lineær bevægelse er uundværlig for bevægelige maskiner; det transporterer værktøjer og produkter effektivt og kontrollerbart. Mekanismerne, der genererer lineær bevægelse, rangeres generelt efter deres aksiale hastighed og acceleration, aksiale kræfter versus strukturelt volumen, liv, stivhed og positioneringsnøjagtighed.
to almindelige lineære systemer er lineære motorer og kugleskruedrev. Rack-and-pinion-drev overses ofte som tidligere generationsteknologi med begrænset positioneringsnøjagtighed., Denne antagelse er dog ugyldig.
Præcisionsslebet monteringsoverflader til stramme tolerancer, slidbestandige overfladebehandlinger, individuelt afbøjede tandhjul og kompakte design med lav masse øger ydeevnen. Faktisk, rack-and-pinion-drev sammenligner sig positivt med lineære motorer såvel som rulle-eller jordtrådskruer.
|
Download denne artikel i .,PDF-format Denne filtype indeholder grafik og skemaer i høj opløsning, når det er relevant. |
nye generations rack-and-pinion-systemer tilbyder høj dynamisk ydeevne og ubegrænset rejseafstand. Nogle inkluderer premium servogears og aktuatorer med tilbageslag mindre end 1 bue-min., effektivitet til 98,5%, og langt mere kompakte størrelser end standard servomotor-gear kombinationer. Nogle forudmonterede gear-pinion enheder kan endda køre tro mod 10 µm, for sikkerhed og jævn bevægelse.,
typiske rack-and-pinion applikationer omfatter gantry, transport og pakkemaskiner, der bærer fra et par pund op til flere tons. Næste generation af rack-and-pinion sæt bruges også i træbearbejdning, højhastigheds – metalskæring og monteringsmaskiner.
geometri og overflade detaljer
Rack-and-pinion ydeevne er forbedret med generelle teknologiske fremskridt. For eksempel, state-of-the-art bearbejdning og slibning har meget avanceret rack-and-pinion præcision.,
Mere specifikt, nogle premium-rack stykker er laser ætset for kumulative pitch fejl ±12 µm over en 500 mm længde, som giver en hånd udvælgelse af mål nøjagtighed. Dette er nyttigt for at matche rack stykker i parallel, for Dual-drive gantry applikationer. Faktisk tillader dette præcisionsniveau flere slags maskiner at køre uden eksterne feedback-enheder; i modsætning hertil kræver andre lineære systemer dyre eksterne feedback-enheder til kommutation og positionering.,
et spiralformet rack med en optimeret spiralvinkel foretrækkes til mere støjsvag kørsel ved højere hastigheder og en højere bæreevne på grund af det højere tandkontaktforhold. Single-pitch fejl mellem spiralformede tænder kan nå 3 µm. En tandhjulsprofilskift eller addendum modifikation forhindrer underskæring; det balancerer også bøjningsspændinger for højere belastningskapacitet. Spiralformet gearing går i indgreb jævnt og roligt — hvilket hjælper med at forbedre overfladefinishen, for eksempel ved bearbejdning af tæt tolerance dele.
smøring er nøglen
tandhjulssæt holder længst, når de smøres korrekt., Passende smurt sæt er også mest i stand til at nå højeste nominelle hastighed. For mange rack-og tandhjulssystemer er den mest almindelige metode et automatisk smøresæt eller smøreapparat. Disse enheder kommer i forskellige størrelser eller mængder, og styres elektronisk.
forskellige indstillinger kan vælges til at styre mængden af fedt, der strømmer over tid — afhængigt af bevægelsescyklussen for stativet og tandhjulet. En ladet beholder opretholder tryk, når den ikke er i brug; lukning af en to-leder s .itch aktiverer Flo..,
fedtet bevæger sig gennem en slange ind i en hul smøring tandhjul, en filt gear med radiale huller, hvor fedtet påføres enten rack eller tandhjulet gennem hullerne. Her bestemmer designet, hvilken halvdel af sættet der er aktivt smurt: for eksempel kan smøring af stativet til en højhastighedsapplikation forhindre fedt i at blive kastet væk.
under alle omstændigheder kan den korrekte mængde fedt, der kræves til applikationen, påføres automatisk og nøjagtigt for lidt vedligeholdelse.
rack-and-pinion integration
monteringsmuligheder bugne for rack-and-pinion sæt., Nogle stativer bruger specielle monteringsflader for at sikre nøjagtighed, mens andre leverer passende ydelse, selv ved grundlæggende installation. Designets iboende fleksibilitet kan udnyttes til bedre kontrol: i modsætning til lineære motorer med direkte kørsel tillader rack-og tandhjulssæt justeringer i tandhjulsstørrelse, gearforhold og dæmpning-for at stabilisere kontrol med lukket kredsløb.
