Lineær bevegelse er uunnværlig for å flytte maskiner; det transporter verktøy og produkter effektivt og controllably. Mekanismene som genererer lineær bevegelse er generelt rangert etter deres aksiell hastighet og akselerasjon, aksiale krefter mot strukturelle volum, liv, stivhet, og posisjoneringsnøyaktighet.
To vanlige lineære systemer er lineære motorer og ballscrew stasjoner. Rack og pinion stasjoner er ofte oversett som tidligere generasjons teknologi med begrenset posisjoneringsnøyaktighet., Men denne forutsetningen er ugyldig.
Presisjon bakken montering underlag til små toleranser, slitasje-motstandsdyktig overflate behandlinger, individuelt deburred utstyr tenner, og kompakt, lav masse og design er å øke ytelsen. Faktisk, rack og pinion stasjoner sammenligne seg til lineære motorer samt berg eller jord-tråden ballscrews.
|
Last ned denne artikkelen i .,PDF-format Denne filtypen inneholder grafikk med høy oppløsning og skjemaer når det er aktuelt. |
Ny generasjon rack og pinion systemer tilbyr høy dynamisk ytelse og ubegrenset reiseavstand. Noen inkluderer premium servogears og aktuatorer med tilbakeslag mindre enn 1 arc-min., effektivitet og 98.5%, og langt mer kompakte størrelser enn standard servomotor-utstyr kombinasjoner. Noen monterte utstyret-pinion enheter kan til og med løpe sann til 10 µm for sikkerhet og jevn bevegelse.,
Typisk rack og pinion programmer inkluderer gantry, transport, emballasje og maskiner som har fra et par pounds opp til flere tonn. Neste-generasjon rack og pinion sett er også brukt i trearbeid, high-speed metal cutting, og montering av maskiner.
Geometri og overflaten detaljer
Rack og pinion ytelsen er forbedret med generelle teknologiske fremskritt. For eksempel, state-of-the-art maskinering og sliping har sterkt avanserte rack og pinion presisjon.,
Mer spesifikt, enkelte premium rack stykker er laser-etset for kumulative pitch feil ±12 µm over en 500 mm lengde, som gir mulighet for hånd valg av mål nøyaktighet. Dette er nyttig for å matche rack stykker i parallell, for dobbel-disk gantry programmer. Faktisk, at nivå av presisjon gjør at flere typer av maskiner for å kjøre uten eksterne tilbakemeldinger enheter; i motsetning til andre lineære systemer krever dyre eksterne tilbakemeldinger enheter for commutation og lokalisering.,
En spiralformet stativet med en optimalisert helix vinkel er å foretrekke for roligere kjører i høyere hastigheter og en høyere bæreevne på grunn av høyere tann kontakt forhold. Single-pitch feil mellom spiralformet tenner kan nå 3 µm. En pinion profil skift eller addendum endring hindrer undergrave; det balanserer også bøyestyrke, for høyere belastning. Helical gearing engasjerer seg jevnt og rolig — som bidrar til å forbedre overflate, for eksempel, når maskinering tight-toleranse deler.
Smøring er nøkkelen
Rack og pinion sett siste lengste når det er riktig smurt., Riktig smurt sett er også de fleste i stand til å oppnå høyest rangerte hastighet. For mange rack og pinion systemer, den mest vanlige metoden er en automatisk smøring kit eller smøring av enheten. Disse enhetene kommer i ulike størrelser eller volumer, og styres elektronisk.
andre innstillinger kan velges for å kontrollere mengden fett som flyter over tid, avhengig av bevegelse syklus av rack og pinion. En ladede beholderen opprettholder trykket når den ikke er i bruk; lukking av en to-wire-bryteren aktiveres flyt.,
fett reiser gjennom en slange inn i en hule smøring pinion, en følte utstyr med radial hull hvor fett blir brukt enten i brett eller pinion gjennom hullene. Her, design bestemmer hvilke halvdel av settet er aktivt smurt: For eksempel, smøring av rack for en high-speed programmet kan hindre at fett fra å bli kastet bort.
I alle fall, riktig mengde fett er nødvendig for at søknaden kan bli lagt inn automatisk og nøyaktig, og for lite vedlikehold.
