий цикл

Рабочий цикл существенно влияет на срок службы оборудования. Важно выбрать линейный привод, соответствующий требованиям конкретной области применения. Например, ходовые винты основаны на скользящем контакте — обычно нержавеющая сталь по пластику (существует множество вариантов в зависимости от области применения). Это приводит к значительному износу устройства в течение срока службы. Поэтому следует избегать использования ходовых винтов, если ваше устройство сочетает высокую нагрузку и высокий рабочий цикл.

Вместо этого выберите привод с рециркуляцией шарико-винтовой передачи. В этих устройствах используется трение качения, а не скольжения, поэтому они служат дольше и срок службы более предсказуем.Однако шарики могут быть повреждены, особенно при высоких нагрузках. В случаях, когда отказ недопустим, попробуйте планетарный роликовинтовой механизм. Эти устройства распределяют вес, минимизируя износ, что делает их подходящими для применения в военной и аэрокосмической промышленности, в частности. Для бюджетных применений также может подойти ременной привод.

Среда

Условия эксплуатации также влияют на выбор привода. В условиях чистого помещения следует избегать приводов с ходовым винтом. Контакт металла с пластиком приводит к образованию частиц, которые могут снизить класс чистоты помещения.

И наоборот, чрезмерно загрязненная среда может повредить приводы. В приводах стержневого типа винт герметично заключён в корпус. Благодаря этому приводы стержневого типа достаточно безопасны в средах с загрязнениями и жидкостью. В бесштоковых приводах нагрузка ложится на каретку, которая должна быть соединена с винтом, что может подвергнуть привод загрязнению..

В результате бесштоковые приводы требуют специальных мер безопасности, независимо от того, используется ли в основе винтовой привод или линейный двигатель. Обратите внимание на компоненты со степенью защиты IP. Рекомендуется устанавливать их прорезью вниз, чтобы уменьшить проникновение. Имейте в виду, что смазка может захватывать и удерживать частицы, что со временем может повредить поверхности.

Ещё один фактор, который следует учитывать при выборе среды, — это доступное пространство. Даже самый лучший в мире привод бесполезен, если он не помещается в имеющийся корпус. Уточняйте наличие приводов на ранних этапах проектирования, чтобы обеспечить достаточно места. Тесно сотрудничайте с поставщиком, чтобы использовать все преимущества, которые позволят обеспечить необходимые характеристики в компактном корпусе.

Бюджет

Всегда важно учитывать ценовые ориентиры. Линейные двигатели — самые дорогие, за ними следуют винтовые приводы (планетарные, шарико-винтовые и ходовые). Ременные приводы — самые экономичные.

Инженерное дело всегда предполагает компромиссы. Приведённый выше список — это первый шаг при выборе привода. Для любого конкретного применения особые ограничения могут означать, например, что бюджет важнее производительности, или что рабочий цикл важнее скорости. Начните процесс выбора привода как можно раньше на этапе проектирования. Старайтесь работать со стандартными компонентами. Если ни один из них не удовлетворяет вашим потребностям, обсудите с поставщиком возможность разработки индивидуального продукта, который справится с поставленной задачей.