Linear motion is indispensable to moving machines; it transports tools and products eficientemente and controllably. Os mecanismos que geram movimento linear são geralmente classificados por sua velocidade e aceleração axial, forças axiais versus volume estrutural, vida, rigidez e precisão de posicionamento.dois sistemas lineares comuns são motores lineares e acionadores de saca-rolhas. As unidades Rack-and-pinion são muitas vezes negligenciadas como tecnologia de geração passada com precisão de posicionamento limitada., No entanto, esta suposição é inválida.superfícies de montagem de precisão no solo até tolerâncias apertadas, tratamentos de superfície resistentes ao desgaste, dentes de engrenagens deburred individualmente, e desenhos compactos de baixa massa estão aumentando o desempenho. Na verdade, as unidades rack-and-pinion se comparam favoravelmente aos motores lineares, bem como roller ou roscas de esferas.
|
Baixe este artigo em .,PDF format This file type includes high resolution graphics and schematics when applicable. |
sistemas rack-and-pinion de nova geração oferecem alto desempenho dinâmico e uma distância de viagem ilimitada. Alguns incluem servogears premium e atuadores com backlash inferior a 1 arc-min., eficiência para 98,5%, e tamanhos muito mais compactos do que as combinações padrão de servomotor-gear. Algumas unidades pré-montadas de gear-pinhion podem até correr de 10 µm, por segurança e movimento suave.,
As aplicações típicas de rack-and-pinhion incluem guindastes, transporte e máquinas de embalagem que carregam de alguns quilos até várias toneladas. Os conjuntos rack-and-pinion da próxima geração também são usados em máquinas para trabalhar madeira, corte de metal de alta velocidade e montagem.
geometria e detalhes da superfície
Rack-and-pinion desempenho melhorou com os avanços tecnológicos gerais. Por exemplo, usinagem e moagem de última geração têm uma precisão muito avançada de rack-and-pinion.,mais especificamente, algumas peças Premium rack são gravadas a laser para erro cumulativo de passo ±12 µm sobre um comprimento de 500 mm, o que permite a seleção manual da precisão do alvo. Isto é útil para combinar peças rack em paralelo, para aplicações de guindaste dual-drive. De fato, esse nível de precisão permite que vários tipos de máquinas funcionem sem dispositivos de feedback externos; em contraste, outros sistemas lineares requerem dispositivos de feedback externos caros para comutação e posicionamento.,
um rack helicoidal com um ângulo de hélice otimizado é preferido para o mais silencioso correr a velocidades mais altas e uma maior capacidade de carga devido à maior razão de contato com os dentes. Erro de passo único entre os dentes helicoidais pode atingir 3 µm. Um deslocamento do perfil de pinião ou modificação de adenda impede a subcotação; ele também equilibra tensões de flexão, para maior capacidade de carga. A engrenagem helicoidal envolve — se suavemente e silenciosamente-o que ajuda a melhorar o acabamento da superfície, por exemplo, ao maquinar peças de tolerância apertada.
lubrificação é chave
Rack-and-pinion conjuntos duram mais tempo quando devidamente lubrificados., Os conjuntos adequadamente lubrificados também são mais capazes de atingir a velocidade nominal mais elevada. Para muitos sistemas de rack e pinion,o método mais comum é um kit de lubrificação automática ou dispositivo de lubrificação. Estes dispositivos vêm em vários tamanhos ou volumes, e são controlados eletronicamente.
diferentes configurações podem ser selecionadas para controlar a quantidade de gordura que flui ao longo do tempo — dependendo do ciclo de movimento do rack e pinhão. Um cilindro carregado mantém a pressão quando não está em uso; fechar um interruptor de dois fios ativa o fluxo.,a gordura desloca-se através de uma mangueira para um pino oleoso oco, um aparelho de feltro com orifícios radiais em que a gordura é aplicada quer à rack quer ao pino através dos orifícios. Aqui, o design determina qual a metade do conjunto é ativamente lubrificado: por exemplo, lubrificar o rack para uma aplicação de alta velocidade pode evitar que a gordura seja atirada para longe.
em qualquer caso, a quantidade correta de gordura necessária para a aplicação pode ser aplicada de forma automática e precisa, para pouca manutenção.
integração Rack-and-pinion
opções de montagem abundam para conjuntos rack-and-pinion., Algumas prateleiras usam superfícies de montagem especiais para garantir a precisão, enquanto outras oferecem desempenho adequado, mesmo com a instalação básica. A flexibilidade inerente do projeto pode ser alavancada para um melhor controle: ao contrário de motores lineares de condução direta, conjuntos rack-and-pinhion permitem ajustes no tamanho do pinhão, relações de transmissão, e amortecimento-para estabilizar o controle de ciclo fechado.
