Создание успешной системы линейного движения начинается с выбора подходящего привода. Среди различных размеров, технологий и качеств существуют сотни вариантов. Хитрость заключается в том, чтобы отсеять все до привода, который обеспечит наилучшие результаты. К счастью, это не так сложно, как кажется. Требования приложения сократят набор возможных решений привода, а ограничения проекта определят наилучшее соответствие.

Процесс начинается с рассмотрения ряда ключевых факторов, перечисленных здесь.

Скорость

Скорость — важный фактор, который следует учитывать при выборе привода. Хотя приводы винтового типа являются эффективными и экономичными компонентами, на очень высоких скоростях они страдают от явления, известного как «свист винта», при котором винт изгибается при повороте. Свист винта вызывает вибрацию и преждевременный износ.

Порог для хлыста винта, называемый критической скоростью, зависит от размеров и материала винта. Критическую скорость можно рассчитать аналитически с использованием известных уравнений. Если скорость слишком высока для использования привода винтового типа, рассмотрите линейный двигатель или привод с ременным приводом.

Нагрузка

Важно, чтобы привод был правильно подобран по размеру для нагрузки. При выборе размера для грузоподъемности следует учитывать несколько факторов: радиальную грузоподъемность направляющих подшипников, моментную грузоподъемность опорной каретки и осевую грузоподъемность опорных подшипников и шарико-винтовой передачи. Важно выбрать привод, рассчитанный на нагрузки, представленные приложением.

Распространенное заблуждение заключается в том, что важна только грузоподъемность, а грузоподъемность позволяет рассчитать срок службы привода при заданной нагрузке. Однако необходимо учитывать и другие факторы, такие как жесткость привода в различных направлениях нагрузки. Команда проектировщиков может провести расчеты нагрузки-прогиба, чтобы определить, будет ли привод успешно работать в приложении.

Другим фактором, который следует учитывать, является расположение груза. Масса, покоящаяся на каретке, которая движется вдоль оси привода, создает совсем другие силы, чем нависающая нагрузка, которая создает опрокидывающий момент. Убедитесь, что привод имеет правильный размер и поддержку.

Вертикальные применения требуют особого внимания для сохранения положения груза. Для определенных параметров конструкции ходовые винты являются самоблокирующимися. Это означает, что они не могут быть отведены назад, даже в случае отказа двигателя. Чтобы гарантировать самоблокировку винта, эффективность винта должна быть ниже 50%, где эффективность является функцией угла подъема и коэффициента трения между гайкой и винтом. В качестве альтернативы также могут работать реечные приводы.

Ремни значительно улучшились за последние годы. Они прочные и высокотехнологичные, так что им больше не требуется регулярное натяжение, как это было раньше. Ременные приводы являются хорошим выбором, если требования к скорости и ходу выходят за рамки того, что может обеспечить шарико-винтовая передача или ходовой винт. Особую осторожность следует проявлять, если ременной привод используется в вертикальном приложении. Рекомендуется использовать противовес или тормоз по мере необходимости для замедления, остановки и поддержки груза в целях безопасности.

Длина хода

Следующий фактор, который следует учитывать, — это длина хода. Винтовые приводы эффективны и в некоторых случаях могут использоваться для хода до 5 футов и более. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы винтовые приводы с очень большим ходом не превышали критическую скорость. Для больших длин хода лучшим вариантом являются ременные приводы. Современные ремни — это высокотехнологичные материалы, которые требуют минимального обслуживания. Их можно использовать на расстояниях до 50 футов.

Другим вариантом для длинных ходов является линейный двигатель. По сути, развернутые серводвигатели, линейные двигатели состоят из силы, которая перемещается вдоль фиксированной магнитной дорожки. Теоретически дорожка может быть любой длины. С практической точки зрения линейные двигатели ограничены как требованием обеспечить ровную, тщательно выровненную магнитную дорожку, так и стоимостью магнитов. Управление кабелями двигателя при очень длинных перемещениях также может быть проблемой.

