Mantenimento del controllo nelle applicazioni con viti a ricircolo di sfere verticali

Apr 18, 2024

Questo freno a vite a ricircolo di sfere è a molla. In caso di interruzione di corrente, aggancia automaticamente il carico. È necessario fornire alimentazione per rilasciare il freno dal carico. Foto per gentile concessione di Nexen Group Inc.

Un freno per vite a ricircolo di sfere è fissato all'estremità di una vite a ricircolo di sfere con un accoppiamento in grado di compensare un piccolo disallineamento assiale. Foto per gentile concessione di Nexen Group Inc.

In alcune applicazioni di sollevamento verticale, un servomotore aziona la vite a ricircolo di sfere. Un freno del servomotore montato su flangia, installato tra il motore e la flangia di sollevamento, manterrà la vite a ricircolo di sfere e impedirà l'azionamento inverso. Foto per gentile concessione di Nexen Group Inc.

Le viti a ricircolo di sfere ad alta efficienza effettuano la retromarcia nelle applicazioni di sollevamento verticale, rendendo necessario un freno per sostenere il carico. Foto per gentile concessione di THK

Le viti a ricircolo di sfere ad alta efficienza sono ideali per un posizionamento lineare preciso e ad alta velocità. Tuttavia, l'azionamento all'indietro può rappresentare un problema, soprattutto se la vite a ricircolo di sfere è in posizione verticale. Se la vite a ricircolo di sfere non viene tenuta correttamente, il carico potrebbe cadere rapidamente e causare danni al carico utile, alla macchina e ai lavoratori.

Per evitare che ciò accada, gli ingegneri hanno diverse opzioni. Un modo consiste nell'utilizzare contrappesi posizionati sopra le pulegge per compensare il peso del carico trasportato sulla vite a ricircolo di sfere. Questo design non è l'ideale. Occupa spazio, ha molti componenti e non applica una forza di tenuta direttamente sulla vite a ricircolo di sfere.

Gli arresti rigidi sono un'altra opzione, ma possono danneggiare la vite a ricircolo di sfere se non installati o controllati correttamente. Un arresto rigido crea un carico di contatto ad alta forza che può deformare le filettature della sfera, compromettere la resistenza dei cuscinetti a sfera, danneggiare il sistema di ritorno e incastrare la chiocciola sulla vite.

Una terza opzione sono le molle di bloccaggio. Questi vengono inseriti nello spazio tra la chiocciola e la vite a ricircolo di sfere. Se le sfere sono gravemente danneggiate, lo spazio libero verrà occupato dalla molla di bloccaggio. L'aumento dell'attrito creato dalla molla impedisce al carico di cadere liberamente o di azionare all'indietro la vite.

Un altro metodo consiste nell'utilizzare meccanismi, come morsetti o freni a pinza, per bloccarli contro la vite. Questo metodo è piuttosto efficace, ma può danneggiare la vite a ricircolo di sfere e peggiorarne la precisione. Questi disegni occupano anche molto spazio.

Un arresto per superamento, o cane, impedisce danni dovuti a superamento accidentale su entrambe le estremità della vite a ricircolo di sfere. Tuttavia, non è possibile fare affidamento sui fermi dei cani per la protezione primaria. Questo tipo di arresto deve essere utilizzato solo come protezione ridondante. La corsa deve essere arrestata dal sistema di controllo dell'assieme e deve essere mantenuta da un freno di spegnimento, come il freno a vite a ricircolo di sfere. La maggior parte degli attuatori lineari utilizza freni sui motori o sulle slitte. Questi freni sono montati su motori bialbero o sull'albero che supporta la puleggia.

Uno degli errori più comuni nel controllo del movimento si verifica durante la progettazione di attuatori con vite a ricircolo di sfere o a cinghia in applicazioni verticali. In genere, entrambi i sistemi hanno un'efficienza meccanica del 90%. In caso di perdita di potenza, il motore non ha coppia di tenuta, il che fa sì che il carico si schianti verso il basso.

La coppia di retromarcia, Tb, può essere calcolata come Tb = PLe/2π, dove L è il passo della vite (in pollici), P è il carico in libbre ed e è una costante di efficienza meccanica.

Un certo attrito intrinseco nel sistema può sostenere carichi leggeri, ma gli attuatori senza stelo in genere effettuano la retromarcia anche con una piccola quantità di forza. I fattori che resistono al backdriving sono le inefficienze meccaniche (comprese le forze applicate opposte sul carico); attrito statico nei cuscinetti e nel sistema di trasmissione; riduzione inefficienza (dalla cinghia di distribuzione o dagli ingranaggi); e la coppia necessaria per ruotare manualmente l'albero quando il motore non è alimentato.

Contribuisce anche il passo di un sistema a vite. Una vite a ricircolo di sfere con un passo di 2 giri per pollice ha un azionamento posteriore inferiore rispetto a una con un passo di 5 giri per pollice. Questo perché la relazione tra la coppia di attrito e la forza di tenuta assiale è F = 2πTfp; dove Tf è la coppia di attrito e p è il passo della vite a ricircolo di sfere.