Suosituimpien lineaaristen paikannuslaitteiden perusteiden tarkastelu auttaa käyttäjiä määrittämään ne oikein sovelluksissaan.

Lineaarikäyttöjärjestelmiä on käytetty tuhansia vuosia, jo muinaisissa egyptiläisissä, jotka käyttivät puunrunkoja raskaiden kivilohkareiden siirtämiseen. Tämä oli lähtökohta lineaariliikeratkaisuille, kuten kuularuuveille ja rullapyöräjärjestelmille. Nykyään lineaariliiketeknologiaa käytetään koneenosien tukemiseen, paikantamiseen, ohjaamiseen ja siirtämiseen useissa eri sovelluksissa, kuten ilmailu- ja avaruustekniikassa, työstökoneissa, lääketieteessä, tehdasautomaatiossa ja pakkausteollisuudessa. Vaikka lineaariliiketeknologian perusvaatimukset ovat kuormankantokyvyn ja tarkan liikkeen tarjoaminen, monissa tapauksissa myös muut vaatimukset ovat tärkeitä.

Tuotteessa käytetyllä lineaarikäyttötekniikalla on tärkeä rooli toiminnallisuuden, suorituskyvyn, kestävyyden, energiankulutuksen ja muiden ominaisuuksien tarjoamisessa, jotka mahdollistavat tuotteen kilpailijoita paremman suorituskyvyn. Insinöörit voivat valita useista lineaarikäyttöteknologioista, kuten johtoruuveista, kuularuuveista, hammastanko- ja hammaspyöräjärjestelmistä, hihnakäytöistä, lineaarimoottoreista ja rullapyöräjärjestelmistä. On erittäin tärkeää harkita huolellisesti kaikkia vaihtoehtoja, jotta vältetään yleisiä ongelmia, kuten alhainen tarkkuus, välys/värähtelyt, korkeat kustannukset, likaiset toiminnot, korkea huoltotarve, alhainen kuormituskapasiteetti, liiallinen melu, alhainen nopeus ja niin edelleen. Systemaattinen valintaprosessi voi varmistaa, että lineaarikäyttötekniikka valitaan vastaamaan sovelluksen vaatimuksia. Oikean teknologian valinta voi myös vähentää suunnittelun monimutkaisuutta, parantaa suorituskykyä ja alentaa kokoonpanon kokonaiskustannuksia.

1. Johtoruuvit
Johtoruuvit käyttävät kierteen kierrekulmaa muuntaakseen kääntymisliikkeen lineaariseksi liikkeeksi. Kierteen uros- ja naaraspuolisten osien välinen suuri liukuva kosketuspinta-ala aiheuttaa suhteellisen suuria kitkahäviöitä. Seurauksena on, että johtoruuvit ovat vähemmän tehokkaita ja vähemmän tarkkoja kuin kuularuuvit. Johtoruuvien kuormankantokyky on suhteellisen suuri, vaikkakin tyypillisesti pienempi kuin kuularuuvien. Johtoruuvien keskeinen etu on niiden alhaiset kustannukset – ne ovat tyypillisesti vain kymmenesosa vastaavien kuularuuvien hinnasta. Johtoruuveja on saatavana useilla eri johdinkooilla, mikä tarkoittaa, että johdin voidaan valita oikean tasapainon saavuttamiseksi paikannustarkkuuden ja -nopeuden välillä. Johtoruuvit tuottavat yleensä vain vähän melua, kunhan riittävä voitelu ylläpidetään. Niiden käyttö pitkien matkojen liikkeissä voi kuitenkin olla vaikeaa, koska ruuvi on tyypillisesti tukematon kahden pään välillä.

2. Palloruuvit
Kuularuuvikäyttö koostuu kuularuuvista ja kuulamutterista, joissa on kierrätyslaakerit, jotka pyörivät ruuvin ja mutterin muodostamissa urissa. Kuularuuvi jakaa kuorman suurelle määrälle vierintäelementtejä, mikä johtaa suureen kuormankantokykyyn. Suuren määrän tarkkuusvierintäelementtien käyttö varmistaa myös korkean tarkkuuden. Lisäksi kuularuuvit tarjoavat alhaisen kitkatason. Tämä tarkoittaa korkeaa mekaanista hyötysuhdetta ja pienempää tehontarvetta. Kuularuuvien käyttösuhde on melko korkea, koska ne tuottavat suhteellisen vähän kitkalämpöä. Verrattuna muihin lineaarikäyttötekniikoihin kuularuuvit ovat kuitenkin yleensä kalliita ja ne vaativat voitelun ylläpitoa kohtuullisen käyttöiän takaamiseksi. Lopuksi, kuularuuvit ovat alttiita melulle, joka johtuu pääasiassa kuulan kierrätyksestä.

