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Guida alla scelta dei sistemi lineari

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4 Parametri primari dell'applicazione - Controllo, Carico, Velocità e Precisione

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Sono finiti i tempi in cui i progettisti e i costruttori di macchine dovevano scegliere tra la costruzione ex-novo del proprio sistema lineare o la scelta di una gamma limitata di sistemi preassemblati che, nella maggior parte dei casi, erano inadatti alla loro applicazione. I produttori offrono oggi sistemi basati su una gamma di meccanismi di azionamento - viti a sfera, cinghie, cremagliere e pignoni, motori lineari e pneumatici - con opzioni di guida e alloggiamento per adattarsi praticamente a qualsiasi applicazione, ambiente o spazio limitato. Il dilemma per gli ingegneri ora non è tanto trovare un sistema che funzioni per la loro applicazione, quanto piuttosto scegliere la soluzione migliore tra l'ampia gamma di configurazioni disponibili.

Per contribuire a questo processo di selezione sono stati creati molti aiutanti. Si tratta in genere di una tabella che mostra i parametri chiave dell'applicazione rispetto al tipo di sistema, con simboli per valutare l'idoneità di ciascun sistema per ciascun parametro. Anche se questo layout fornisce un rapido riferimento visivo, manca di alcuni dei punti più sottili delle capacità e dei punti deboli di ogni sistema. Nel tentativo di scavare un po' più a fondo, lo schema seguente esamina i punti di forza e i limiti specifici delle tipologie più comuni di sistemi lineari preassemblati.

【Sistemi a cinghia guidata】

I sistemi di trasmissione a cinghia sono probabilmente i più riconosciuti per la loro capacità di percorrere lunghe distanze. Sono anche in grado di raggiungere velocità elevate, poiché i meccanismi di trasmissione a cinghia non utilizzano elementi di ricircolo. Se abbinate a guide non a ricircolazione, come i rulli a camme o le ruote, i nastri possono raggiungere velocità fino a 10 m/s. I sistemi di trasmissione a cinghia sono adatti anche per ambienti difficili, poiché non ci sono elementi volventi che possono essere danneggiati dai detriti e il materiale della cinghia in poliuretano può resistere alla maggior parte dei tipi più comuni di contaminazione chimica.

Lo svantaggio principale dei sistemi di trasmissione a cinghia è che le cinghie si allungano. Anche le cinghie rinforzate in acciaio, che sono utilizzate dalla maggior parte dei produttori di sistemi, alla fine subiranno un certo allungamento, che degrada la ripetibilità e la precisione di marcia. I sistemi di trasmissione a cinghia hanno anche una maggiore risonanza rispetto ad altri tipi di trasmissione, grazie all'elasticità della cinghia. Mentre un'adeguata messa a punto dell'azionamento può compensare questa situazione, le applicazioni con elevate velocità di accelerazione e decelerazione e/o carichi pesanti possono subire tempi di assestamento indesiderati.

【Sistemi azionati a vite a sfera】

Per carichi assiali elevati e un'elevata precisione di posizionamento, i sistemi con vite a ricircolo di sfere sono generalmente la prima scelta. E per una buona ragione. Con dadi precaricati, le viti a ricircolo di sfere garantiscono un movimento senza gioco e possono raggiungere un'elevata precisione di posizionamento e ripetibilità. I cavi che vanno da 2 mm a 40+ mm, consentono inoltre ai sistemi di viti a ricircolo di sfere di soddisfare un'ampia gamma di requisiti di velocità e possono impedire la retroguida in applicazioni verticali.

La lunghezza della corsa è il limite fondamentale dei sistemi azionati da viti a ricircolo di sfere. Con l'aumentare della lunghezza della vite, la velocità ammessa diminuisce, a causa della tendenza della vite ad abbassarsi sotto il proprio peso e l'esperienza di frustare.

【Sistemi a cremagliera e a pignone】

I sistemi a pignone e cremagliera producono elevate forze di spinta e possono farlo con corse praticamente illimitate. Il loro design consente inoltre l'utilizzo di più carrelli sullo stesso sistema, utile per applicazioni che richiedono che i carrelli si muovano in modo indipendente, come i grandi sistemi a portale nell'industria dell'imballaggio e automobilistica.

Sebbene siano disponibili sistemi a cremagliera e pignone di alta qualità e a gioco ridotto, in generale hanno una precisione di posizionamento inferiore rispetto ad altre opzioni di azionamento. E a seconda del profilo del dente e della qualità della lavorazione, i sistemi a cremagliera e a pignone possono produrre un elevato livello di rumore rispetto ad altri sistemi lineari.

【Sistemi lineari a motore azionato】

Tradizionalmente considerati troppo costosi per la maggior parte delle applicazioni, i motori lineari vengono ora utilizzati per operazioni di posizionamento e movimentazione in settori quali l'imballaggio e l'assemblaggio. I costi più bassi hanno contribuito a questa tendenza, ma per gli ingegneri, le caratteristiche attraenti dei motori lineari sono la loro elevata velocità di rotazione, l'elevata precisione di posizionamento e i bassi requisiti di manutenzione. I motori lineari offrono anche la possibilità, come i sistemi a cremagliera e a pignone, di integrare più carrelli indipendenti su un unico sistema.

Poiché non hanno componenti meccanici che impediscono la caduta del carico in condizioni di perdita di potenza, i motori lineari non sono generalmente consigliati per l'uso in applicazioni verticali. Il loro design aperto, insieme alla presenza di potenti magneti, li rende anche suscettibili a contaminazioni e detriti, in particolare trucioli e trucioli metallici.

【Sistemi ad azionamento pneumatico】

Quando la fonte di trasmissione di potenza preferita è l'aria, i sistemi lineari pneumatici si adattano alla bolletta. Per il movimento semplice da punto a punto, i sistemi ad azionamento pneumatico possono essere l'opzione più economica e semplice da integrare. La maggior parte dei sistemi lineari pneumatici sono racchiusi in un alloggiamento in alluminio, che consente di incorporare ammortizzatori terminali e coperture di protezione.

I sistemi pneumatici hanno la più bassa precisione e rigidità dei tipi qui discussi, ma il loro principale limite è l'incapacità di fermarsi in posizioni intermedie.

Suggerimenti importanti】

Indipendentemente dalla vostra applicazione, quando si considerano le opzioni tra i sistemi lineari preassemblati, iniziate con i quattro parametri principali dell'applicazione: corsa, carico, velocità e precisione. Una volta determinata la grandezza e l'importanza di questi criteri, altri parametri, come il rumore, la rigidità e i fattori ambientali, possono aiutare a restringere il campo e rendere il dimensionamento finale e la selezione meno dispendiosa in termini di tempo.