Der er faldgruber: at sætte tandhjulet og tandstængerne for langt fra hinanden forårsager tilbageslag, hvilket forringer præcisionen., Kompromitteret eller forkert justeret montering kan også beskadige gearkasselejer — hvilket forårsager højere motorstrømstrækninger, støj og endda fiasko. For at opnå den bedste ydelse skal en tandhjul være korrekt distanceret fra stativet, monteret på en plan overflade og vinkelret på gearkassen til inden for omkring 25 µm til mange applikationer.
fremskridt inden for gearing af tandhjul og faldet i priserne på servoteknologi betyder, at servomotorer normalt er parret med tandhjulssystemer og tandhjulssystemer. Stepper motorer er en farbar vej, men servomotorer foretrækkes for deres præcision.,
forbelastning
Nogle gange er rack-and-pinion sæt forudindlæst for at fjerne tilbageslag og øge stivheden. Her løber to tandhjul på samme rack. En masterhjul driver mekanismen som i en sædvanlig opsætning; i mellemtiden kan en slavehjul generere drejningsmoment for at anvende en modsat kraft på tænderne, som den går i indgreb med. På denne måde forhindrer inerti og modstand tilbageslag, selv under belastningsændringer; systemstivhed øges også og øger kontroldynamikken.
hvis komponenterne er valgt korrekt, er der ingen væsentlige ulemper ved Forudindlæsning af et rack-and-pinion-system., På den anden side kan mekanisk forbelastning faktisk reducere den samlede maskinstivhed. For eksempel, en fjederbelastet split pinion ville sænke system stivhed:
Bemærk, at i modsætning til mere avancerede elektroniske forhåndsindlæsning af disse traditionelle forhåndsindlæsning af drev kan ikke arbejde sammen; man altid imod andre, som lidt reducerer effektiviteten.
i mere sofistikerede rack-and-pinion-sæt holdes elektronisk forspænding maksimalt, mens systemet stadig er., Master og slave tandhjul – begge aktivt drevne-skubbe på rack tænder vender i modsatte retninger. Så når maskinen accelererer, master tandhjulet driver maskinen fremad, mens slave tandhjulet Letter off modsatrettede kraft preload. Når systemet bremser til en konstant hastighed, kommer slavehjulet i kontakt med tandflanken svarende til den, der er aktiveret af masterhjulet; derefter kører de to tandhjul i samme retning, mens de stadig forhindrer tilbageslag.,
endelig, når systemet decelererer, vender slavehjulet tilbage til at anvende kraft på den modsatte tandflanke for at hjælpe med at bremse belastningen.
rack-and-pinion versus boldskruer
Boldskruer kan ikke accelerere som rack-and-pinion sæt; de kan heller ikke opretholde de samme hastigheder. Deres stivhed er lavere og mindre konstant.rack-and-pinion sæt har lavere masse inertimoment og højere naturlig frekvens og effektivitet over kugleskruer. Der er færre komponenter for at spare tid under installationen., Længden er også Ubegrænset: en ingeniør kan køre disse så langt som fabrikspladsen tillader det, og den eneste ekstra omkostning er bare at tilføje yderligere stykker rack.
