Огляд основ найпопулярніших пристроїв лінійного позиціонування допоможе користувачам правильно визначити їх у своїх застосуваннях.

Системи лінійних приводів використовуються вже тисячі років, ще з часів стародавніх єгиптян, які використовували стовбури дерев для переміщення важких каменів, що стало попередником рішень для лінійного руху, таких як кулькові гвинтові передачі та роликові шестерні. Сьогодні технологія лінійного руху використовується для підтримки, розташування, керівництва та переміщення компонентів машин у різних сферах застосування, зокрема в аерокосмічній, верстатобудівній, медичній, виробничій автоматизації та пакувальній промисловості. Хоча основними вимогами до технології лінійного руху є забезпечення несучої здатності та точного руху, у багатьох випадках важливі також інші вимоги.

Технологія лінійного приводу, що використовується в продукті, відіграє важливу роль у забезпеченні функціональності, продуктивності, довговічності, енергоспоживання та інших характеристик, які дозволяють продукту перевершити конкурентів. Інженери можуть вибирати з низки варіантів технології лінійного приводу, таких як ходові гвинти, кулькові гвинти, рейкові та шестерні, ремінні передачі, лінійні двигуни та роликові шестерні. Вкрай важливо ретельно розглянути всі варіанти, щоб уникнути поширених проблем, таких як низька точність, люфт/вібрації, висока вартість, брудні операції, високі витрати на обслуговування, низька вантажопідйомність, надмірний шум, низька швидкість тощо. Систематичний процес вибору може гарантувати, що технологія лінійного приводу обрана відповідно до вимог застосування. Вибір правильної технології також може зменшити складність проектування, покращити продуктивність та знизити загальну вартість складання.

1. Ходові гвинти
Ходові гвинти використовують кут нахилу спіралі різьби для перетворення обертального руху в лінійний. Велика площа ковзного контакту між зовнішньою та внутрішньою частинами різьби створює відносно високі втрати на тертя. В результаті ходові гвинти менш ефективні та не такі точні, як кулькові гвинти. Ходові гвинти забезпечують відносно високу несучу здатність, хоча зазвичай меншу, ніж кулькові гвинти. Ключовою перевагою ходових гвинтів є низька вартість — зазвичай вони коштують лише в десяту частину вартості еквівалентних кулькових гвинтів. Ходові гвинти доступні з різними розмірами ходу, а це означає, що крок можна вибрати для забезпечення правильного балансу точності позиціонування та швидкості. Ходові гвинти зазвичай створюють мінімальний шум, якщо забезпечується достатнє змащення. Однак їх може бути важко використовувати під час переміщень на великі відстані, оскільки гвинт зазвичай не підтримується між двома кінцями.

2. Кулькові гвинти
Кульково-гвинтовий привід складається з кулькового гвинта та кулькової гайки з рециркуляційними підшипниками, які котяться в канавках, утворених гвинтом та гайкою. Кульковий гвинт розподіляє навантаження на велику кількість тіл кочення, що призводить до високої вантажопідйомності. Використання великої кількості прецизійних тіл кочення також забезпечує високий рівень точності. Крім того, кулькові гвинти забезпечують низький рівень тертя. Це призводить до високої механічної ефективності та зниження потреб у потужності. Робочий цикл кулькових гвинтів досить високий, оскільки вони генерують відносно низький рівень тепла від тертя. Однак, порівняно з іншими технологіями лінійного приводу, кулькові гвинти, як правило, дорогі та потребують постійного змащування для забезпечення достатнього терміну служби. Нарешті, кулькові гвинти схильні до шуму, спричиненого головним чином рециркуляцією кульок.