Повторяемость

Каждое приложение имеет требование повторяемости. Правильный выбор привода обеспечивает систему, которая не только удовлетворит этим требованиям, но и поможет проекту достичь целевых показателей по бюджету и времени сборки. Винтовые приводы обеспечивают повторяемость порядка ±0,0001–±0,003 дюйма. Это сопоставимо с ±0,002–±0,010 дюйма для ременного привода.

Оптимальный выбор зависит от потребностей приложения. Ременные приводы не работают так же хорошо, как винтовые приводы, но для приложений с более щадящими допусками ременные приводы могут обеспечить значительную экономию. Для более требовательных приложений линейные приводы двигателей обеспечивают повторяемость, которая может быть субмикронной.

Рабочий цикл

Рабочий цикл оказывает большое влияние на срок службы оборудования. Важно выбрать линейный привод, который может соответствовать требованиям приложения. Например, ходовые винты основаны на скользящем контакте — обычно нержавеющая сталь с пластиком (существует много доступных вариантов в зависимости от приложения). Это приводит к значительному износу в течение срока службы устройства. В результате ходовые винты следует избегать, если у вас есть комбинированное приложение с высокой нагрузкой и высоким рабочим циклом.

Вместо этого выберите привод с рециркуляционным шарико-винтовым приводом. Эти устройства имеют трение качения, а не скольжения, поэтому они служат дольше и срок их службы более предсказуем. Шарики могут быть повреждены, особенно при высоких нагрузках. Для приложений, которые не терпят отказов, попробуйте планетарный роликовый винт. Эти устройства распределяют вес, чтобы минимизировать износ, что делает их подходящими для военных и аэрокосмических приложений, среди прочего. Для бюджетных приложений также может подойти ременной привод.

Среда

Операционная среда приложения также влияет на выбор привода. В среде чистого помещения избегайте приводов с ходовым винтом. Контакт металла с пластиком приводит к образованию частиц, которые могут поставить под угрозу рейтинг чистого помещения.

И наоборот, чрезвычайно грязная среда может повредить приводы. В приводах стержневого типа винт запечатан в корпусе. В результате приводы стержневого типа достаточно безопасны в средах с загрязнением и жидкостью. В бесстержневых приводах нагрузка опирается на каретку, которая должна соединяться с винтом, что может подвергнуть привод загрязнению.

В результате бесштоковые приводы требуют специальных положений, независимо от того, является ли базовая технология винтовым приводом или линейным двигателем. Ищите компоненты с рейтингом IP. Рассмотрите возможность установки щели, направленной вниз, чтобы уменьшить проникновение. Помните, что смазка может захватывать и удерживать частицы, которые со временем повреждают поверхности.

Другим фактором, который следует учитывать в отношении окружающей среды, является количество доступного пространства. Лучший в мире привод бесполезен, если он не помещается в имеющийся конверт. Укажите приводы на ранней стадии проектирования, чтобы обеспечить достаточно места. Тесно сотрудничайте с вашим поставщиком, чтобы воспользоваться любыми факторами, которые могут обеспечить необходимые вам характеристики в компактном форм-факторе.

Бюджет

Всегда важно помнить о ценовых ориентирах. Линейные двигатели самые дорогие, за ними следуют винтовые приводы (планетарный винт, шариковый винт и ходовой винт). Ременные приводы самые экономичные.

Инженерное дело всегда подразумевает компромиссы. Список выше — это первый шаг при выборе привода. Для любого конкретного приложения особые ограничения могут означать, что бюджет имеет больший приоритет, чем производительность, например, или что рабочий цикл важнее скорости. Начните процесс спецификации привода как можно раньше на этапе проектирования. Попробуйте работать со стандартными компонентами. Если ни один из них не удовлетворяет вашим потребностям, поговорите с вашим поставщиком о разработке индивидуального продукта, который выполнит эту работу.