3. Hihnakäyttöjärjestelmät
Kuulaohjatuilla hihnakäyttöisillä lineaariliikejärjestelmillä valitaan tyypillisesti, kun tärkeimmät kriteerit ovat suuret nopeudet, suuret kiihtyvyydet ja pitkät iskunpituudet. Hihnakäyttöiset, liukuohjatut lineaaritoimilaitteet tarjoavat jonkin verran alhaisemmat nopeus- ja kiihtyvyysominaisuudet vastaavasti alhaisemmilla kustannuksilla. Hihnakäyttöjen lineaarisen paikannuksen tarkkuus, kuten voidaan odottaa, ei ole yhtä suuri kuin johto- tai kuularuuveilla. Sekä kuulaohjattujen että liukuohjattujen hihnakäyttöjen kuormituskapasiteetti on jonkin verran alhaisempi kuin kuularuuveilla. Hihnan venymä ja jäykkyys ovat muita haittoja. Hihnakäyttöiset lineaariliikejärjestelmät pystyvät yleensä korkeisiin käyttöjaksoihin, koska ne välttävät kitkalämmön kertymisen johto- tai kuularuuvin laakerissa. Hihnakäyttöisten järjestelmien lisäetuja ovat se, että ne tuottavat suhteellisen vähän melua ja vaativat suhteellisen vähän huoltoa.

4. Ketjukäytöt
Ketjukäytöt muuttavat pyörimisliikkeen lineaariseksi liikkeeksi ketjun lenkkien avulla, jotka ovat kytkeytyneet hammaspyörään ja lineaariseen luistiin. Koska ketjukäytöt ovat metallia, niillä on etulyöntiasema hihnakäyttöihin verrattuna. Ne vievät myös vähemmän tilaa kuin hihnakäytöt, eivätkä ole alttiita öljyn, rasvan, auringonvalon tai iän aiheuttamille vaurioille. Toisin kuin hihnakäytöt, ketjukäytöt pystyvät toimimaan myös märissä olosuhteissa. Toisaalta ketjukäytöt tuottavat tyypillisesti enemmän melua ja niillä on suurempi taipumus värähdellä kuin hihnakäytöillä, ja niiden kuormituskapasiteetti ja käyttöikä ovat myös lyhyemmät kuin hammaspyöräkäytöillä.

5. Lineaarimoottorit
Lineaarimoottorit perustuvat ajatukseen, että perinteinen pyörivä servomoottori purkautuu käämityksellä, jossa staattorista tulee voimalaite ja roottorista kela tai magneettikisko. Lineaarimoottorit mahdollistavat suoran lineaariliikkeen saavuttamisen ilman pyöriviä lineaarivälitteisiä siirtolaitteita. Harjalliset lineaarimoottorit käyttävät keloja lineaarikiskossa ja magneetteja voimalaitteessa. Voimalaitteen harjat koskettavat moottorin pituudelta kulkevaa tankoa kommutoinnin aikaansaamiseksi. Sekä käämit että voimalaite sijaitsevat lineaariaskelmoottorin voimalaitteessa. Lineaarimoottoreiden etuja ovat suuret nopeudet, korkea tarkkuus ja nopea vasteaika. Tämän lähestymistavan rajoituksia ovat korkeat kustannukset, suuri pakkauskoko ja huomattava lämmöntuotanto. Lineaarimoottoreilla on myös pieni kapasiteetti, samoin kuin suoravetomoottoreiden ja vaihteistomoottoreiden vertailussa – suoravetomoottorin on oltava huomattavasti suurempi saman kapasiteetin saavuttamiseksi.

6. Hammastanko- ja hammaspyöräsarjat
Hammastanko- ja vetopyörästöt koostuvat pyöreästä hammaspyörästä, jota kutsutaan hammasrattaaksi, joka kytkeytyy lineaaripyörän hampaisiin muuntaakseen pyörimisliikkeen lineaariliikkeeksi. Hammastanko- ja vetopyörästöjä käytetään yleisesti lineaaritoimilaitteina monenlaisissa koneissa. Niitä käytetään esimerkiksi CNC-työstökoneiden, kuten työstökeskusten, akseleiden liikuttamiseen. Kierrehammaspyörästöt tarjoavat hiljaisemman käynnin suurilla nopeuksilla ja suuremman kuormankantokyvyn korkeamman hammaskosketussuhteen ansiosta. Voitelu on tärkeää hammastanko- ja vetopyörästöjen pitkän käyttöiän varmistamiseksi. Koska hammastanko- ja vetopyörästöissä on suhteellisen vähän komponentteja, ne auttavat säästämään aikaa asennuksen aikana ja lisäävät luotettavuutta. Ne tarjoavat myös korkean tarkkuuden jopa pitkillä liikematkoilla. Hammastanko- ja vetopyörästöjen haittoihin kuuluu niiden suhteellisen korkea kitka, joka heikentää niiden tehokkuutta, lisää virrankulutusta ja rajoittaa niiden käyttöikää. Lisäksi hammastanko- ja vetopyörästöjen on toimittava välyksellä, joten välys voi olla merkittävä haitta.

Kaikilla näillä lineaarikäyttöjärjestelmillä on omat ainutlaatuiset etunsa ja haittansa. Oikeanlaisen lineaariliiketeknologian soveltamiseksi tietyssä sovelluksessa suunnittelijan on harkittava huolellisesti kunkin vaihtoehdon erityisominaisuuksia. Oikean teknologian valinta voi parantaa suorituskykyä, varmistaa pitkän käyttöiän ja vähentää kokoonpanon kokonaiskustannuksia.