Jak zvolit vhodný lineární pohon?

Pracujete na aplikaci, která vyžaduje lineární pohyb – může jít o montážní systém na principu „pick and place", balicí linku nebo portál pro přesun materiálu – ale návrh vlastního pohonu od úplného začátku, nákup jednotlivých součástí, montáž a seřizování součástí a zavádění systému údržby není efektivním využitím vašeho času. Začínáte se dívat po kompletním typovém lineárním pohonu (aktuátoru), ale existuje tolik možností co do typu, velikosti a principu fungování, že je těžké vědět, kde s výběrem začít. Prvním krokem ke zúžení výběru je zvolit nejlepší hnací mechanismus pro vaši aplikaci. Většina výrobců nabízí alespoň dvě možnosti pohonu, přičemž nejběžnější jsou ozubené řemeny a kuličkové šrouby, zatímco pohony s pneumatickými a lineárními motory slouží pro méně běžné aplikace. Níže je uvedeno pět faktorů, které vám pomohou zvolit mezi dvěma nejběžnějšími typy pohonů – ozubeným řemenem a kuličkovým šroubem.

1. Délka zdvihu

Prvním požadavkem, který je při volbě mezi kuličkovým šroubem nebo řemenovým pohonem třeba zvážit, je délka pohybu pohonu v jednom směru, označovaná jako délka zdvihu. Pohony s kuličkovým šroubem se běžně vyskytují v délkách do 1000 mm, i když kuličkové šrouby o větším průměru je možné použít až do délky 3000 mm. Tento limit se řídí kritickými otáčkami kuličkového šroubu. S rostoucí délkou šroubu se snižují jeho kritické otáčky, neboli otáčky, při kterých se šroub začíná potýkat s ohybovými vibracemi. Jednoduše řečeno, při větší délce a vyšších otáčkách sebou šroub začíná „házet" jako švihadlo. U pohonů s ozubeným řemenem omezuje maximální délku schopnost napnout řemen. Při využití řemenů s větší šířkou (větší kontaktní plocha) a větší roztečí zubů se aktuátory s řemenovým pohonem běžně používají v aplikacích vyžadujících délku zdvihu 10 až 12 metrů.

2. Rychlost

Druhým kritickým faktorem při výběru pohonu je rychlost. Maximální rychlost většiny aktuátorů s řemenovým pohonem je 5 m/s. Tento limit je ovlivňován systémem vedení, které nejčastěji využívá cirkulující elementy. U aplikací, které vyžadují větší rychlosti, až 10 m/s, je možné místo cirkulujících elementů použít řemenový pohon ve spojení s předpjatými řemenicemi nebo vačkovými kladkami. Jak bylo řečeno výše, u aktuátoru s pohonem kuličkovým šroubem se s rostoucí délkou snižují kritické otáčky. Aktuátory s kuličkovým šroubem mohou při délkách zdvihu menších než 1 metr obecně dosahovat rychlosti až 1,5 m/s. Dodatečnou pevnost mohou zajistit podpěry šroubu, které snižují nepodepřenou délku šroubu, a tím umožňují dosáhnout vyšších otáček a větších délek pohonů. Při uvažování o podpěrách kuličkového šroubu požádejte o pomoc při provádění nezbytných výpočtů otáček a délky výrobce.

3. Přesnost

Přesnost se v širokém smyslu slova užívá buď pro přesnost chodu (kde se vozík nebo saně nachází v prostoru během pohybu), pro přesnost polohování (jak přesně dosáhne pohon cílové polohy), nebo pro opakovatelnost (s jakou přesností pohon při každém zdvihu dosahuje stejné polohy). Zatímco na přesnost chodu mají značný vliv konstrukce, základna a upevnění pohonu, přesnost polohování a opakovatelnost jsou primárně funkcemi hnacího mechanismu. Kuličkové šrouby, především pokud jsou předepjaté, dosahují díky své tuhosti lepší přesnosti polohování než řemenové pohony. „Nepřesnost" polohování je však možné změřit a kompenzovat pomocí řídicího systému aktuátoru. Z tohoto důvodu se často nejdůležitějším faktorem ve vysoce přesných aplikacích stává opakovatelnost (schopnost dosáhnout při každém zdvihu stejné polohy). Pro vysokou opakovatelnost je kritická tuhost hnacího mechanismu, a proto je zde lepší volbou předepjatý kuličkový šroub s maticí.

4. Montážní poloha

V některých případech bude nejlepší hnací mechanismus záviset na směru, ve kterém má být pohon namontován. Pro horizontální a šikmou orientaci jsou vhodné řemenové pohony i pohony s kuličkovým šroubem, ale aplikace, při kterých je nutná vertikální montáž, vyžadují pečlivější zvážení. Ačkoli každý systém, který pohybuje břemenem vertikálně, vyžaduje zabudované bezpečnostní mechanismy, pohony s kuličkovými šrouby jsou při nesení svislého zatížení často považovány za bezpečnější než řemenové pohony. Je to díky tomu, že kuličkové šrouby, v závislosti na zatížení, stoupání šroubu a tření v systému, kladou odpor zpětnému pohybu, neboli „volnému pádu", pokud dojde k poškození brzdy nebo katastrofální poruše systému. Pokud je u vertikální aplikace vyžadován aktuátor s řemenovým pohonem, je třeba důkladně zvážit použití externí brzdy nebo protizávaží.

5. Údržba

Primární příčinou selhání lineárních pohonů je nedostatečné mazání. Aktuátory s kuličkovým šroubem i řemenovým pohonem vyžadují pravidelné mazání systému vedení, ale u kuličkových šroubů přibývá ještě jedna součást, jejíž řádné mazání je třeba sledovat. Někteří výrobci to řeší dodávkou systémů s doživotním mazáním (přičemž životnost se definuje jako stanovená celková délka chodu nebo počet otáček, při daném zatížení, otáčkách a prostředí), ale mnoho aplikací spadá mimo tyto stanovené parametry a budou během své zamýšlené životnosti vyžadovat namazání.
I když aktuátory s řemenovým pohonem mají výhodu menšího počtu součástí vyžadujících údržbu, pokud se v prostředí vyskytuje prach nebo třísky, hledejte konstrukci pohonu, která minimalizuje možnost průniku znečištění do pouzder kladek. Tím zajistíte delší životnost kladkových ložisek a omezíte opotřebení samotného řemene. Jak řemenové pohony, tak pohony s kuličkovým šroubem mají své výhody. Při prvotním výběru pamatujte, že řemenové pohony jsou obvykle lepší volbou pro dlouhé zdvihy a vysoké rychlosti, zatímco pohony s kuličkovými šrouby jsou vhodnější pro aplikace, které vyžadují vysokou opakovatelnost nebo svislou montáž. V některých aplikacích budou výše zmíněná kritéria splňovat oba hnací mechanismy. V těchto případech vám může s výběrem správného pohonu poradit výrobce na základě pokročilejších faktorů, jako jsou zrychlení, doba ustálení nebo podmínky prostředí.