Kuularuuvikäyttöisellä ja hammashihnakäyttöisellä lineaariyksiköllä on eri etuja ja vahvuuksia. Kumman valitset, riippuu muun muassa siitä, mitä sovellukselta vaaditaan nopeuden, tarkkuuden ja toleranssien suhteen. Rollcon sovellusinsinööri Pontus Claesson selittää eroavaisuudet ja kertoo myös kahdesta harvinaisemmasta ratkaisusta.
Kuularuuvin ja hammashihnan edut ja haitat lineaariyksikössä
Kuularuuvilla ja hammashihnalla on erilaisia ominaisuuksia, joista kukin voi olla omalla tavallaan eduksi. Pohjimmiltaan sovellusvaatimukset ratkaisevat, kumpi sopii parhaiten.
– Yksinkertaistettuna voidaan sanoa, että jos tarvitset suurta toistettavuutta, jäykkyyttä ja voimaa, kannattaa valita kuularuuvi, Pontus kertoo. Jos taas tarvitset suurta nopeutta ja pitkiä liikkeitä, hammashihna on parempi valinta.
Hammashihnakäyttö pitkiin ja nopeisiin liikkeisiin
Hammashihna on paras valinta, jos tarvitset suurta nopeutta tai kiihtyvyyttä. Sitä voidaan käyttää ilman suoranaisia rajoituksia jopa 10 m/s nopeuteen. Hammashihna mahdollistaa myös 5–6 metrin iskunpituuden hyvällä suorituskyvyllä ja jopa 10 metrin, jos jäykkyydestä ja kiihtyvyydestä voidaan tinkiä. Tarkkuus siinä kuitenkin on pienempi.
– Hammashihnassa on paljon suurempi syöttö kierrosta kohden, joten se on herkkä välykselle ja käyttömoottorin ja vaihteen täsmällisyydelle, Pontus sanoo. Mutta ennen kaikkea hammashihnan jäykkyys on huomattavasti pienempi kuin kuularuuvin. Todellinen täsmällisyys on siis erittäin herkkä käyttöpuoleen kohdistuvalle kuormitukselle.
Hammashihnan käyttö sopii siten paremmin pick-and-place -laitteeseen, kuin esimerkiksi jyrsimeen, jossa tarvitaan voimaa.
Kuularuuvi voimaa ja tarkkuutta varten
Kuularuuvi voi antaa jopa tuhannen kilon voiman ja se on hammashihnaa kompaktimpi. Tämän takia se esimerkiksi toimii hyvin työstökoneissa, joissa tilaa on rajoitetusti ja voiman tarve suuri. Siinä on suuri paikoitustarkkuus ja sen toistotarkkuus voi olla vain millimetrin tuhannesosia. Tarkkuus on selvästi määritelty ja se voidaan valita eri luokissa noin 0,05 mm per metri asti. Kuularuuvikäytöt menettävät kuitenkin hyvin nopeasti nopeutta, kun iskunpituus ylittää 2–3 metriä.
– Kuularuuvi sopii hyvin esimerkiksi, jos halutaan tehdä säädettävä pysäytys levyntaivutuskoneelle, Pontus sanoo. Siinä saattaa olla metrin liike, jonka tarkkuuden on oltava yksi kymmenysmillimetri, ja samalla sen on kestettävä suurta voimaa.
Mikä käyttö on paras valinta?
Kuularuuvin katsotaan olevan monissa tapauksissa hammashihnaa parempi. Mutta todellisuus on monimutkaisempi, Pontus selittää.
– Kuularuuvia on esimerkiksi voideltava kymmenen kertaa useammin kuin pyöriä hammashihnakäytössä. Monet eivät ota sitä huomioon. Ellei kuularuuvia voidella riittävän usein, se kuluu suhteellisen nopeasti.
Toisaalta hammashihnakäyttöä pidetään yleensä edullisempana, mutta sekään ei pidä paikkaansa.
– Hammashihnakäyttö on hieman halvempi. Se kuitenkin tarvitsee alennusvaihteen, joka maksaa suunnilleen yhtä paljon kuin hintaero. Kuularuuvi ei tarvitse vaihdetta, mikä tarkoittaa myös sitä, että on yksi komponentti vähemmän määriteltävänä.
Usein kuularuuvi mielletään hammashihnaa turvallisemmaksi pystyliikkeessä, koska koetaan, että hihna menee helpommin rikki. Mutta jos kuularuuvin kuulat jostain syystä tuhoutuvat tai häviävät, se putoaa vapaasti. Oikein mitoitetussa ja esijännitetyssä hihnakäytössä taas on valtava voima.
– On kuitenkin tavallista, että valitaan hihnakäyttö vaakaliikkeisiin ja kuularuuvi pystyliikkeeseen.
Hammastanko ja lineaarimoottori ovat harvinaisempia vaihtoehtoja
Kuularuuvikäyttöisen ja hammashihnakäyttöisen lineaarikäytön lisäksi on kaksi muuta vaihtoehtoa, jotka ovat harvinaisempia: hammastanko ja lineaarimoottori. Hammastanko on yhtä jäykkä kuin kuularuuvi ja sen iskunpituus on jopa 70 metriä, mutta sitä on vaikea saada täysin välyksettömäksi. Kilpailukykyinen siitä tulee kuitenkin vasta, kun iskunpituuden täytyy olla yli 10 metriä.
– Sitä käytetään usein esimerkiksi teollisuusrobottien pidemmissä liikkeissä, Pontus kertoo.
Lineaarimoottori on lineaarikäytön äärimmäisempi versio. Siinä ei ole mekaanista käyttövoimaa, vaan lineaarisesti toimiva moottori. Koska se toimii kontaktittomasti magneettivoiman avulla, siinä ei ole mekaanista voimansiirtoa, joka kuluisi, hajoisi tai tarvitsisi huoltoa ja voitelua. Siinä on rajoittamaton iskunpituus ja säännelty jäykkyys. Lineaarimoottori yhdistää hihnakäytön nopeuden ja kuularuuvin tarkkuuden. Kun se keksittiin 30 vuotta sitten, sen ennustettiin korvaavan nämä molemmat. Mutta näin ei ole vielä käynyt.
– Syynä on, että se on edelleen erittäin kallis tekniikka, johon kuuluu hintavia moottoreita ja komponentteja, Pontus sanoo. Nykyään lineaarimoottoria käytetään lähinnä elektroniikkateollisuudessa, jossa joissakin vaiheissa vaaditaan äärimmäistä tarkkuutta sekä millimetrien että sekuntien osalta.
