Sperimentazione di cuscinetti pneumostatici controllati

Questo articolo è focalizzato sui meccanismi di compensazione passiva. Vengono in particolare mostrate due soluzioni applicate a pattini pneumostatici commerciali e presentati i sistemi di controllo.

Cuscinetti pneumatici: problematiche

Grazie alla bassissima viscosità dell’aria e all’assenza di contatto tra gli elementi in moto relativo, i cuscinetti pneumatici vengono impiegati prevalentemente come guide lineari nei sistemi di posizionamento di precisione e come supporti per rotori ad alta velocità di rotazione [1-3].

I cuscinetti pneumatici sono oil free e quindi adatti all’utilizzo in tutti gli ambienti in cui è necessario mantenere un alto livello di pulizia.

I problemi principali di questi dispositivi sono le relative basse capacità portante e rigidezza, e anche uno scarso smorzamento rispetto ad altre tipologie di supporti. Per migliorare le prestazioni dei cuscinetti pneumatici è possibile intervenire sulla geometria dei sistemi di alimentazione con l’introduzione di opportune tasche e/o sottili scanalature sulla superficie portante che ne aumentano la capacità portante [4]. Ad una maggiore capacità di carico non sempre corrisponde un aumento di rigidezza e l’ulteriore volume d’aria delle scanalature può ridurre il campo di funzionamento stabile del cuscinetto [5]. Per effetto di una variazione di carico il cuscinetto subisce una variazione di altezza del meato; è possibile aumentare la rigidezza del cuscinetto limitando la variazione di altezza di meato con diverse tecniche di compensazione mediante opportuni dispositivi di controllo.

I metodi di compensazione possono essere attivi e passivi [6]. I metodi attivi richiedono generalmente dispositivi elettronici come sensori, attuatori piezoelettrici e controller che assicurano una risposta precisa e rapida alle sollecitazioni esterne [7-8]. Il loro costo è relativamente alto e giustificabile per sistemi che richiedono più elevate prestazioni dinamiche. Metodi di compensazione attiva più economici possono essere realizzati ad esempio con mini elettrovalvole pneumatiche digitali controllate in PWM [9]. I metodi passivi utilizzano elementi aggiuntivi interni o esterni al cuscinetto che richiedono la stessa fonte di energia pneumatica del cuscinetto per realizzare la compensazione [10]. Sono di fatto sistemi di controllo interamente pneumatici, semplici da realizzare ed economici. Per la loro tipologia di funzionamento sono adatti a cuscinetti che non richiedono elevate prestazioni dinamiche.

Questo articolo è focalizzato sulle soluzioni di compensazione passiva realizzate presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale del Politecnico di Torino [11-16]. Vengono in particolare mostrate due soluzioni applicate a pattini pneumostatici commerciali. Sono presentati i sistemi di controllo e discussi i principali risultati sperimentali ottenuti.

 

 

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