Rack og pinion integrering
Montering florerer i rack og pinion sett., Noen stativer bruke spesielle montering overflater for å sikre nøyaktighet, mens andre leverer egnet ytelse selv med grunnleggende installasjon. Design er iboende fleksibilitet kan utnyttes for bedre kontroll: i Motsetning til direkte-kjøring lineære motorer, rack og pinion sett tillater justeringer i pinion størrelse, girforhold, og demping for å stabilisere closed-loop kontroll.
Det finnes fallgruver: Sette pinion og rack tenner for langt fra hverandre fører til tilbakefall, noe som forringer presisjon., Kompromittert eller forskjøvet montering kan også skade girkassen kulelager — gir høyere motor gjeldende tjenester som trekker, støy, og til og med feil. For best ytelse, en pinion bør være riktig distansert fra stativet monteres på en flat overflate og vinkelrett på girkassen til innenfor ca 25 µm for mange bruksområder.
Fremskritt i rack og pinion gearing og nedgangen i servotechnology priser betyr at vanligvis, servomotors er koblet sammen med rack og pinion systemer. Stepper motorer er et levedyktig alternativ, men servomotors er foretrukket for sin presisjon.,
Forhåndslaste
noen Ganger, rack og pinion sett er forhåndsinstallert å eliminere tilbakeslag og økt stivhet. Her er to pinions kjøre på samme stativ. En master pinion stasjoner mekanismen som i et vanlig oppsett, i mellomtiden, en slave pinion kan generere et dreiemoment å bruke en opposing force til tennene at det engasjerer. På denne måten, treghet og motstand hindre tilbakefall, selv under legg endringer; system stivhet også øker, og øker kontroll dynamics.
Hvis komponenter er valgt på riktig måte, det er ingen vesentlige ulemper med å forhåndslaste en rack og pinion system., På den annen side, mekanisk forhåndslaste kan faktisk redusere den samlede maskinen stivhet. For eksempel, en fjærbelastet delt pinion ville senke system stivhet:
Merk at i motsetning til mer avanserte elektroniske forhåndslaste, disse tradisjonelle forhåndslaste pinions ikke kan arbeide sammen; man alltid mot den andre, som litt reduserer effektiviteten.
I mer avanserte rack og pinion sett, elektronisk preload er holdt til maksimal mens systemet er i ro., Master og slave pinions — både aktivt drevet — trykk på stativet tenner vendt i motsatt retning. Så når maskinen akselererer, master pinion stasjoner maskinen fremover, mens slave pinion letter av opposing force preload. Når systemet bremser til en jevn hastighet, slave pinion kommer til å ta kontakt tann flanke tilsvarer en engasjert av master pinion, da de to pinions kjøre i samme retning, samtidig som du forhindrer tilbakeslag.,
til Slutt, når systemet decelerates, slave pinion går tilbake til å anvende makt på den motsatte tann flanke, å bidra til å redusere belastningen.
Rack og pinion versus ballscrews
Ballscrews ikke kan akselerere som rack og pinion sett, heller ikke kan de opprettholde samme hastighet. Deres stivhet er lavere og mindre konstant.
Rack og pinion sett har lavere masse treghetsmoment og høyere naturlige frekvens og effektivitet over ballscrews. Det er færre komponenter for å spare tid under installasjonen., Også, lengden er ubegrenset: En ingeniør kan kjøre disse så langt som fabrikken plass vil tillate, og den eneste ekstra kostnaden er bare det at å legge til ekstra brikker av brettet.
Ballscrews kan kjøre opp betydelig kumulative feil over total reise lengde. For eksempel, avvik over fire meter av reiser for en rullet skruen som harddisken kan variere mellom 300 og 1,700 µm. Selv bakken-tråden ballscrew avvik over fire meter varierer mellom 30 og 110 µm. Med to sammenkoblede rack og pinion systemer, kumulative feil for samme reise lengde er bare 12 til 40 µm., Dette gjør rack og pinion sett egnet for selv gantry-stasjoner.
