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Sfide di progettazione per gli attuatori lineari con azionamento a 180°

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Fattori di progettazione e sfide per gli attuatori lineari con azionamento a 180°

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Per ottenere un movimento lineare di precisione, i progettisti devono comprendere i fattori fondamentali che determinano la progettazione degli attuatori lineari con azionamento a 180°, a partire dalla fase di sviluppo del dispositivo. Questo blog fornisce una panoramica completa dei fattori chiave della progettazione, fondamentali per ottenere prestazioni ottimali, e delle sfide che i progettisti possono incontrare nel processo di sviluppo degli attuatori lineari a 180°.

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Fattori critici da considerare nella progettazione

Forza e velocità. Quando si opta per un attuatore lineare a 180°, è indispensabile stabilire i parametri necessari di forza e velocità dettati dall'applicazione. All'interno dell'applicazione possono esistere diversi scenari operativi, che richiedono la considerazione di requisiti di forza e velocità distinti per ogni scenario. La capacità di carico dell'attuatore lineare comporta due variabili significative: statica e dinamica. La capacità di carico dinamica indica la forza applicata mentre l'attuatore è in movimento, mentre la capacità di carico statica si riferisce alla capacità di forza quando l'attuatore è fermo e mantiene un carico in posizione.

Ciclo di lavoro. Il ciclo di lavoro è il rapporto tra il tempo di funzionamento dell'attuatore lineare e il tempo di ciclo totale. Il ciclo di lavoro determina l'aumento di temperatura dell'attuatore mentre è in movimento, poiché l'energia viene persa attraverso il calore. Il rispetto delle linee guida sul ciclo di lavoro aiuta a garantire che l'attuatore non surriscaldi il motore e non danneggi i componenti dell'attuatore nel corso della sua vita utile. A tal fine, è necessario comprendere il tempo complessivo di funzionamento dell'attuatore e il tempo corrispondente di spegnimento.

Corsa o spostamento. La corsa o la distanza di spostamento richiesta dall'applicazione determinerà le specifiche della vite di comando e influenzerà la scelta della disposizione preferita.

Durata o obiettivo di affidabilità. Utilizzando il ciclo di lavoro e la velocità come parametri di riferimento, è possibile calcolare la durata necessaria o l'obiettivo di affidabilità. Questo calcolo influisce sulla progettazione e sulla selezione dei componenti del meccanismo per garantire il raggiungimento della durata di vita o dell'obiettivo di affidabilità desiderati.

Meccanismi vincolati e non vincolati. Il progetto del dispositivo fornisce indicazioni sul tipo di movimento lineare richiesto dall'attuatore lineare diretto (cioè vincolato o non vincolato). Questa decisione è fondamentale per la progettazione dell'attuatore e deve essere definita chiaramente all'inizio del progetto.

Selezione della vite e del dado. In base ai requisiti di carico e velocità, è possibile selezionare le specifiche della vite principale (principalmente diametro e passo). La vite principale deve essere valutata per fattori quali il carico di instabilità e la velocità critica. In alcune applicazioni, l'attributo autobloccante della vite principale si rivela vantaggioso per mantenere la posizione del carico, quindi il passo della vite principale può essere selezionato di conseguenza.

La scelta del materiale della chiocciola dipende da fattori quali il carico, la velocità e i requisiti di durata/affidabilità. Nei casi di attuatori lineari non adattivi, la progettazione della chiocciola è influenzata dai dettagli dell'applicazione specifica. La chiocciola può essere uno standard facilmente reperibile oppure può essere personalizzata in base alle specifiche dell'applicazione. È possibile adottare le ghiere standard fornite dai produttori o personalizzare la scelta di conseguenza. Al contrario, gli attuatori lineari vincolati prevedono ghiere con ingranaggi integrati.

Selezione del cuscinetto. Per lo stadio dell'ingranaggio di uscita, la selezione dei cuscinetti deve essere fatta con attenzione. Se il carico assiale e radiale è eccessivo, è necessario prendere in considerazione i cuscinetti a sfere. In base ai requisiti di carico, velocità e durata, si può considerare una combinazione di cuscinetti a sfere e cuscinetti a manicotto.

