Для большинства задач линейного перемещения хорошо подходят обычные системы с ременным или винтовым приводом. Однако могут возникнуть проблемы, когда требуются более длинные линейные расстояния.

Системы с ременным приводом являются очевидным выбором, когда требуются длительные линейные перемещения. В этих относительно простых системах используются шкивы для создания натяжения ремня, и их можно быстро довести до высоких скоростей. Однако, поскольку эти системы достигают более длинных ходов, могут возникнуть проблемы с провисанием ремней. Натяжение не может поддерживаться по всей длине системы.

Кроме того, система по своей природе подвержена сильным деформациям из-за самих резиновых или пластиковых ремней. Такая гибкость по всей длине системы может вызвать вибрацию или пружинение, что создает ударный эффект на каретке. Если конкретный процесс не может справиться с этим, лучшим вариантом может быть система с винтовым приводом. Системы с винтовым приводом имеют фиксированный механический элемент, который обеспечивает постоянный полный контроль каретки с точной остановкой и позиционированием.

Безопасность – еще одно преимущество винтовых систем. Системы с ременным приводом менее безопасны из-за возможности обрыва ремня. Такая неисправность будет неконтролируемой, а при вертикальном применении груз может упасть и повредить оборудование или даже персонал. В системе с винтовым приводом такой проблемы нет. Даже в случае отказа система с винтовым приводом предотвратит падение груза и обеспечит безопасность.

Исторически проблема систем с винтовым приводом заключалась в трудности достижения большей длины хода. Системы с винтовым приводом обычно могут поставляться длиной до 6 метров с использованием пар подшипниковых блоков для поддержки винта и предотвращения любого ударного эффекта при более высоких скоростях вращения. Даже на более низких скоростях более длинные винты нуждаются в поддержке против изгиба, вызванного собственным весом. Эта система поддержки подшипниковых блоков традиционно состоит из пар блоков, соединенных стержнем или проволокой. Пары движутся вместе по линейной системе движения.

Если системе требуется более длинный ход, можно добавить больше пар подшипниковых блоков для поддержки винта на равномерных участках по его длине. Наличие трех или даже четырех пар, работающих вместе, может быть практичным, но соединение стержней или проводов между блоками, превышающее это количество, становится затруднительным.

Более длинные удары

Первой задачей достижения более длинного хода является создание системы, которая могла бы предложить больше точек опоры для более длинного винта. Одно из решений — отказаться от связанной системы блоков и вместо этого использовать систему, в которой блоки могут сжиматься друг в друга и при необходимости разделяться. Как только блоки достигают заданного положения, они остаются там, направляя и поддерживая винт. В такой системе с помощью пар несущих блоков можно реализовать 10, 12 или даже 13 точек опоры. Эта система поддержки шарикового или ходового винта позволяет преодолевать большие расстояния без изгибов и биений.

Чтобы выйти за пределы 6 метров в длину, следующей задачей будет создание более длинного винта. Однако из-за ограниченности доступного сырья винты обычно производятся только длиной до 6 метров. Так как же добиться длины хода более 10 метров? Ответ заключается в соединении двух винтов вместе и использовании некоторых точных технологий изготовления.

Ходовые винты и ШВП изготавливаются на прокатной линии, причем каждая деталь может изготавливаться с несколько различным отклонением шага. Поэтому для соединения двух частей необходимо преодолеть разницу в отклонении шага. Для успешного соединения двух винтов необходимо использовать ШВП высочайшей точности с минимально возможным отклонением. ШВП должны быть точно обработаны, чтобы тепло не проникало в деталь и не изменяло диаметр или геометрию шага. Даже такое небольшое отклонение, как 0,01 или 0,001 миллиметра, может создать проблемы для конечной системы.

После механической обработки винты соединяются друг с другом с помощью метчика и отверстия с минимальным отклонением между двумя выводами. Наконец, они закрепляются высокопрочным клеем. (Сварка винтов снова изменит геометрию и создаст проблемы.)

Винтовые системы со сборно-разборными опорными блоками и винтами прецизионного изготовления могут изготавливаться длиной 10,8 метров и более. Система с длиной хода от 2 до 3 метров будет иметь максимальную скорость около 4000 об/мин. Обычно в более длинной системе скорость вращения приходится значительно снижать, чтобы избежать биения. Но при наличии дополнительных опор винтовая система длиной до 10 метров может работать со скоростью 4000 об/мин.

Длинные приложения

Системы с винтовым приводом и большой длиной хода используются во многих отраслях промышленности для обеспечения точного линейного позиционирования. Хорошим примером является автоматизированная система сварки металлических труб. Требуется точное позиционирование сварочного сопла на больших длинах хода. В тех случаях, когда свариваются высококачественные материалы, например титан, операция выполняется в вакууме, чтобы избежать окисления металла.

Многие применения в автомобильной промышленности требуют большой длины хода. Например, шестиосные роботы часто монтируются на длинноходные линейные приводы для сварки или обслуживания станков. Хотя скорость может не быть критическим фактором для транспортировки манипуляторов робота, требуются большая длина и очень точное позиционирование.

Производство оптического кабеля — это высокоскоростная непрерывная операция, которую невозможно остановить, не поставив под угрозу качество производимых волокон. Кабели намотаны на большие катушки. Когда одна катушка заполнена, ее необходимо быстро заменить, чтобы свести к минимуму потери продукта. Точность и скорость жизненно важны для эффективности процесса. Длинные системы с винтовым приводом могут обеспечить и то, и другое, а также способность выдерживать большие нагрузки на барабаны.

Любое применение, требующее перемещения тяжелого оборудования в вертикальной плоскости, выигрывает от жесткости и надежности линейного винта. Например, в авиационной промышленности высокоточные камеры перемещаются вверх и вниз. Винты надежно и точно несут тяжелый вес. В таких случаях используются специальные системы шариковых направляющих с шариками большого диаметра для восприятия момента динамической нагрузки.

Улучшения существующих систем

Во многих приложениях с линейным перемещением большой длины шарико-винтовая передача остается полностью открытой. С такими системами возникают две распространенные проблемы: либо система не может работать на желаемой скорости, либо систему сложно обслуживать, поскольку открытый винт притягивает пыль и мусор, что требует регулярной очистки во избежание преждевременного выхода из строя шариковой гайки.

В таких случаях дополнительная поддержка, обеспечиваемая компоновкой блоков подшипников, означает, что винт может работать на гораздо более высокой скорости. Проблемы очистки и надежности можно решить с помощью закрытой герметичной системы, которая защищает винт и значительно снижает требования к техническому обслуживанию. Прилагаемый винт защищен от попадания пыли и мусора и без регулярной очистки может сохранять оптимальную производительность и надежность.

В такой системе каретка может быть снабжена просверленными каналами и соединена с смазочным ниппелем. Это позволяет смазывать из одной точки без необходимости открывать корпус. Поскольку устройство никогда не нужно открывать, в систему может проникнуть ограниченное количество пыли или воды. Он защищен даже в самых грязных условиях.