Le trasmissioni a vite sono i tipi più comuni di attuatori lineari elettromeccanici. Una trasmissione a vite agisce come un sistema di generazione di forza lineare, convertendo un input di coppia rotante da un motore in spinta e movimento lineare. Poiché gli attuatori elettromeccanici vengono utilizzati anche per il posizionamento lineare, devono essere in grado di garantire livelli di movimento lineare accurati e ripetibili, pur essendo in grado di fornire la forza richiesta per l’applicazione. Un meccanismo a vite produce un movimento lineare ruotando un dado o, più tipicamente, una vite in un assieme per generare movimento.
Sebbene il principio di base sia lo stesso per tutte le trasmissioni a vite, esistono una varietà di tipi e design, ciascuno con le proprie caratteristiche e vantaggi. La determinazione della vite di azionamento appropriata dipende dall’applicazione prevista e dai suoi requisiti intrinseci. Il carico del sistema, la velocità di spostamento desiderata, il ciclo di lavoro, l’ambiente circostante e le temperature di esercizio avranno tutti un impatto sulle prestazioni di una vite di azionamento. La scelta del tipo sbagliato può portare a inefficienze operative o, peggio, a guasti prematuri. Di conseguenza, trovare la soluzione migliore per un’applicazione specifica è fondamentale per ottenere risultati ottimali.
Inizia con la comprensione dei punti di forza e di debolezza relativi delle varie tecnologie di trasmissione a vite disponibili. Ciascuno dei tre principali tipi di trasmissione a vite – a sfera, a rulli e ACME / trapezoidale – ha i suoi vantaggi e svantaggi. Qui offriamo una panoramica di alto livello di queste tre tecnologie di viti per aiutarti a fare la scelta giusta per il tuo sistema.
Trasmissioni con vite a ricircolo di sfere
Le trasmissioni con vite a ricircolo di sfere sono ampiamente utilizzate nelle applicazioni di movimento lineare perché combinano un alto livello di efficienza con elevate caratteristiche di durata del carico e una durata del prodotto prevedibile. Le viti a ricircolo di sfere ben progettate sono ideali per applicazioni con cicli di lavoro elevati che richiedono livelli di spinta elevati.
Meccanicamente parlando, una vite a ricircolo di sfere è composta da una vite metallica e da un dado. I cuscinetti a sfera in metallo nel dado fungono da interfaccia di accoppiamento tra le filettature del dado e la vite. A seconda del design, questi cuscinetti a sfere rotolano e ricircolano attraverso un singolo circuito o una serie di circuiti, all’interno del dado o nei tubi di ritorno esterni. Ciò accade mentre la vite o il dado stesso ruota, provocando il movimento di uno di questi componenti, fornendo il movimento lineare necessario.
Esistono due tipi principali di trasmissioni con vite a ricircolo di sfere: la chiocciola singola e la chiocciola doppia. Il primo tipo incorpora un singolo dado a sfera, che in genere avrà un certo livello intrinseco di gioco – il livello di movimento libero tra il dado e la vite – dovuto agli spazi tra i cuscinetti a sfera mentre viaggiano lungo la vite e circolano attraverso il dado . Il secondo tipo di unità azionata da vite a ricircolo di sfere è un doppio dado, con dadi pretensionati l’uno contro l’altro. Questo aiuta a ridurre il gioco mitigando lo spazio tra i cuscinetti a sfere e le filettature, fornendo una maggiore precisione e ripetibilità.
Il livello di gioco all’interno di una vite a ricircolo di sfere è importante. Il gioco ha un impatto sulla ripetibilità dell’unità di azionamento lineare, ovvero sulla sua capacità di raggiungere ripetutamente, con precisione e continuamente la stessa posizione raggiunta in precedenza nelle stesse condizioni operative. I dadi a sfere hanno tipicamente da 5 a 25 millesimi di pollice di gioco intrinseco. Oltre a scegliere un design a doppia chiocciola, il gioco può essere mitigato in un sistema con vite a ricircolo di sfere caricando ogni circuito con cuscinetti a sfera di diametro superiore a quello nominale. Ciò aumenta la distanza tra i cuscinetti a sfera e riduce notevolmente il gioco intrinseco del gruppo vite.