Efficienza. Poiché questo sistema di attuatori lineari coinvolge diversi sottosistemi meccanici/elettromeccanici di conversione della potenza, come il motore, il riduttore, la vite di comando e la chiocciola, è necessario prendere in considerazione ciascuno di essi singolarmente e in combinazione per far sì che il sistema funzioni al livello ottimale. È necessario utilizzare un fattore di sicurezza che tenga conto dell'efficienza di ciascun sottosistema.

Risoluzione lineare, precisione lineare e gioco. La risoluzione lineare dipende dal rapporto di trasmissione, dal passo della vite di guida e dalla risoluzione del sistema di retroazione. I requisiti di accuratezza lineare e di gioco devono essere considerati nella progettazione del meccanismo o nell'integrazione dell'applicazione.

Requisiti di montaggio. Una volta finalizzati tutti i principali sottoinsiemi, è indispensabile valutare anche il processo di assemblaggio dei componenti. La scelta delle tecniche di assemblaggio, i metodi di giunzione, le caratteristiche di montaggio, gli elementi di localizzazione e qualsiasi requisito di orientamento specifico hanno una grande importanza per il progetto.

È fondamentale delineare queste specifiche fin dall'inizio, poiché la progettazione e la scelta dei materiali saranno guidate da questi requisiti distintivi. I fattori sopra elencati non costituiscono un elenco esaustivo; possono esserci altri fattori critici che emergono in base alle esigenze e ai requisiti unici dell'applicazione specifica.

Sfide durante lo sviluppo del prodotto

I sottogruppi e i componenti progettati per il meccanismo provengono in genere da fornitori diversi. Inoltre, in alcuni casi è necessario ottenere dai fornitori sottogruppi o componenti personalizzati. Queste circostanze danno origine alle sfide specifiche descritte di seguito:

Sfide di integrazione. L'acquisizione di sottogruppi e componenti da diversi fornitori può comportare problemi di integrazione. Garantire la perfetta compatibilità di questi diversi componenti può essere un compito complesso. Una stretta collaborazione con più fornitori diventa essenziale per definire una strategia di integrazione efficace, che garantisca l'integrazione armoniosa dei componenti per evitare problemi di prestazioni.

Parti personalizzate. La necessità di parti personalizzate in un attuatore lineare può rappresentare una sfida significativa. Dipendere esclusivamente da componenti standard può portare a progetti poco pratici o non realizzabili o a soluzioni non ottimali. Lo sviluppo di parti personalizzate richiede tempo, sforzi e risorse supplementari, con un potenziale allungamento dei tempi di progetto e un aumento della complessità dello sviluppo.

Specifiche sconosciute. Le nuove applicazioni potrebbero non essere perfettamente in linea con le specifiche dei sottogruppi o dei componenti standard. Se un fornitore non ha specifiche chiare per i componenti, il cliente e il fornitore potrebbero aver bisogno di ulteriori test e di risolvere i problemi per colmare le lacune delle specifiche o ridurre i rischi associati.

Requisiti speciali. Mentre i sottogruppi o i componenti standard possono soddisfare esigenze generali, le applicazioni specifiche spesso richiedono attributi unici, come i sensori ambientali o di forza. Per soddisfare questi requisiti speciali è necessario collaborare con fornitori specializzati in grado di fornire componenti su misura per queste esigenze specifiche.

Progettazione e test. La progettazione di un attuatore lineare richiede test a livello di attuatore e di applicazione. Per il progettista, il compito di progettare, testare e qualificare il gruppo attuatore lineare può essere significativo.

Conclusione

Quando si progetta un sistema di attuatori lineari, è fondamentale considerare diversi fattori chiave che giocano un ruolo fondamentale nel processo complessivo, tra cui la progettazione, l'assemblaggio e il collaudo del sistema. Le sfide possono derivare dall'integrazione di componenti provenienti da fornitori diversi, dall'adattamento a requisiti di parti personalizzate, dalla gestione di specifiche sconosciute e dalla risposta a esigenze specifiche. Per affrontare efficacemente queste sfide è necessario collaborare strettamente con i fornitori e sviluppare parti personalizzate per garantire un'integrazione perfetta.

Il processo di sviluppo degli attuatori lineari può avere un impatto significativo sulla portata e sulle tempistiche del progetto. Il successo della progettazione della giusta soluzione di controllo assi dipende dalla conoscenza dei requisiti applicativi, dalla comprensione approfondita dei fattori critici di progettazione e sviluppo di un attuatore lineare con azionamento a 180° e dal superamento delle varie sfide legate alla progettazione e alla catena di fornitura.