ruch liniowy jest niezbędny do przenoszenia maszyn; transportuje narzędzia i produkty w sposób wydajny i kontrolowany. Mechanizmy generujące ruch liniowy są na ogół uszeregowane według ich prędkości osiowej i przyspieszenia, sił osiowych w stosunku do objętości strukturalnej, żywotności, sztywności i dokładności pozycjonowania.
dwa popularne systemy liniowe to Silniki liniowe i napędy śrubowe. Napędy zębate są często pomijane jako technologia poprzedniej generacji o ograniczonej dokładności pozycjonowania., Założenie to jest jednak nieważne.
precyzyjnie szlifowane powierzchnie montażowe o wąskich tolerancjach, odporne na ścieranie powierzchnie, indywidualnie pozbawione zębów zębatych i kompaktowe konstrukcje o małej masie zwiększają wydajność. W rzeczywistości Napędy zębate i zębate są korzystne w porównaniu z silnikami liniowymi, a także śrubami kulowymi z gwintem rolkowym lub uziemionym.
|
pobierz ten artykuł w .,Format PDF Ten typ pliku zawiera grafikę i schematy w wysokiej rozdzielczości, jeśli ma to zastosowanie. |
systemy zębatkowe nowej generacji oferują wysoką dynamikę i nieograniczoną odległość jazdy. Niektóre z nich obejmują Serwomechanizmy premium i siłowniki z luzem mniejszym niż 1 Arc-min., sprawność do 98,5% i znacznie bardziej kompaktowe rozmiary niż standardowe kombinacje serwomotorów. Niektóre wstępnie zmontowane zespoły zębate mogą pracować nawet do 10 µm, dla bezpieczeństwa i płynnego ruchu.,
typowe zastosowania zębatkowe obejmują maszyny bramowe, transportowe i pakujące, które przenoszą od kilku funtów do kilku ton. Zestawy zębatkowe nowej generacji są również stosowane w obróbce drewna, szybkim cięciu metali i maszynach montażowych.
geometria i szczegóły powierzchni
wydajność zębatki i zębnika poprawiła się wraz z ogólnym postępem technologicznym. Na przykład, najnowocześniejsza obróbka i szlifowanie mają znacznie zaawansowaną precyzję zębatki i zębnika.,
dokładniej, niektóre elementy regałów premium są trawione laserowo dla skumulowanego błędu skoku ±12 µm na długości 500 mm, co pozwala na Ręczny wybór dokładności celu. Jest to przydatne do równoległego dopasowywania elementów stelaża, do zastosowań bramowych z dwoma napędami. W rzeczywistości, ten poziom precyzji pozwala kilku rodzajom maszyn pracować bez zewnętrznych urządzeń sprzężenia zwrotnego; w przeciwieństwie do innych systemów liniowych wymagają drogich zewnętrznych urządzeń sprzężenia zwrotnego do komutacji i pozycjonowania.,
stojak spiralny o zoptymalizowanym kącie spirali jest preferowany do cichszej pracy z większymi prędkościami i większą nośnością ze względu na wyższy stosunek styku zęba. Błąd pojedynczego skoku między zębami spiralnymi może osiągnąć 3 µm. Zmiana profilu koła zębatego lub modyfikacja uzupełnienia zapobiega podcięciu; równoważy również naprężenia zginające, zwiększając nośność. Przekładnia śrubowa pracuje płynnie i cicho — co pomaga poprawić wykończenie powierzchni, na przykład podczas obróbki części o wąskiej tolerancji.
smarowanie jest kluczowe
zestawy zębatek i zębatek są najdłużej trwające przy prawidłowym smarowaniu., Odpowiednio nasmarowane zestawy są również najbardziej zdolne do osiągnięcia najwyższej prędkości znamionowej. W przypadku wielu systemów zębatych najczęstszą metodą jest automatyczny zestaw smarujący lub urządzenie do smarowania. Urządzenia te występują w różnych rozmiarach lub objętościach i są sterowane elektronicznie.
można wybrać różne ustawienia, aby kontrolować ilość smaru płynącego w czasie — w zależności od cyklu ruchu zębatki i zębnika. Naładowany kanister utrzymuje ciśnienie, gdy nie jest używany; zamknięcie przełącznika dwuprzewodowego aktywuje przepływ.,
smar przechodzi przez wąż do wydrążonego zębnika smarującego, filcowego koła zębatego z promieniowymi otworami, gdzie smar jest nakładany na zębnik lub zębnik przez otwory. W tym przypadku konstrukcja określa, która połowa zestawu jest aktywnie smarowana: na przykład smarowanie regału do aplikacji z dużą prędkością może zapobiec wyrzucaniu smaru.
w każdym przypadku odpowiednia ilość smaru wymaganego do aplikacji może być nakładana automatycznie i dokładnie, przy niewielkiej konserwacji.
