Для большинства задач, связанных с линейным перемещением, хорошо подходят традиционные системы с ременным или винтовым приводом. Однако проблемы могут возникнуть, когда требуется перемещение на большие линейные расстояния.

Системы с ременным приводом — очевидный выбор, когда требуются длинные линейные перемещения. Эти относительно простые системы используют шкивы для создания натяжения вдоль ремня и могут быстро разгоняться до высоких скоростей. Однако при увеличении хода ремня могут возникать проблемы с его провисанием. Натяжение не может поддерживаться по всей длине системы.

В системе также присутствует значительная гибкость, обусловленная самими резиновыми или пластиковыми ремнями. Эта гибкость по всей длине системы может вызывать вибрацию или пружинение, что создает эффект «хлестания» каретки. Если конкретный процесс не может справиться с этим, система с винтовым приводом может быть лучшим вариантом. В системах с винтовым приводом имеется неподвижный механический элемент, который обеспечивает полный контроль над кареткой в ​​любое время с точной остановкой и позиционированием.

Безопасность — еще одно преимущество винтовых приводов. Ременные приводы менее безопасны из-за возможности обрыва ремня. Такая неисправность была бы неконтролируемой, и при вертикальном перемещении груз мог бы упасть и повредить оборудование или даже персонал. В винтовом приводе такой проблемы нет. Даже в случае отказа винтовой привод предотвратит падение груза и обеспечит безопасность.

Исторически сложилось так, что проблемой винтовых систем была сложность достижения большей длины хода. Винтовые системы обычно могут иметь длину хода до 6 метров, используя пары подшипниковых блоков для поддержки винта и предотвращения эффекта «взмаха» при высоких скоростях вращения. Даже при более низких скоростях более длинные винты нуждаются в поддержке против изгиба, вызванного их собственным весом. Эта система поддержки подшипниковых блоков традиционно состоит из пар блоков, соединенных стержнем или проволокой. Пары перемещаются вместе вдоль системы линейного перемещения.

Если системе требуется больший ход, можно добавить больше пар подшипниковых блоков для поддержки винта через равные промежутки по его длине. Использование до трех или даже четырех пар может быть практичным, но соединение стержней или проволоки между блоками становится затруднительным при большем количестве.

Более длинные ходы

Первая задача при увеличении хода поршня — создание системы, обеспечивающей больше точек опоры для более длинного винта. Одно из решений — отказаться от системы соединенных блоков и вместо этого использовать систему, в которой блоки могут складываться друг в друга и разъединяться при необходимости. Достигнув заданного положения, блоки остаются в нем, направляя и поддерживая винт. В такой системе можно реализовать 10, 12 или даже 13 точек опоры с помощью пар подшипниковых блоков. Такая система опоры для шариковинтовой передачи или ходового винта позволяет осуществлять большие расстояния перемещения без изгиба или провисания.

Чтобы получить длину более 6 метров, следующая задача — создать более длинный винт. Однако из-за ограничений в доступном сырье винты обычно производятся только до 6 метров в длину. Так как же можно добиться хода более 10 метров? Ответ кроется в соединении двух винтов и применении некоторых точных производственных технологий.

Ходовые и шариковые винты изготавливаются на конвейерной линии, и каждая деталь может производиться с немного отличающимся отклонением шага. Поэтому для соединения двух деталей необходимо преодолеть различия в отклонении шага. Для успешного соединения двух винтов необходимо использовать шариковые винты высочайшей точности с минимально возможным отклонением. Шариковые винты должны быть точно обработаны, чтобы предотвратить попадание тепла в деталь и изменение диаметра или геометрии шага. Даже отклонение в 0,01 или 0,001 миллиметра может создать проблемы для конечной системы.

После механической обработки винты соединяются между собой с помощью метчика и отверстия с минимальным отклонением между двумя концами. Окончательно они закрепляются высокопрочным клеем. (Сварка винтов снова изменит геометрию и создаст проблемы.)

Системы с винтовым приводом, оснащенные складными опорными блоками и прецизионно изготовленными винтами, могут иметь длину 10,8 метров и более. Система с ходом от 2 до 3 метров будет иметь максимальную скорость около 4000 об/мин. Обычно в более длинных системах скорость вращения приходится значительно снижать, чтобы избежать биений. Но с дополнительными опорами винтовая система длиной до 10 метров может работать со скоростью 4000 об/мин.

Приложения большой длины

Системы с винтовым приводом и большим ходом используются в широком спектре отраслей промышленности для обеспечения точного линейного позиционирования. Хорошим примером является автоматизированная система сварки металлических труб и трубопроводов. Требуется точное позиционирование сварочного сопла на больших расстояниях. В тех случаях, когда свариваются высококачественные материалы, такие как титан, операция проводится в вакууме, чтобы избежать окисления металла.

Во многих областях автомобильной промышленности требуется перемещение на большие расстояния. Например, шестиосевые роботы часто устанавливаются на линейные актуаторы с большим ходом для сварочных работ или обслуживания станков. Хотя скорость может не быть критическим фактором при перемещении роботизированных манипуляторов, требуется большая длина и очень точное позиционирование.

Производство оптических кабелей — это высокоскоростной, непрерывный процесс, который нельзя останавливать без ущерба для качества производимых волокон. Кабели наматываются на большие катушки. Когда одна катушка заполняется, ее необходимо быстро пополнить, чтобы минимизировать потери продукции. Точность и скорость имеют решающее значение для эффективности процесса. Длинные винтовые системы могут обеспечить и то, и другое в данном случае, а также возможность работы с большими нагрузками катушек.

Любое применение, требующее перемещения тяжелого оборудования в вертикальной плоскости, выигрывает от жесткости и отказоустойчивости линейного винта. Например, в авиационной промышленности высокоточные камеры перемещаются вверх и вниз. Винты надежно и точно выдерживают большой вес. В таких приложениях для восприятия динамического момента нагрузки используются специальные шариковые направляющие с шариками большого диаметра.

Усовершенствования существующих систем

Во многих системах линейного перемещения на большие расстояния шариковый винт остается полностью открытым. В таких системах часто возникают две проблемы: либо система не может работать с желаемой скоростью, либо ее сложно обслуживать, поскольку открытый винт притягивает пыль и мусор, требуя регулярной очистки во избежание преждевременного выхода из строя шариковой гайки.

В таких областях применения дополнительная поддержка, обеспечиваемая конфигурацией многослойных подшипниковых блоков, позволяет винту работать на гораздо более высокой скорости. Проблемы с очисткой и надежностью можно решить с помощью закрытой герметичной системы, которая защищает винт и значительно снижает требования к техническому обслуживанию. Закрытый винт защищен от попадания пыли и мусора и, без регулярной очистки, может поддерживать оптимальную производительность и надежность.

В такой системе каретка может быть оборудована просверленными каналами и соединена с ними смазочным ниппелем. Это позволяет осуществлять смазку из одной точки без необходимости вскрытия корпуса. Поскольку устройство никогда не нужно открывать, в систему может проникать ограниченное количество пыли или воды. Она защищена даже в самых загрязненных условиях.