Nella maggior parte dei casi, la precisione di un’unità con vite a ricircolo di sfere, o la capacità di colpire una posizione lineare mirata, è un prodotto della qualità del processo di produzione utilizzato per creare la vite e della consistenza del profilo della filettatura della vite per tutta la lunghezza del ictus. La ripetibilità attribuibile alla / e chiocciola / e e l’accuratezza attribuibile alla qualità della vite devono essere considerate entrambe nella valutazione della precisione complessiva del gruppo.
Quando scegliere una trasmissione con vite a ricircolo di sfere
Le viti a ricircolo di sfere sono ottime opzioni per applicazioni che richiedono un ciclo di lavoro elevato, velocità elevate e carichi elevati. Sono anche buone scelte per quando stai cercando un po ‘di vantaggio di coppia. Gli elementi volventi all’interno delle chiocciole hanno tipicamente un attrito inferiore rispetto alle viti a rulli e trapezoidali, il che consente loro di avere un’efficienza meccanica fino al 90 percento. Questa elevata efficienza li rende perfetti per le operazioni in cui è richiesto un livello di prestazioni più elevato e dove l’usura delle viti è un problema.
Sebbene offrano buone capacità di prestazione, un potenziale svantaggio per le viti a ricircolo di sfere in alcune applicazioni può essere il rumore che creano durante l’uso. Ciò è dovuto al suono prodotto dalle sfere che entrano in collisione nei tubi di ritorno e che circolano attraverso il dado.
Trasmissioni con vite a rulli
Simile al design con vite a ricircolo di sfere, le viti a rulli sono costituite da una vite e un dado di interfacciamento, con la forma della filettatura spesso di forma triangolare. Tuttavia, invece di utilizzare cuscinetti a sfera per interfacciarsi con la forma della filettatura, il design della vite a rulli utilizza piccoli rulli rotanti all’interno del dado per fornire il contatto tra il dado e la vite stessa. Ciò significa che il dado del rullo ha più set di rulli, fornendo una quantità significativamente maggiore di punti di contatto con la vite rispetto ai dadi a ricircolo di sfere. Questa configurazione consente una linea di contatto tra i rulli, il dado e la vite, offrendo vantaggi in termini di shock, carico e rigidità complessiva rispetto ai modelli di viti a ricircolo di sfere.
Con le somiglianze del loro design rispetto alle viti a ricircolo di sfere, non sorprende che condividano efficienze simili. Poiché hanno un’area di contatto maggiore, la loro efficienza scende leggermente inferiore a quella della vite a ricircolo di sfere, in media intorno all’85%. Questa efficienza può variare notevolmente e dipende in gran parte dal diametro e dal passo della vite.
Esistono due tipi principali di viti a rulli; viti a rulli standard e viti a rulli invertiti. Una vite a rulli standard è costituita da un albero filettato temprato e da un dado a rullo planetario o ricircolante, con i dadi planetari più comuni. In questa disposizione, l’albero è collegato a un motore o ad un treno di ingranaggi e il dado trasla verso l’alto o verso il basso sulla vite per creare un movimento lineare, proprio come le viti a ricircolo di sfere e di trasmissione. Anche se le tecniche di produzione variano, in genere la forma finale del filo viene rettificata nel trattamento termico del perno dell’albero. Ciò consente di abbinare i dadi alle viti per un assemblaggio di alta precisione e lunga durata. Le viti a rulli invertiti utilizzano un tubo filettato invece di un albero, che è fondamentalmente una versione lunga del dado per vite a rullo standard. Il dado planetario è solitamente fissato ad un albero, e il tubo o l’albero possono essere ruotati per creare il movimento lineare. Se il tubo viene ruotato, il dado trasla su e giù all’interno del tubo; se l’albero fissato al dado viene ruotato, il tubo si estende o si ritrae. Sebbene questo tipo di vite possa comportare un assemblaggio complessivo più compatto, è più limitato nelle dimensioni e nelle lunghezze complessive che possono essere prodotte. Anche questi tubi sono temprati, ma la filettatura all’interno del tubo generalmente non viene rettificata successivamente, quindi l’assemblaggio finale non può essere abbinato con la massima precisione.
La rettifica e la lavorazione di precisione, combinate con geometrie che consentono più punti di contatto nella stessa busta, conferiscono alle viti a rulli un elevato coefficiente di carico dinamico o DLR. Ciò si traduce in una maggiore durata del prodotto per un gruppo vite di dimensioni simili.