integracja zębatki i koła zębatego
opcje montażu są bogate w zestawy zębatek i kół zębatych., Niektóre regały wykorzystują specjalne powierzchnie montażowe, aby zapewnić dokładność, podczas gdy inne zapewniają odpowiednią wydajność nawet przy podstawowej instalacji. W przeciwieństwie do silników liniowych z napędem bezpośrednim, zestawy zębatkowe umożliwiają regulację wielkości zębnika, przełożeń i tłumienia w celu stabilizacji sterowania w pętli zamkniętej.
są pułapki: umieszczenie zębnika i zębatki zbyt daleko od siebie powoduje luz, co pogarsza precyzję., Nieprawidłowy lub nieprawidłowy montaż może również uszkodzić łożyska skrzyni biegów-powodując większe pobory prądu silnika, hałas, a nawet awarię. Aby uzyskać najlepsze osiągi, koło zębate powinno być odpowiednio oddalone od Zębatki, zamontowane na płaskiej powierzchni i prostopadłe do przekładni w zakresie około 25 µm do wielu zastosowań.
postęp w przekładniach zębatych i spadek cen serwotechnologii oznacza, że zwykle Serwomotory są sparowane z systemami zębatkowymi i zębatkowymi. Silniki krokowe są realną opcją, ale Serwomotory są preferowane ze względu na ich precyzję.,
Wstępne ładowanie
czasami zestawy zębatkowe są wstępnie ładowane, aby wyeliminować luzy i zwiększyć sztywność. Tutaj, dwa koła zębate biegną na tym samym stojaku. Zębnik główny napędza mechanizm jak w zwykłej konfiguracji; tymczasem zębnik niewolniczy może generować moment obrotowy, aby przyłożyć siłę przeciwną do zębów, które angażuje. W ten sposób bezwładność i opór zapobiegają luzom, nawet podczas zmiany obciążenia; zwiększa się również sztywność systemu i zwiększa dynamikę sterowania.
Jeśli komponenty są wybrane prawidłowo, nie ma znaczących wad wstępnego ładowania systemu zębatkowego., Z drugiej strony mechaniczne wstępne ładowanie może faktycznie zmniejszyć ogólną sztywność maszyny. Na przykład, sprężynowy dzielony zębnik obniżyłby sztywność systemu:
zauważ, że w przeciwieństwie do bardziej wyrafinowanego elektronicznego wstępnego ładowania, te tradycyjne zębniki wstępnego ładowania nie mogą ze sobą współpracować; jedno zawsze sprzeciwia się drugiemu, co nieznacznie zmniejsza wydajność.
w bardziej zaawansowanych zestawach zębatkowych, wstępne obciążenie elektroniczne jest utrzymywane do maksimum, gdy system jest nieruchomy., Zębniki master i slave-oba napędzane aktywnie-naciskają na zęby zębate skierowane w przeciwnych kierunkach. Następnie, gdy maszyna przyspiesza, zębnik główny napędza maszynę do przodu, podczas gdy zębnik podrzędny łagodzi napięcie wstępne siły przeciwnej. Gdy system zwalnia do stałej prędkości, zębnik slave styka się z flanką zęba, równoważną z tą zaangażowaną przez zębnik główny; następnie dwa zębniki jeżdżą w tym samym kierunku, jednocześnie zapobiegając luzom.,
wreszcie, gdy system zwalnia, zębnik slave powraca do przyłożenia siły na przeciwległy bok zęba, aby spowolnić obciążenie.
śruby zębate w porównaniu do śrub kulowych
śruby kulowe nie mogą przyspieszać jak zestawy zębate; nie mogą też utrzymywać tych samych prędkości. Ich sztywność jest niższa i mniej stała.
zestawy zębate mają mniejszy moment bezwładności masy oraz wyższą częstotliwość naturalną i sprawność w stosunku do śrub kulowych. Jest mniej komponentów, aby zaoszczędzić czas podczas instalacji., Ponadto długość jest nieograniczona: inżynier może je uruchomić tak daleko, jak pozwala przestrzeń fabryczna, a jedynym dodatkowym kosztem jest dodanie dodatkowych sztuk stojaka.
