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Punti di forza e limiti: Attuatori a cinghia contro attuatori a vite a sfera

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Attuatori a cinghia, attuatori a vite a sfera e punti di forza e limiti di ciascuno.

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La sfida per i sistemi di automazione meccanica in passato è stata la conversione di successo del moto rotatorio da motori elettrici o meccanici in forme utili di moto lineare. Un passo avanti in questo senso, il sistema del nastro trasportatore ha rappresentato una delle prime implementazioni utili di conversione del moto rotatorio in lineare per l'uso in un ambiente di produzione. Questi sistemi sono in grado di trasportare un'ampia varietà di materie prime e pezzi in modo molto più efficiente di quanto si potesse fare in precedenza con l'uso di forze meccaniche brute e sono estremamente utili negli ambienti di produzione.

Oggi, un significativo lavoro di ingegneria nel campo della conversione del movimento rotativo ha prodotto una classe diversificata di attuatori meccanici lineari che sono utili per una vasta gamma di applicazioni di automazione avanzate. La sfida consiste nel selezionare un attuatore appropriato per la funzionalità desiderata, che si tratti semplicemente del movimento di materie prime in un ambiente di produzione o della costruzione di sistemi di movimento più avanzati progettati per spostare gli utensili in posizioni precise.

Al fine di selezionare l'attuatore meccanico lineare appropriato, devono essere prese in considerazione alcune considerazioni importanti, come la capacità di carico desiderata, o forza di spinta, e la distanza di corsa necessaria. Mentre queste sono considerazioni primarie, altre, come l'onere della manutenzione, giocano certamente un ruolo importante.

Due tipi ampiamente utilizzati di attuatori lineari meccanizzati si differenziano per i loro meccanismi di azionamento: attuatori con trasmissione a cinghia e attuatori con vite a ricircolo di sfere. Entrambi i tipi sono impiegati in tipi di applicazioni simili, ma i due differiscono significativamente nella funzione. Ogni tipo possiede punti di forza unici e importanti limitazioni che devono essere attentamente considerate nella scelta di un attuatore.

Attuatori a cinghia

L'attuatore a cinghia funziona secondo gli stessi principi del sistema del nastro trasportatore. La trasmissione a cinghia traduce il movimento rotativo in movimento lineare tramite una cinghia dentata collegata tra due pulegge circolari. La cinghia di distribuzione è solitamente fatta di un elastomero rinforzato con fibre, ma sono disponibili molti altri materiali per applicazioni più esigenti. La cinghia contiene denti che si interfacciano con le pulegge del rotore per trasferire efficacemente la coppia e prevenire lo slittamento. La trasmissione a cinghia è racchiusa all'interno di un corpo in alluminio, mentre il carrello si trova sopra, e l'interfaccia dell'albero di trasmissione è tipicamente situata perpendicolarmente al lato dell'attuatore.

Attuatori con vite a sfera

Il principio fondamentale alla base dell'attuatore con vite a ricircolo di sfere è essenzialmente un miglioramento rispetto al sistema con vite a piombo. Negli attuatori con vite a ricircolo di sfere, la rotazione della vite a ricircolo di sfere aziona la chiocciola/carrello a ricircolo di sfere grazie al fatto che l'interfaccia tra il perno e la vite a ricircolo di sfere è essenzialmente un sistema di cuscinetti a ricircolo di sfere, dove le sfere in acciaio temprato nella chiocciola rotolano lungo la pista del perno. Simile all'attuatore con trasmissione a cinghia, i componenti di guida dell'attuatore con vite a ricircolo di sfere sono racchiusi in un corpo di alluminio mentre il carrello si muove sulla parte superiore. A differenza degli attuatori a cinghia, l'interfaccia dell'albero di trasmissione si trova in linea con la vite a sfera, fuori dall'estremità dell'attuatore.

Punti di forza e limiti di ciascuno

Gli attuatori con trasmissione a cinghia sono generalmente preferiti per le applicazioni che richiedono lunghe distanze di spostamento, che possono essere ottenute in modo più economico di quanto si potrebbe ottenere con un attuatore con vite a sfera di lunghezza simile. Inoltre, l'attuatore a cinghia è generalmente più efficiente, possedendo meno parti mobili critiche, rendendo così la manutenzione meno laboriosa. Ciononostante, una tensione adeguata della cinghia è fondamentale per garantire il corretto trasferimento della coppia, e il ritensionamento della cinghia a periodi di manutenzione periodica è solitamente necessario.

In alternativa, l'unità con vite a ricircolo di sfere assomiglia molto a un sistema di cuscinetti a sfera e quindi è in grado di sostenere carichi più elevati e di raggiungere una forza di spinta maggiore. Per questo motivo, gli attuatori con vite a ricircolo di sfere sono ideali nelle applicazioni in cui il posizionamento di grandi carichi pesanti può essere necessario con un alto livello di precisione. La lubrificazione periodica della vite a sfera può essere richiesta a seconda del design specifico dell'attuatore.

Un ulteriore confronto tra i due tipi di attuatori rivela ulteriori svantaggi dell'attuatore a cinghia, nonostante la sua semplicità ed efficienza. Sono necessarie cinghie significativamente più spesse per requisiti di carico/spinta più elevati. Le cinghie sono anche suscettibili ai carichi d'urto, anche se questa preoccupazione può essere mitigata in una certa misura dalla selezione attenta dei materiali delle cinghie che possono aggiungere forza a scapito dell'elasticità. Inoltre, a causa della vulnerabilità della cinghia all'allungamento, la precisione di posizionamento degli attuatori a vite a sfera tende ad essere superiore a quella degli attuatori a cinghia. Per questo motivo, gli attuatori con vite a ricircolo di sfere sono preferiti per le applicazioni che richiedono alti livelli di affidabilità e ripetibilità per periodi di tempo prolungati. Gli attuatori con vite a ricircolo di sfere sono la scelta preferita per le richieste di accelerazione e spinta elevate, in quanto la puleggia della cinghia è vulnerabile allo slittamento del rotore sotto tali richieste ripetute.

In conclusione, gli attuatori con vite a ricircolo di sfere sono la scelta migliore nelle applicazioni in cui sono richieste forze di carico e/o spinta elevate, insieme a un posizionamento altamente accurato. Tuttavia, a causa della loro alta efficienza e semplicità, gli attuatori con trasmissione a cinghia rimangono la scelta migliore per le applicazioni con carichi inferiori, soprattutto quando sono necessarie velocità più elevate. Gli attuatori a cinghia possono anche essere una soluzione economica per le applicazioni a corsa lunga. Anche se il compito di scegliere tra attuatori meccanici con trasmissione a cinghia e con vite a ricircolo di sfere può sembrare scoraggiante. A prima vista, i punti di forza e di debolezza di ogni design forniscono scelte chiare per ogni applicazione unica.