Boldskruer kan løbe op betydelige kumulative fejl over den samlede rejse længde. For eksempel kan afvigelse over fire meters kørsel for et rullet skruetræk variere mellem 300 og 1.700 µm. Selv jord-gevind kugleskrue afvigelse over fire meter i området mellem 30 og 110 um. Med to parrede rack-and-pinion-systemer er kumulativ fejl for den samme kørelængde kun 12 til 40 µm., Dette gør rack-and-pinion sæt egnet til selv gantry drev.
til applikationer med lange rejselængder har kugleskruer inertimomenter med høj masse, der begrænser kritisk hastighed og aksial belastningskapacitet; selv forudindlæst kugleskrueeffektivitet når kun 90% eller deromkring. Sådanne lang-takts applikationer drage fordel af en s .itch til rack-and-pinion sæt — med effektivitet til 97%.tilstødende dele såsom lejer påvirker kugleskruestivhed, husboringer eller møtrikhuse, hvilket gør det vanskeligt at sikre stabil systemadfærd under dynamik., Afvigelse af spindelstivhed afhængig af møtrik position over spindel længde forbindelser dette problem.
i modsætning hertil tilbyder rack-and-pinion — drev konstant stivhed over den komplette rejselængde plus god systemadfærd-for overlegen kontrolsystemadfærd. Endelig, i modsætning til rack-and-pinion-systemer, tillader kugleskruer kun en bærer pr. Hvorfor? Smøring efterspørgsel dikterer, at kun nogle bolde cirkulerer gennem møtrikken.,
Rack-and-pinion versus lineær motor
sammenlignet med lineære motorer kan rack-og tandhjulssystemer tilbyde lignende ydelse, men til langt mindre omkostninger. De er mindre, hvilket giver et mere kompakt, mindre komplekst maskindesign. Fraværet af magnetiske kræfter reducerer kraftigt behovet for støttestrukturer til at absorbere høje normale kræfter, så standard styreskinner kan bruges. Lineære motorer har samlet effektivitet til 90% – men nogle gange er det betydeligt lavere. På grund af denne iboende ineffektivitet kræver lineære motorer ofte vandkøling.,
til sammenligning behøver rack og tandhjul ingen dækning; styresystemet kan udsættes for metalliske partikler, og sikkerhedsrestriktionerne er minimale. Bedre rack-and-pinion sæt kræver heller ikke dyre lineære vægte og eksterne bremser; standard motor feedback enheder og bremser er nok.
i mange tilfælde kræver lineære motorer komplet maskindesign — delvis fordi enorme normale kræfter fra tiltrækningen mellem det primære og sekundære har vidtrækkende konsekvenser., En lettere mulighed, klar-til-mount rack-and-pinion-systemer letter blindmontering for ekstra omkostningsbesparelser-og skær monteringstiden til cirka 10 minutter pr.
For mere information, ring (888) 534-1222 eller besøg wittenstein-us.com. Wittenstein tilbyder også gratis uddannelse webinars. På hjemmesiden skal du klikke på teknisk Support og derefter Weebinarer for at tilmelde dig.
sidebjælke hurtig historielektion
mekaniske lineære bevægelsesenheder — hvorpå rack-og-pinion — sæt er baseret-går tilbage til opfindelsen af hjulet i det gamle Mesopotamien., Omkring 1100 f. kr. begyndte assyrerne at bruge rullende logplatforme for at gøre bevægelige genstande mere praktiske. Efter den Mørke Middelalder, under den Videnskabelige Revolution i 1600-tallet, regler og praksis for de gamle verdener — som dem, Assyrien og dens lineære bevægelse systemer — var studied og nogle gange vedtaget. Denne fase førte vejen til den industrielle Revolution i 1700-og 1800-tallet, hvor de første, mest basale rack-and-pinion-enheder blev fremtrædende.
et vigtigt program, der ansporede rack og pinion innovation var jernbanetransport., Mere specifikt blev cogged Rail .ays i 1800-tallet taget i brug i USA og Europas stejlere Landskaber. Disse jernbaner gør brug af biler udstyret med drevne tandhjul, der går i indgreb med et tandstativ installeret mellem en jernbanes spor. Det er en kraftoverføringsmekanisme, der er særlig nyttig til klatring applikationer. Den første tandhjulsbane i verden-stadig i drift-er Mount .ashington Rail .ay, ne.Hampshire, der først blev opereret i 1868. En anden tandhjulsbane, Vit .nau-Rigi-Bahn i Sch .ei.åbnede et par år senere.,
i Dag, moderne materialer, behandlinger og optimeret produktion gør det seneste rack-and-pinion sæt klare sig lige så godt og ofte bedre end elektromekaniske og andre lineære komponenter i et utal af krævende industrielle applikationer.