Śruby Kulkowe mogą powodować znaczące błędy kumulacyjne w całkowitej długości podróży. Na przykład odchylenie ponad czterech metrów Skoku w przypadku napędu śrubowego walcowanego może wahać się od 300 do 1700 µm. Równomierne odchylenie gwintu kulowego na ponad cztery metry waha się między 30 a 110 µm. W przypadku dwóch sparowanych systemów zębatych, łączny błąd dla tej samej długości skoku wynosi tylko 12 do 40 µm., Dzięki temu zestawy zębatkowe nadają się nawet do napędów bramowych.
w przypadku zastosowań o długim skoku śruby kulowe mają wysokie momenty bezwładności masy, które ograniczają prędkość krytyczną i nośność osiową; nawet wstępnie obciążona wydajność śruby kulowej osiąga około 90%. W zastosowaniach o długim skoku zastosowanie ma przełącznik na zestawy zębatkowe — sprawność do 97%.
przylegające części, takie jak łożyska, wpływają na sztywność śrub kulowych, otwory w oprawie lub oprawy nakrętek, co utrudnia Stabilne zachowanie systemu w Warunkach dynamiki., Odchylenie sztywności wrzeciona w zależności od położenia nakrętki na długości wrzeciona powoduje ten problem.
natomiast Napędy zębate oferują stałą sztywność na całej długości jazdy oraz dobre zachowanie systemu – zapewniające doskonałe zachowanie systemu sterowania. Wreszcie, w przeciwieństwie do systemów zębatych, śruby kulowe umożliwiają tylko jeden nośnik na oś liniową i nie nadają się do zastosowań o krótkim skoku. Dlaczego? Zapotrzebowanie na smarowanie dyktuje, że tylko niektóre kulki krążą przez nakrętkę.,
zębatka i zębnik w porównaniu z silnikiem liniowym
w porównaniu z silnikami liniowymi, systemy zębatek i zębników mogą oferować podobną wydajność, ale przy znacznie niższych kosztach. Są one mniejsze, co pozwala na bardziej kompaktową, mniej złożoną konstrukcję maszyny. Brak sił magnetycznych znacznie zmniejsza potrzebę konstrukcji wsporczych do pochłaniania dużych sił normalnych, więc można stosować standardowe szyny prowadzące. Silniki liniowe mają ogólną sprawność do 90% – choć czasami jest znacznie niższa. Z powodu tej nieodłącznej nieefektywności Silniki liniowe często wymagają chłodzenia wodą.,
dla porównania zębatki i koła zębate nie wymagają osłony; system prowadzenia może być narażony na działanie cząstek metalicznych, a ograniczenia bezpieczeństwa są minimalne. Lepsze zestawy zębatkowe nie wymagają drogich liniowych wag i zewnętrznych hamulców; wystarczą standardowe urządzenia sprzężenia zwrotnego silnika i hamulce.
w wielu przypadkach Silniki liniowe wymagają kompletnego przeprojektowania maszyny — częściowo dlatego, że ogromne normalne siły przyciągania między pierwotnym i wtórnym mają daleko idące konsekwencje., Łatwiejsza opcja, gotowe do montażu systemy zębate i zębate ułatwiają montaż niewidomych dla dodatkowych oszczędności kosztów — i skracają czas montażu do około 10 minut na metr długości przejazdu.
aby uzyskać więcej informacji, zadzwoń (888) 534-1222 lub odwiedź wittenstein-us.com. Wittenstein oferuje również bezpłatne webinaria szkoleniowe. Na stronie kliknij wsparcie techniczne, a następnie Seminaria internetowe, aby się zarejestrować.
Sidebar szybka lekcja historii
mechaniczne urządzenia ruchu liniowego — na których oparte są zestawy zębatkowe-sięgają czasów wynalezienia koła w starożytnej Mezopotamii., Około roku 1100 p. n. e.Asyryjczycy zaczęli używać ruchomych platform z drewna, aby uczynić ruchome obiekty bardziej praktycznymi. Po ciemnych wiekach, podczas rewolucji naukowej 1600 roku, zasady i praktyki starożytnych światów-jak te z Asyrii i jej systemów ruchu liniowego-zostały Stuformowane i czasami przyjęte. Ta faza doprowadziła do rewolucji przemysłowej w 1700 i 1800 roku, podczas której pierwsze, najbardziej podstawowe urządzenia zębate stały się widoczne.
jedną z głównych aplikacji, która pobudziła innowacje w zębatkach i zębatkach, był tranzyt kolejowy., Dokładniej, w 1800 roku, zębate Koleje zostały wprowadzone do użytku w Stanach Zjednoczonych i bardziej strome krajobrazy Europy. Koleje te wykorzystują samochody wyposażone w napędzane zębniki, które angażują Zębatki zębate zainstalowane między torami kolejowymi. Jest to mechanizm przenoszenia mocy, który jest szczególnie przydatny w zastosowaniach wspinaczkowych. Pierwszą koleją zębatą na świecie — wciąż funkcjonującą – jest Mount Washington Railway w New Hampshire, uruchomiona po raz pierwszy w 1868 roku. Kolej zębata Vitznau-Rigi-Bahn w Szwajcarii została otwarta kilka lat później.,
dziś nowoczesne materiały, obróbka i zoptymalizowana produkcja sprawiają, że najnowsze zestawy zębatkowe działają równie dobrze i często lepiej niż elektromechaniczne i inne komponenty liniowe w niezliczonej liczbie wymagających zastosowań przemysłowych.