For applikasjoner med lang reise lengder, ballscrews har høy masse øyeblikk av treghet som begrenser kritisk hastighet og aksial belastning, også forhåndslastet ballscrew effektivitet bare når 90% eller så. Slike lange-takts programmer dra nytte av en bryter for å rack og pinion sett — med effektiviteten til 97%.
Tilstøtende deler som lager innflytelse ballscrew stivhet, bolig hullene, eller mutter hus, noe som gjør det vanskelig å sikre stabil systemets oppførsel under dynamics., Avvik av spindel stivhet avhengig mutter posisjon over spindel lengde forbindelser dette problemet.
I motsetning til rack og pinion stasjonene har konstant stivhet over hel lengde pluss god systemets oppførsel — for overlegen kontroll system atferd. Til slutt, i motsetning til rack og pinion systemer, ballscrews tillater bare ett flyselskap per lineære akser og er ikke egnet for korte-takts programmer. Hvorfor? Smøring etterspørsel tilsier at bare noen baller sirkulere gjennom mutteren.,
Rack og pinion versus lineær motor
i Forhold til lineære motorer, rack og pinion systemer som kan tilby tilsvarende ytelse, men i langt mindre kostnader. De er mindre, slik at en mer kompakt, mindre kompleks maskin design. Fravær av magnetiske krefter vesentlig reduserer behovet for støtte strukturer til å absorbere høy normal krefter, slik standard styreskinnene kan brukes. Lineære motorer har den samlede effektiviteten til 90% — selv om noen ganger er det betydelig lavere. På grunn av denne iboende ineffektivitet, lineære motorer ofte trenger vann for avkjøling.,
I sammenligningen, rack og pinions trenger ikke dekke; veiledning systemet kan bli utsatt for metalliske partikler, sikkerhet og restriksjoner er minimal. Bedre rack og pinion sett ikke krever dyre lineære skalaer og eksterne bremser, heller, standard motor tilbakemeldinger enheter og bremser er nok.
I mange tilfeller, lineære motorer krever komplett maskin redesign, dels fordi store normal styrker fra tiltrekningen mellom primære og sekundære ha vidtrekkende konsekvenser., Et enklere alternativ, ready-to-mount rack og pinion systemer lette blind montering for ytterligere kostnadsbesparelser — og klipp montering tid til omtrent 10 minutter per meter reise lengde.
For mer informasjon, ring (888) 534-1222 eller besøk wittenstein-us.com. Wittenstein tilbyr også gratis trening webseminar. På websiden, klikk på Teknisk Support og deretter Webinarer å registrere deg.
Sidebar Rask historie leksjon
Mekaniske lineære bevegelse enheter — på hvilket rack og pinion sett er basert dato tilbake til oppfinnelsen av hjulet i det gamle Mesopotamia., Ca 1100 F.KR., Assyrerne begynte å bruke rulle logg-plattformer for å lage objekter som beveger seg mer praktisk. Etter den Mørke Middelalderen, under den Vitenskapelige Revolusjon på 1600-tallet, regler og praksis av den gamle verdener, som de i Assyria og sin lineær bevegelse systemer — var studied og noen ganger fattet. Denne fasen førte veien til den Industrielle Revolusjon på 1700-og 1800-tallet, hvor den første og mest grunnleggende rack og pinion enhetene kom til prominens.
En stor program som ansporet rack og pinion innovasjon var rail transit., Mer spesifikt, på 1800-tallet, cogged jernbane ble tatt i bruk i Usa og Europa er brattere landskap. Disse jernbane gjøre bruk av biler utstyrt med powered pinions som engasjerer en tannet rack montert mellom jernbanen sporene. Det er en makt-overføring mekanisme som er særlig nyttig for klatring programmer. Den første cog-jernbanen i verden som fortsatt er i drift — er Mount Washington Jernbane, New Hampshire, første opererte i 1868. En annen cog-jernbanen, den Vitznau-Rigi-Bahn i Sveits, åpnet for et par år senere.,
i Dag, moderne materiale, behandlinger, og som er optimalisert produksjon gjøre de siste rack og pinion setter utføre like bra og ofte bedre enn elektromekaniske og andre lineære komponenter i et mylder av krevende industrielle applikasjoner.