Quando scegliere una trasmissione con vite a rulli
I progettisti di macchine spesso scelgono viti a rulli per applicazioni complesse in cui è richiesto un grado di precisione da moderato ad alto. Sono adatti per gestire applicazioni più impegnative in quanto offrono alta efficienza, ampie capacità di carico e capacità di ciclo di lavoro elevato. Sono anche buone opzioni in cui si desidera una minore manutenzione del sistema o quando non si desidera doversi preoccupare di sostituire le parti con la stessa frequenza, poiché le viti a rulli offrono una maggiore durata del prodotto data la maggiore area di contatto sulle filettature.
Le viti a rulli generalmente producono notevolmente meno rumore delle viti a ricircolo di sfere durante il funzionamento. Il loro rumore proviene solo dai rulli planetari all’interno del dado. Poiché questi rulli planetari sono a contatto costante con la superficie della vite, il livello di rumore associato all’uso è inferiore a quello delle viti a ricircolo di sfere, i cui cuscinetti a sfera hanno libertà di movimento.
Si noti che le strette tolleranze di lavorazione essenziali per la produzione di queste viti hanno il potenziale per aumentare il costo complessivo del sistema. Per sistemi più semplici, funzioni non critiche o per applicazioni meno impegnative, la maggiore funzionalità delle viti a rulli può essere costosa.
Trasmissioni ACME e viti trapezoidali
Le trasmissioni ACME e a vite trapezoidale sono utilizzate al meglio in applicazioni a bassa precisione con basse velocità e cicli di lavoro. Sebbene le tolleranze di lavorazione allentate possano consentire alle viti ACME e trapezoidali di essere effettivamente intercambiabili, le loro geometrie differiscono effettivamente di 1 grado. Le viti ACME hanno un angolo incluso di 29 gradi, mentre le filettature trapezoidali hanno un angolo incluso di 30 gradi. Quando la vite gira, le filettature trasmettono una forza lineare al dado. Queste trasmissioni utilizzano una forma di filettatura con una forma del dente trapezoidale che è tipicamente arrotolata in un albero in acciaio. Questo crea una forte forma della filettatura, che trasmette una forza lineare a un dado solido dalle superfici di scorrimento sui fianchi della forma della filettatura. Le superfici di scorrimento sono la causa dell’inefficienza, dove gran parte dell’energia necessaria per girare la vite viene persa per calore.
L’efficienza della vite ACME dipende dal materiale del dado (spesso in plastica, polimeri, ottone o bronzo), dal passo della vite e dal tipo / quantità di lubrificante utilizzato. Le loro efficienze sono in genere molto inferiori rispetto alle viti a ricircolo di sfere o a rulli, e vanno dal 20 all’80% circa. Efficienze inferiori possono impedire che carichi o forze esterne spingano indietro l’assieme, il che può essere un vantaggio per alcune applicazioni e dannoso per altre. È importante notare che la vibrazione può consentire a qualsiasi vite ACME o trapezoidale di tornare indietro. Le perdite di energia intrinseche indicano che questi tipi di viti richiedono una coppia maggiore rispetto ad altri tipi di vite per fornire la stessa spinta.
Quando scegliere una trasmissione a vite ACME / trapezoidale
Dei tre tipi di vite, le viti ACME costano meno e sono spesso le più prontamente disponibili. Sono adatti per applicazioni a bassa velocità o in sistemi in cui non sono richiesti elevati cicli di lavoro.
Tuttavia, le viti ACME non sono adatte per applicazioni che richiedono cicli di lavoro elevati o velocità di spostamento elevate. Ecco perché le viti ACME non dovrebbero essere generalmente utilizzate per applicazioni più complesse, specialmente quelle con condizioni operative variabili. La loro durata del prodotto è spesso imprevedibile rispetto agli altri due tipi di viti, il che significa che la manutenzione e la sostituzione delle viti sono più dinamiche con questi tipi di viti.
Ciò che questo breve sondaggio ci dice è che non esiste una trasmissione a vite che sia oggettivamente migliore delle altre in ogni caso. Ciascuno dei tre tipi principali di viti ha i propri vantaggi e svantaggi che devono essere presi in considerazione. Trovare la giusta trasmissione a vite dipenderà interamente dalle specifiche della tua applicazione unica e dal movimento / azione desiderati.