В прошлом задача механических систем автоматизации заключалась в успешном преобразовании вращательного движения от электродвигателей или механических двигателей в полезные формы линейного движения. Прорывом в этом отношении стала система конвейерных лент, которая стала одним из первых примеров реализации преобразования вращательного движения в линейное для использования в производственной среде. Эти системы способны транспортировать широкий спектр сырья и заготовок гораздо эффективнее, чем это было возможно ранее с использованием грубой механической силы, и чрезвычайно полезны в производственной среде.

Сегодня значительные инженерные разработки в области преобразования вращательного движения привели к появлению разнообразного класса линейных механических приводов, которые находят применение в широком спектре современных автоматизированных приложений. Задача заключается в выборе подходящего привода для требуемой функциональности, будь то простое перемещение сырья в производственной среде или создание более совершенных систем движения, предназначенных для точного позиционирования инструмента.

Чтобы выбрать подходящий линейный механический привод, необходимо учитывать ряд важных факторов, таких как требуемая грузоподъёмность (сила тяги) и необходимая длина хода. Хотя эти факторы являются первостепенными, другие, такие как сложность обслуживания, безусловно, также играют важную роль.

Два широко распространённых типа механизированных линейных приводов различаются по типу привода: приводы с ремённым приводом и приводы с шарико-винтовой передачей. Оба типа применяются в схожих областях, но их функции существенно различаются. Каждый тип обладает уникальными преимуществами и существенными ограничениями, которые необходимо тщательно учитывать при выборе привода.

Приводы с ременным приводом

Ременной привод работает по тому же принципу, что и конвейерная система. Ременной привод преобразует вращательное движение в поступательное посредством зубчатого ремня, соединённого между двумя круглыми шкивами. Зубчатый ремень обычно изготавливается из армированного волокном эластомера, но для более требовательных применений доступны и другие материалы ремней. Ремень содержит зубья, которые взаимодействуют со шкивами ротора для эффективной передачи крутящего момента и предотвращения проскальзывания. Ременной привод заключён в алюминиевый корпус, каретка расположена сверху, а приводной вал обычно расположен перпендикулярно боковой стороне привода.

Приводы с шарико-винтовым приводом

Фундаментальный принцип работы привода с шарико-винтовой передачей заключается в улучшении конструкции по сравнению с системой с ходовым винтом. В приводах с шарико-винтовой передачей вращение шарико-винтовой передачи приводит в движение шариковую гайку/каретку благодаря тому, что соединение между шпилькой и шарико-винтовой передачей представляет собой систему шарикоподшипников, где закалённые стальные шарики в гайке катятся по дорожке качения шпильки. Подобно приводу с ремённым приводом, приводные компоненты привода с шарико-винтовой передачей заключены в алюминиевый корпус, а каретка перемещается сверху. В отличие от приводов с ремённым приводом, соединение приводного вала расположено на одной линии с шарико-винтовой передачей, на торце привода.

Сильные и слабые стороны каждого

Ременные приводы обычно предпочтительны для применений, требующих больших расстояний перемещения, что обеспечивает более экономичную реализацию по сравнению с шариковинтовым приводом аналогичной длины. Кроме того, ременной привод, как правило, более эффективен, имеет меньше критически важных движущихся частей, что снижает трудоемкость обслуживания. Тем не менее, для обеспечения надлежащей передачи крутящего момента критически важно правильное натяжение ремня, и его подтягивание при периодическом техническом обслуживании обычно необходимо.

В качестве альтернативы, шарико-винтовой привод очень похож на систему с подшипником качения и, следовательно, способен выдерживать более высокие нагрузки и развивать более высокое осевое усилие. Поэтому приводы с шарико-винтовым приводом идеально подходят для применений, где требуется позиционирование больших и тяжёлых грузов с высокой точностью. В зависимости от конструкции привода может потребоваться периодическая смазка шарико-винтового привода.

Дальнейшее сравнение двух типов приводов выявляет дополнительные недостатки привода с ременным приводом, несмотря на его простоту и эффективность. Для более высоких требований к нагрузке/оси требуются значительно более толстые ремни. Ремни также подвержены ударным нагрузкам, хотя эта проблема может быть в определенной степени смягчена тщательным выбором материалов ремня, которые могут повысить прочность за счет эластичности. Кроме того, из-за уязвимости ремня к удлинению, точность позиционирования приводов с шарико-винтовой передачей, как правило, выше, чем у приводов с ременным приводом. По этой причине приводы с шарико-винтовой передачей предпочтительны для применений, требующих высокой степени надежности и повторяемости в течение длительных периодов времени. Приводы с шарико-винтовой передачей являются предпочтительным выбором для приложений, требующих высокого ускорения и большого осевого усилия, поскольку шкив ременного привода подвержен проскальзыванию на роторе при таких повторяющихся нагрузках.

В заключение, приводы с шарико-винтовой передачей являются лучшим выбором в приложениях, где требуются высокие нагрузки и/или осевые усилия, а также высокая точность позиционирования. Однако, благодаря своей высокой эффективности и простоте, приводы с ременным приводом остаются лучшим выбором для приложений с низкими нагрузками, особенно там, где требуются более высокие скорости. Приводы с ременным приводом также могут быть экономичным решением для приложений с большим ходом поршня. Хотя задача выбора между механическими приводами с ременным и шарико-винтовым приводом может показаться сложной, на первый взгляд, сильные и слабые стороны каждой конструкции обеспечивают очевидные возможности для каждого конкретного применения.