Для більшості застосувань лінійного руху добре підходять звичайні системи з ремінним або гвинтовим приводом. Однак можуть виникнути проблеми, коли потрібні більші лінійні відстані.

Системи з ремінним приводом є очевидним вибором, коли потрібні довгі лінійні рухи. Ці відносно прості системи використовують шківні приводи для створення натягу вздовж ременя, і їх можна швидко розігнати до високих швидкостей. Однак, оскільки ці системи досягають довших ходів, можуть виникнути проблеми з провисанням ременів. Натяг неможливо підтримувати по всій довжині системи.

Також у системі існує значна гнучкість через самі гумові або пластикові ремені. Ця гнучкість по всій довжині системи може спричиняти вібрацію або пружини, що створює ефект биття каретки. Якщо певний процес не може з цим впоратися, кращим варіантом може бути гвинтова система. Гвинтові системи мають фіксований механічний елемент, який забезпечує повний контроль над кареткою в будь-який час з точною зупинкою та позиціонуванням.

Безпека – ще одна перевага систем з гвинтовим приводом. Системи з ремінним приводом менш безпечні через можливість обриву ременя. Така несправність буде неконтрольованою, і у вертикальному положенні вантаж може впасти та пошкодити обладнання або навіть персонал. Система з гвинтовим приводом не має такої проблеми. Навіть у разі несправності гвинтова система зупинить падіння вантажу та забезпечить безпеку.

Історично склалося так, що проблемою систем з гвинтовим приводом була складність досягнення більшої довжини ходу. Системи з гвинтовим приводом зазвичай можуть бути виготовлені довжиною до 6 метрів з використанням пар підшипникових блоків для підтримки гвинта та запобігання будь-якому ефекту биття при вищих швидкостях обертання. Навіть при нижчих швидкостях довші гвинти потребують підтримки від вигину, спричиненого їхньою власною вагою. Ця система опори підшипникових блоків традиційно складається з пар блоків, з'єднаних стрижнем або дротом. Пари рухаються разом вздовж системи лінійного руху.

Коли системі потрібен довший хід, можна додати більше пар підшипникових блоків для підтримки гвинта на рівних ділянках вздовж його довжини. Наявність трьох або навіть чотирьох пар, що працюють разом, може бути практичною, але з'єднання стрижнів або дротів між блоками стає складним після перевищення цієї кількості.

Довші удари

Першим завданням для досягнення більшого ходу є створення системи, яка може запропонувати більше точок опори для довшого гвинта. Одним із рішень є відмова від зв'язаної системи для блоків і замість цього використання системи, в якій блоки можуть складатися один в одного та розділятися за потреби. Як тільки блоки досягають свого встановленого положення, вони залишаються там, щоб направляти та підтримувати гвинт. У такій системі можна реалізувати 10, 12 або навіть 13 точок опори за допомогою пар підшипникових блоків. Ця система опори для кульового гвинта або ходового гвинта може забезпечити великі відстані переміщення без згинання або хитання.

Щоб досягти довжини понад 6 метрів, наступним завданням є створення довшого гвинта. Однак через обмеження доступної сировини гвинти зазвичай виробляються лише до 6 метрів завдовжки. Тож як можна досягти довжини ходу понад 10 метрів? Відповідь полягає у з'єднанні двох гвинтів разом та застосуванні деяких точних виробничих технологій.

Ходові гвинти та кулькові гвинти виготовляються на прокатній лінії, і кожна деталь може бути виготовлена ​​з дещо відмінним відхиленням кроку. Тому для з'єднання двох деталей необхідно подолати різницю у відхиленні кроку. Для успішного з'єднання двох гвинтів необхідно використовувати кулькові гвинти найвищої точності з найменшим можливим відхиленням. Кулькові гвинти повинні бути точно оброблені, щоб тепло не потрапляло в деталь і не змінювало діаметр або геометрію кроку. Навіть відхилення всього 0,01 або 0,001 міліметра може створити проблеми для кінцевої системи.

Після механічної обробки гвинти з'єднуються разом за допомогою різьблення та отвору з мінімальним відхиленням між двома виходами. Остаточно їх закріплюють за допомогою високоміцного клею. (Зварювання гвинтів разом знову змінить геометрію та створить проблеми.)

Системи з гвинтовим приводом, що мають складні опорні блоки та точно виготовлені гвинти, можуть виготовлятися довжиною 10,8 метра або більше. Система з довжиною ходу від 2 до 3 метрів матиме максимальну швидкість близько 4000 об/хв. Зазвичай, у довшій системі швидкість обертання доводиться значно знижувати, щоб уникнути тріскотіння. Але з додатковими опорами система з гвинтовим приводом довжиною до 10 метрів може працювати зі швидкістю 4000 об/хв.

Застосування великої довжини

Системи з гвинтовим приводом та великою довжиною ходу використовуються в широкому спектрі галузей промисловості для забезпечення точного лінійного позиціонування. Гарним прикладом є автоматизована система зварювання металевих труб. Потрібне точне позиціонування зварювального сопла на великих відстанях ходу. У випадках зварювання високоякісних матеріалів, таких як титан, операція виконується у вакуумі, щоб уникнути окислення металу.

Багато застосувань в автомобільній промисловості вимагають великих довжин переміщення. Наприклад, шестиосьові роботи часто монтуються на лінійні приводи з довгим ходом для зварювання або обслуговування верстатів. Хоча швидкість може не бути критичним фактором для транспортування робототехнічних маніпуляторів, потрібна велика довжина та дуже точне позиціонування.

Виробництво оптичного кабелю – це високошвидкісний, безперервний процес, який неможливо зупинити, не поставивши під загрозу якість вироблених волокон. Кабелі намотуються на великі котушки. Коли одна котушка заповнюється, її необхідно швидко замінити, щоб мінімізувати втрати продукції. Точність і швидкість є життєво важливими для ефективності процесу. Системи з довгим гвинтовим приводом можуть запропонувати обидва ці можливості в цьому застосуванні, а також здатність витримувати велике навантаження котушок.

Будь-яке застосування, що вимагає переміщення важкого обладнання у вертикальній площині, виграє від жорсткості та безвідмовної функціональності лінійного гвинта. Наприклад, в авіаційній промисловості високоточні камери переміщуються вгору та вниз. Гвинти надійно та точно витримують важку вагу. У таких застосуваннях використовуються спеціальні системи кулькових напрямних з кульками великого діаметра для сприйняття динамічного моменту навантаження.

Удосконалення існуючих систем

У багатьох системах лінійного руху великих довжин кульковий гвинт залишається повністю відкритим. З такими системами виникають дві поширені проблеми: або система не може працювати з потрібною швидкістю, або її важко обслуговувати, оскільки відкритий гвинт притягує пил і сміття, що вимагає регулярного очищення, щоб уникнути передчасного виходу з ладу кулькової гайки.

У таких випадках додаткова опора, що забезпечується конфігурацією багатошарового блоку підшипників, означає, що гвинт може працювати на набагато вищій швидкості. Проблеми з очищенням та надійністю можна вирішити за допомогою закритої герметичної системи, яка захищає гвинт і забезпечує значне зниження вимог до технічного обслуговування. Закритий гвинт захищений від потрапляння пилу та сміття і, без регулярного очищення, може підтримувати оптимальну продуктивність та надійність.

У такій системі каретка може бути оснащена просвердленими каналами та з'єднана з маслянкою. Це дозволяє змащувати з однієї точки без необхідності відкривати корпус. Оскільки пристрій ніколи не потрібно відкривати, обмежена кількість пилу або води може проникнути в систему. Вона захищена навіть у найбрудніших середовищах.