Для більшості застосувань лінійного руху добре підходять звичайні системи з ремінним або гвинтовим приводом. Однак можуть виникнути проблеми, коли потрібні більші лінійні відстані.

Системи з ремінним приводом є очевидним вибором, коли потрібні довгі лінійні переміщення. У цих відносно простих системах використовуються шківні приводи для створення натягу вздовж паса, і їх можна швидко розвинути до високих швидкостей. Однак, оскільки ці системи досягають більших ходів, можуть виникнути проблеми з провисанням ременів. Напруга не може підтримуватися по всій довжині системи.

У системі також є багато переваг від самих гумових або пластикових ременів. Ця гнучкість по всій довжині системи може спричинити вібрацію або пружинити, що створює ефект шмагання на каретці. Якщо конкретний процес не може впоратися з цим, система з гвинтовим приводом може бути кращим варіантом. Системи з гвинтовим приводом мають фіксований механічний елемент, який забезпечує повний контроль каретки в будь-який час з точною зупинкою та позиціонуванням.

Ще однією перевагою гвинтових систем є безпека. Системи з ремінним приводом менш безпечні через можливість обриву ременя. Така несправність буде неконтрольованою, а у вертикальному застосуванні вантаж може впасти та пошкодити обладнання чи навіть персонал. Система з гвинтовим приводом не має такої проблеми. Навіть у випадку несправності система з гвинтовим приводом зупинить падіння вантажу та забезпечить безпеку.

Історично проблема систем з гвинтовим приводом полягала в труднощах досягнення більшої довжини ходу. Системи з гвинтовим приводом зазвичай можуть поставлятися довжиною до 6 метрів із використанням пар опорних блоків для підтримки гвинта та запобігання будь-якому ефекту збивання при вищих швидкостях обертання. Навіть на низьких швидкостях довші гвинти потребують опори, щоб уникнути згинання через власну вагу. Ця опорна система несучих блоків традиційно складається з пар блоків, з’єднаних стрижнем або дротом. Пари рухаються разом по системі лінійного руху.

Якщо системі потрібен довший хід, можна додати більше пар опорних блоків, щоб підтримувати гвинт на регулярних діленнях уздовж його довжини. Мати до трьох або навіть чотирьох пар, що працюють разом, може бути практичним, але з’єднання стрижнів або дротів між блоками стає складним за межі цієї кількості.

Довші удари

Першим завданням для досягнення довшого ходу є створення системи, яка може запропонувати більше опорних точок для довшого гвинта. Одне з рішень полягає в тому, щоб відмовитися від підключеної системи для блоків і замість цього використовувати систему, в якій блоки можуть згортатися один в одного і відокремлюватися, коли потрібно. Коли блоки досягають встановленого положення, вони залишаються там, щоб направляти та підтримувати гвинт. У такій системі можна реалізувати 10, 12 або навіть 13 точок опори з парами опорних блоків. Ця опорна система для кулькового або ходового гвинта дозволяє долати великі відстані без згинання або збивання.

Щоб перевищити 6 метрів у довжину, наступне завдання — створити довший гвинт. Однак через обмеження доступної сировини зазвичай виготовляють гвинти довжиною до 6 метрів. Отже, як можна досягти довжини ходу більше 10 метрів? Відповідь полягає в тому, щоб з’єднати два гвинти разом і застосувати деякі точні технології виготовлення.

Ходові гвинти та кулькові гвинти виготовляються на прокатній лінії, і кожна частина може виготовлятися з дещо іншим відхиленням ходу. Таким чином, щоб з’єднати дві частини разом, необхідно подолати відмінності у відхиленні свинцю. Щоб два гвинти були успішно з’єднані, необхідно використовувати кулькові гвинти найвищої точності з найменшим можливим відхиленням. Кульково-гвинтові гвинти мають бути точно оброблені, щоб тепло не потрапляло в деталь і не змінювало діаметр або геометрію ходу. Навіть таке невелике відхилення, як 0,01 або 0,001 міліметра, може створити проблеми для кінцевої системи.

Після механічної обробки гвинти з’єднані разом за допомогою мітчика та отвору з мінімальним відхиленням між двома виводами. Остаточно вони закріплюються за допомогою високоміцного клею. (Зварювання гвинтів знову змінило б геометрію та створило проблеми.)

Гвинтові системи зі складними системами опорних блоків і прецизійними гвинтами можуть виготовлятися довжиною 10,8 метрів або більше. Система з довжиною ходу від 2 до 3 метрів матиме максимальну швидкість приблизно 4000 об/хв. Як правило, для довшої системи швидкість обертання має бути значно знижена, щоб уникнути збивання. Але з додатковими опорами гвинтова система довжиною до 10 метрів може працювати зі швидкістю 4000 об/хв.

Додатки великої довжини

Гвинтові системи з великою довжиною ходу використовуються в багатьох галузях промисловості для забезпечення точного лінійного позиціонування. Гарним прикладом є автоматизована система зварювання металевих труб і трубок. Потрібне точне розташування зварювального сопла на великій відстані. У випадках, коли зварюються високоякісні матеріали, наприклад титан, операція виконується у вакуумі, щоб уникнути окислення металу.

Багато застосувань в автомобільній промисловості вимагають великих відстаней. Наприклад, шестиосьові роботи часто встановлюються на довгохідні лінійні приводи для зварювання або обслуговування машини. Хоча швидкість може не бути критичним фактором для транспортування рук робота, потрібна велика довжина та дуже точне позиціонування.

Виробництво оптичного кабелю — це високошвидкісна, безперервна операція, яку неможливо зупинити без шкоди для якості волокон, що виробляються. Кабелі намотуються на великі котушки. Коли одна котушка заповнена, її потрібно швидко замінити, щоб мінімізувати втрати продукту. Точність і швидкість є життєво важливими для ефективності процесу. Системи з довгим гвинтовим приводом можуть запропонувати і те, і інше в цьому застосуванні, а також здатність витримувати велике навантаження котушок.

Будь-яке застосування, що вимагає переміщення важкого обладнання у вертикальній площині, виграє від жорсткості та безвідмовної функціональності лінійного гвинта. В авіаційній промисловості, наприклад, високоточні камери переміщуються вгору та вниз. Гвинти надійно та точно витримують велику вагу. У таких додатках використовуються спеціальні кулькові напрямні системи з кульками великого діаметру, які сприймають динамічний момент навантаження.

Удосконалення існуючих систем

У багатьох системах лінійного руху великої довжини кульковий гвинт залишається повністю відкритим. Є дві загальні проблеми з такими системами: або система не може працювати на бажаній швидкості, або систему важко обслуговувати, оскільки відкритий гвинт притягує пил і сміття, що вимагає регулярного очищення, щоб уникнути передчасного виходу з ладу кулькової гайки.

У таких додатках додаткова опора, що забезпечується конфігурацією багатошарового підшипникового блоку, означає, що гвинт може працювати на набагато вищій швидкості. Проблеми з очищенням і надійністю можна вирішити за допомогою закритої герметичної системи, яка захищає гвинт і пропонує суттєве скорочення вимог до обслуговування. Гвинт, що додається, захищений від проникнення пилу та сміття, і без регулярного чищення може підтримувати оптимальну продуктивність і надійність.

У такій системі каретка може бути оснащена просвердленими жолобами і з'єднана мастильним ніпелем. Це дозволяє змащувати з однієї точки без необхідності відкривати корпус. Оскільки блок ніколи не потрібно відкривати, обмежена кількість пилу або води може проникнути в систему. Він захищений навіть у найбрудніших середовищах.