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#Tendenze
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Come selezionare il giusto attuatore lineare
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Velocità, carico, lunghezza della corsa, ripetibilità, ciclo di lavoro, ambiente e budget.
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La selezione del giusto attuatore lineare per la vostra applicazione implica la considerazione della velocità necessaria, del carico, della lunghezza della corsa e altro ancora.
La costruzione di un sistema di movimento lineare di successo inizia con la scelta dell'attuatore appropriato. Tra le diverse dimensioni, tecnologie e qualità, esistono centinaia di opzioni. Il trucco è quello di scegliere l'attuatore che fornirà i migliori risultati. Fortunatamente, non è così difficile come sembra. I requisiti dell'applicazione ridurranno l'insieme delle possibili soluzioni di attuatori e i vincoli del progetto determineranno la migliore soluzione.
Il processo inizia considerando la serie di fattori chiave qui elencati.
Velocità
La velocità è un fattore importante da considerare quando si seleziona un attuatore. Anche se gli attuatori a vite sono componenti efficaci ed economici, a velocità molto elevate, soffrono di un fenomeno noto come frusta a vite, in cui la vite si incurva mentre gira. La frusta della vite causa vibrazioni e usura prematura.
La soglia per la frusta della vite, chiamata velocità critica, dipende dalle dimensioni e dal materiale della vite. La velocità critica può essere calcolata analiticamente usando equazioni ben note. Se la velocità è troppo alta per l'uso di un attuatore a vite, considerare un motore lineare o un attuatore a cinghia.
Carico
È essenziale che l'attuatore sia adeguatamente dimensionato per il carico. Ci sono diversi fattori da considerare quando si dimensiona la capacità di carico: la capacità di carico radiale dei cuscinetti di guida, la capacità del momento del carrello di supporto e la capacità di carico assiale dei cuscinetti di supporto e della vite a sfere. È importante scegliere un attuatore progettato per affrontare i carichi presentati dall'applicazione.
Un malinteso comune è che solo la capacità di carico conta, e la capacità di carico permette di calcolare la durata di un attuatore sotto un determinato carico. Tuttavia, altri fattori devono essere considerati, come la rigidità dell'attuatore in varie direzioni di carico. Il team di progettazione può eseguire calcoli di carico-deformazione per determinare se l'attuatore funzionerà con successo nell'applicazione.
Un altro fattore da considerare è il posizionamento del carico. Una massa appoggiata su un carrello che corre lungo l'asse dell'attuatore introduce forze molto diverse da un carico sospeso che applica un momento di ribaltamento. Assicuratevi che l'attuatore sia correttamente dimensionato e supportato.
Le applicazioni verticali richiedono una cura speciale per preservare la posizione del carico. Per certi parametri di progettazione, le viti di comando sono autobloccanti. Ciò significa che non possono essere retrocesse, anche in caso di guasto del motore. Per essere sicuri che una vite sia autobloccante, l'efficienza della vite deve essere inferiore al 50%, dove l'efficienza è una funzione dell'angolo di piombo e del coefficiente di attrito tra la chiocciola e la vite. In alternativa, possono funzionare anche gli attuatori a pignone e cremagliera.
Le cinghie sono migliorate notevolmente negli ultimi anni. Sono robuste e altamente ingegnerizzate in modo da non richiedere più la regolare messa in tensione come una volta. Le trasmissioni a cinghia sono una buona scelta se i requisiti di velocità e di corsa sono al di fuori di ciò che una vite a sfera o una vite di piombo possono fornire. Una cura speciale deve essere presa se una trasmissione a cinghia è usata in un'applicazione verticale. Si raccomanda di usare un contrappeso o un freno per rallentare, fermare e sostenere il carico per sicurezza.
Lunghezza della corsa
Il prossimo fattore da considerare è la lunghezza della corsa. Gli attuatori a vite sono efficaci e possono, in alcuni casi, essere utilizzati per corse fino a 5 piedi o più. Bisogna fare attenzione a non superare la velocità critica per gli attuatori a vite con corse molto lunghe. Per lunghe corse, gli azionamenti a cinghia sono le opzioni migliori. Le cinghie di oggi sono materiali altamente ingegnerizzati che richiedono poca manutenzione. Possono essere utilizzate su distanze fino a 50 piedi.
Un'altra opzione per corse lunghe è un motore lineare. Essenzialmente servomotori srotolati, i motori lineari consistono in una forza che viaggia lungo una traccia magnetica fissa. In teoria, la traccia può essere lunga quanto si vuole. Da un punto di vista pratico, i motori lineari sono limitati sia dal requisito di fornire una traccia magnetica livellata e accuratamente allineata sia dai costi dei magneti. Anche la gestione dei cavi del motore su percorsi molto lunghi può essere una sfida.