3. Системи ремінного приводу
Системи лінійного руху з ремінним приводом та кульковими напрямними зазвичай вибираються, коли найважливішими критеріями є високі швидкості, високі темпи прискорення та велика довжина ходу. Лінійні актуатори з ремінним приводом та ковзним керуванням пропонують дещо нижчі можливості швидкості та прискорення за відповідно нижчою вартістю. Точність лінійного позиціонування ремінних приводів, як і можна було очікувати, не така велика, як у ходових гвинтів або кулькових гвинтів. Вантажопідйомність як кулькових, так і ковзних ремінних приводів дещо нижча, ніж у кулькових гвинтів. Розтягнення та жорсткість ременя є іншими недоліками. Системи лінійного руху з ремінним приводом, як правило, здатні до високих робочих циклів, оскільки вони уникають проблем з накопиченням тепла від тертя в підшипнику ходового або кулькового гвинта. Додатковими перевагами систем з ремінним приводом є те, що вони створюють відносно мало шуму та потребують відносно невеликого обслуговування.

4. Ланцюгові приводи
Ланцюгові передачі перетворюють обертальний рух на лінійний за допомогою серії ланок ланцюга, які входять у зачеплення із зубчастою зірочкою та лінійним ковзанням. Оскільки ланцюгові передачі виготовлені з металу, вони мають перевагу над ремінними. Вони також займають менше місця, ніж ремінні передачі, і не схильні до пошкоджень від олії, мастила, сонячного світла або старіння. На відміну від ремінних передач, ланцюгові передачі також здатні працювати у вологих умовах. З іншого боку, ланцюгові передачі зазвичай створюють більше шуму та мають більшу схильність до вібрації, ніж ремінні передачі, а також мають меншу вантажопідйомність та термін служби, ніж зубчасті передачі.

5. Лінійні двигуни
Лінійні двигуни базуються на концепції розгортання звичайного обертового серводвигуна, де статор стає силовим механізмом, а ротор перетворюється на котушку або магнітну рейку. Лінійні двигуни дозволяють досягати прямого лінійного руху без будь-яких пристроїв передачі обертання-лінійного руху. Щіткові лінійні двигуни використовують котушки в лінійній рейці та магніти в силовому механізмі. Щітки в силовому механізмі контактують зі стрижнем, що проходить вздовж двигуна, забезпечуючи комутацію. Як обмотки, так і силовий механізм містяться в силовому механізмі лінійного крокового двигуна. Переваги лінійних двигунів включають високі швидкості, високий рівень точності та швидку реакцію. Обмеження цього підходу включають високу вартість, великий розмір корпусу та виділення значної кількості тепла. Лінійні двигуни також мають низьку потужність, подібно до порівняння двигунів прямого приводу з двигунами з коробкою передач — двигун прямого приводу повинен бути значно більшим, щоб отримати таку ж потужність.

6. Комплекти рейок та шестерень
Рейкові передачі складаються з круглої шестерні, яка називається шестернею, що входить у зачеплення із зубцями лінійної передачі, що називається рейкою, для перетворення обертального руху в лінійний. Рейкові передачі зазвичай використовуються як лінійні приводи в широкому спектрі машин. Наприклад, вони використовуються для переміщення осей верстатів з ЧПК, таких як обробні центри. Гвинтові рейки забезпечують тихіший хід на високих швидкостях і вищу вантажопідйомність завдяки вищому коефіцієнту контакту зубців. Змащення важливе для забезпечення тривалого терміну служби рейкових передач. Оскільки рейкові передачі мають відносно мало компонентів, вони допомагають заощадити час під час встановлення та підвищити надійність. Вони також забезпечують високий рівень точності навіть при великих довжинах ходу. Недоліками рейкових передач є відносно високий рівень тертя, що знижує їхню ефективність, збільшує споживання енергії та обмежує термін служби. Крім того, рейкові передачі повинні працювати з зазором, тому люфт може бути суттєвим недоліком.

Усі ці системи лінійних приводів пропонують своє унікальне поєднання переваг і недоліків. Щоб застосувати правильний тип технології лінійного руху в конкретному застосуванні, інженер-конструктор повинен ретельно врахувати конкретні можливості кожної альтернативи. Вибір правильної технології може покращити продуктивність, забезпечити тривалий термін служби та зменшити загальну вартість складання.