Azionamento lineare - Convertire la rotazione in traslazione

Un azionamento lineare converte i movimenti rotatori in movimenti lineari e viceversa. Gli attuatori lineari sono componenti chiave per il controllo del movimento in molti sistemi meccanici e nell’ingegneria meccanica. Spesso, questa conversione è necessaria per convertire la potenza e il movimento generati dai motori e da altre apparecchiature rotanti in traslazione (movimento lineare). L’azionamento è realizzato industrialmente con motori o anche a mano. L’articolo introduce concetti comuni e di uso frequente ed elenca i criteri di progettazione. Infine, esamineremo alcuni esempi di applicazioni nell’ingegneria meccanica.

Azionamento lineare - Conversione del movimento rotatorio in movimento lineare

L’ingegneria meccanica si basa su vari concetti per convertire un movimento rotatorio in un movimento lineare. L’efficienza dei motori in ambienti industriali è elevata e può essere convertita in movimenti lineari mediante vari meccanismi. La rotazione del motore può essere utilizzata sia in senso rotatorio che traslatorio.

I principi più comuni sono:

• Meccanismo a manovella a scorrimento
• Trasmissione a mandrino filettato
• Ingranaggio a camme
• Meccanismo eccentrico

Il meccanismo a manovella a scorrimento consiste in una manovella azionata, una frizione (chiamata anche biella) per il trasferimento di potenza e un cursore guidato linearmente. La trasmissione è alimentata da un movimento rotatorio che fa ruotare l’albero motore e quindi la manovella. La biella è dotata di un sollevatore rotante su entrambe le estremità. Il cursore può essere spostato solo in modo traslazionale. Il movimento vincolato della manovella e del cursore crea una trasmissione che genera la traslazione dalla rotazione.

• 1 Mandrino filettato
• 2 Chiocciola per vite a ricircolo di sfere con flangia
• 3 Cuscinetto
• 4 Carrello
• 5 Motore con scatola ingranaggi
• 6 Mandrino filettato trapezoidale
• 7 Chiocciola per vite di trasmissione (sezione trasversale)

La trasmissione a mandrino filettato è un ingranaggio a vite costituito da una vite di comando rotante e da un carrello a guida lineare. Il mandrino filettato viene azionato da un motore e il passo della vite di guida fa sì che il carrello si muova in traslazione. Il movimento guidato e la traslazione definita e uniforme consentono un movimento molto preciso e facile da controllare.

Il mandrino filettato e altri ingranaggi a vite sono spesso alimentati a mano per regolare gli oggetti.

Gli ingranaggi a camme sono trasmissioni non uniformi. Il movimento rotatorio viene convertito da una geometria di trasmissione motorizzata e definita (ad es., un disco a camme) e da uno scanner. Lo scanner è guidato linearmente.

Gli ingranaggi a camme sono classificati per metodo di bloccaggio, tra le altre cose. Si distinguono in bloccaggio per attrito e ad incastro.

• Le trasmissioni di bloccaggio per attrito sono più semplici e meno costose da produrre, ma non sono altrettanto efficienti e possono essere distrutte dalle risonanze.
• Le soluzioni ingegneristiche ad incastro sono più costose da produrre a causa della superficie di guida aggiuntiva e della maggiore precisione. Queste trasmissioni di solito richiedono più spazio.

Il meccanismo eccentrico è composto da un disco di controllo costruito con un’eccentricità (sfalsato rispetto all’asse di rotazione) e una biella. Il meccanismo eccentrico è un ingranaggio di frizione e agisce come la manovella a scorrimento. Il disco di comando è la manovella. Il design spesso consente uno spazio di installazione più piccolo e ha proprietà operative più fluide grazie alle masse più elevate.

Altri metodi per convertire la rotazione in traslazione

Gli azionamenti con movimenti rotatori possono anche seguire altri principi. In linea di principio, anche i nastri trasportatori e le trasmissioni a trazione trasformano la rotazione in traslazione. Tuttavia, queste implementazioni non sono adatte alla traslazione, pertanto non vengono prese in considerazione.

Criteri di progettazione dell’azionamento lineare

Il design degli attuatori lineari differisce in base ai meccanismi impiegati. In linea di principio, gli attuatori lineari sono ingranaggi che convertono un rapporto di trasmissione da un movimento rotatorio a uno traslatorio.

• Corsa: Oltre all’azionamento, la gamma di movimento traslazionale è la caratteristica principale di un azionamento lineare. La corsa è il risultato della geometria del rapporto di trasmissione. La velocità di traslazione e l’uniformità del movimento dipendono dalla geometria e dalla velocità di rotazione della trasmissione. Anche il peso e l’inerzia influiscono sulla sintesi dell’azionamento lineare, poiché i movimenti lineari di solito funzionano con cambi di direzione alla fine della corsa.
• Azionamento: L’azionamento è alimentato da una rotazione, solitamente avviata nell’ingegneria meccanica da un motore elettrico, che fornisce coppia e velocità di rotazione. Questo punto di funzionamento può essere modificato con una trasmissione o un controllo della velocità rotativo. Quando si seleziona l’azionamento, occorre anche considerare se determinate circostanze o il principio richiedono che l’azionamento sia in grado di cambiare il senso di rotazione. Anche le variazioni della velocità di rotazione dovute a vari punti di funzionamento o a movimenti irregolari durante la sintesi devono essere osservate tenendo conto dell’inerzia di massa del sistema.
• Condizioni limite: Quando si selezionano attuatori lineari, è necessario considerare anche le condizioni ambientali. Lo spazio di installazione è determinato dall’ambiente e dalla periferia e può escludere determinati principi. A questo punto il peso può anche svolgere un ruolo chiave.

Esempi di applicazioni per azionamenti lineari in ingegneria meccanica

L’applicazione di attuatori lineari nell’ingegneria meccanica è varia e spesso è possibile implementare molteplici forme di realizzazione per una sola applicazione. Esempi di movimento lineare nell’ingegneria meccanica sono:

• Sistemi di ordinamento: Una manovella di spinta si muove in modo perpendicolare a un nastro trasportatore e spinge i componenti dal nastro trasportatore verso il lato.
• Stampanti 3D: Le stampanti 3D industriali utilizzano attuatori lineari per il posizionamento.
• Fresa: Il sistema di controllo del movimento di una macchina CNC è formato da un mandrino filettato per asse.
• Etichettatura: Gli ingranaggi a camme o i cursori a manovella etichettano le bottiglie in ingegneria medica o nell’ingegneria generale degli imballaggi.
• Robotica: I robot in ambienti industriali utilizzano Viti a ricircolo di sfere sfera per ottenere un movimento preciso e a basso attrito con grandi forze di azione.
• Regolazione: Le trasmissioni a vite, come il mandrino filettato, vengono utilizzate per bloccare i componenti nelle apparecchiature di fissaggio.

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