Ripetibilità
Ogni applicazione ha un requisito di ripetibilità. La giusta scelta dell'attuatore fornisce un sistema che non solo soddisfa questi requisiti, ma aiuta anche il progetto a raggiungere gli obiettivi di budget e di tempo di assemblaggio. Gli attuatori a vite offrono una ripetibilità dell'ordine di ±0,0001 a ±0,003 pollici. Questo si confronta con ±0,002 a ±0,010 pollici per un azionamento a cinghia.
La scelta ottimale dipende dalle esigenze dell'applicazione. Le trasmissioni a cinghia non hanno le stesse prestazioni degli attuatori a vite, ma per un'applicazione con tolleranze più tolleranti le trasmissioni a cinghia possono offrire risparmi significativi. Per le applicazioni più esigenti, gli attuatori a motore lineare offrono una ripetibilità che può essere inferiore al micron.
Ciclo di lavoro
Il ciclo di lavoro ha un grande effetto sulla durata dell'attrezzatura. È importante scegliere un attuatore lineare che possa soddisfare i requisiti dell'applicazione. Le viti di guida, per esempio, si basano su un contatto scorrevole - tipicamente da acciaio inossidabile a plastica (ci sono molte scelte disponibili a seconda dell'applicazione). Questo introduce un'usura significativa durante la vita del dispositivo. Di conseguenza, le viti a piombo dovrebbero essere evitate se si ha un'applicazione combinata di alto carico e alto ciclo di lavoro.
Scegliete invece un attuatore con vite a ricircolo di sfere. Questi dispositivi hanno un attrito di rotolamento, non di scorrimento, quindi durano più a lungo e la vita è più prevedibile. Tuttavia, le sfere possono essere danneggiate, specialmente con carichi elevati. Per le applicazioni che non possono tollerare guasti, provate una vite a rulli planetaria. Questi dispositivi distribuiscono il peso per minimizzare l'usura, il che li rende adatti ad applicazioni militari e aerospaziali, tra gli altri. Per applicazioni economiche, può funzionare anche una trasmissione a cinghia.
Ambiente
L'ambiente operativo di un'applicazione influisce anche sulla scelta dell'attuatore. In un ambiente di camera bianca, evitare attuatori a vite di piombo. Il contatto metallo-plastica genera particelle che comprometteranno la valutazione della camera bianca.
Al contrario, ambienti estremamente sporchi possono danneggiare gli attuatori. Negli attuatori a stelo, la vite è sigillata nell'alloggiamento. Di conseguenza, gli attuatori a stelo sono ragionevolmente sicuri in ambienti con contaminazione e liquidi. Negli attuatori senza stelo, il carico poggia su un carrello che deve collegarsi alla vite, il che può esporre l'attuatore alla contaminazione.
Di conseguenza, gli attuatori senza asta hanno bisogno di disposizioni speciali, sia che la tecnologia di base sia un attuatore a vite o un motore lineare. Cercate componenti con grado di protezione IP. Considerare il montaggio della fessura rivolta verso il basso per ridurre l'ingresso. Siate consapevoli che la lubrificazione può intrappolare e trattenere le particelle per danneggiare le superfici nel tempo.
Un altro fattore da considerare riguardo all'ambiente è la quantità di spazio disponibile. Il miglior attuatore del mondo è inutile se non entra nello spazio a disposizione. Specificate gli attuatori all'inizio della fase di progettazione per assicurarvi che ci sia spazio sufficiente. Lavorate a stretto contatto con il vostro fornitore per sfruttare qualsiasi fattore che possa fornire le caratteristiche di cui avete bisogno in un fattore di forma compatto.
Budget
È sempre importante tenere a mente gli obiettivi di prezzo. I motori lineari sono i più costosi, seguiti dagli attuatori a vite (vite planetaria, vite a sfera e vite di piombo). Gli azionamenti a cinghia sono i più economici.
L'ingegneria comporta sempre dei compromessi. L'elenco di cui sopra è una prima selezione di attuatori. Per qualsiasi applicazione, vincoli speciali possono significare che il budget è una priorità maggiore delle prestazioni, per esempio, o che il ciclo di lavoro è più importante della velocità. Iniziare il processo di specificazione di un attuatore il più presto possibile nella fase di progettazione. Cercate di lavorare con componenti standard. Se nessuno di questi soddisfa le vostre esigenze, parlate con il vostro fornitore per sviluppare un prodotto personalizzato che faccia il lavoro.