existem armadilhas: colocar os dentes de pinhão e rack muito longe causa backlash, que degrada a precisão., Montagem comprometida ou desalinhada também pode danificar os rolamentos da caixa de velocidades-causando maiores empates de corrente motora, ruído e até mesmo falha. Para melhor desempenho, um pinhão deve ser devidamente distanciado do rack, montado em uma superfície plana e perpendicular à caixa de velocidades a cerca de 25 µm para muitas aplicações.
avanços na engrenagem rack-and-pinion e a diminuição dos preços da servotecnologia significam que, geralmente, os servomotores são emparelhados com sistemas rack e pinion. Os motores Stepper são uma opção viável, mas os servomotores são preferidos pela sua precisão.,
pré-carregamento
por vezes, os conjuntos de rack-and-pinion são pré-carregados para eliminar o backlash e aumentar a rigidez. Aqui, duas pinhas correm na mesma prateleira. Um pino mestre dirige o mecanismo como em uma configuração usual; enquanto isso, um pino escravo pode gerar torque para aplicar uma força oposta aos dentes que ele engaja. Desta forma, a inércia e a resistência evitam o backlash, mesmo durante as mudanças de carga; a rigidez do sistema também aumenta, e aumenta a dinâmica de controle.
Se os componentes são selecionados corretamente, não há desvantagens significativas para pré-carregamento de um sistema rack-and-pinion., Por outro lado, pré-carregamento mecânico pode realmente diminuir a rigidez geral da máquina. Por exemplo, uma mola de divisão de pinhão, diminui a rigidez do sistema:
Note que ao contrário dos mais sofisticados eletrônico de pré-carregamento, esses tradicionais de pré-carregamento de pinhões não é possível trabalhar juntos, um sempre se opõe a outra, que reduz um pouco a eficiência.
em conjuntos rack-and-pinion mais sofisticados, a pré-carga eletrônica é mantida ao seu máximo enquanto o sistema ainda está., Os pinhões mestres e escravos — ambos com poderes ativos — empurram os dentes de rack voltados em direções opostas. Então, quando a máquina acelera, o PiniOn mestre impulsiona a máquina para a frente, enquanto o PiniOn escravo alivia a força adversa pré-carga. Quando o sistema desacelera para uma velocidade constante, o pinião escravo entra em contato com o flanco dentário equivalente ao engajado pelo pinhão mestre; em seguida, os dois pinhões dirigem na mesma direção, enquanto ainda impedem o backlash.,
finalmente, quando o sistema desacelera, o pino escravo retorna à aplicação de força no flanco do dente oposto, para ajudar a diminuir a carga.
Rack-and-pinion versus ballscrews
Ballscrews não pode acelerar como rack-and-pinion conjuntos; nem podem manter as mesmas velocidades. Sua rigidez é menor e menos constante.os conjuntos Rack-and-pinion têm menor momento de inércia e maior frequência natural e eficiência sobre as balastras. Há menos componentes para economizar tempo durante a instalação., Além disso, o comprimento é ilimitado: um engenheiro pode executá-los tanto quanto o espaço de fábrica permitirá, e o único custo adicional é apenas o de adicionar peças adicionais de rack.
Ballscrews can run up significant cumulative errors over total travel length. Por exemplo, o desvio de mais de quatro metros de viagem para uma unidade rolada de parafuso pode variar entre 300 e 1.700 µm. Mesmo o desvio da rosca de rosca em quatro metros varia entre 30 e 110 µm. Com dois sistemas emparelhados rack-and-pinion, erro cumulativo para o mesmo comprimento de viagem é de apenas 12 a 40 µm., Isto faz Conjuntos de rack-and-pinion adequados para até mesmo os passeios de gantry.
para aplicações com comprimentos de viagem longos, as ballscrews têm momentos de inércia de massa elevada que limitam a velocidade crítica e a capacidade de carga axial; mesmo a eficiência da rosca pré-carregada atinge apenas 90% ou mais. Essas aplicações de longo curso beneficiam de uma mudança para conjuntos de rack-and-pinion — com eficiência para 97%.partes adjacentes, como rolamentos, influenciam a rigidez do rolamento,chafurdar ou porcas, tornando difícil garantir um comportamento estável do sistema sob a dinâmica., O desvio da rigidez do fuso, dependendo da posição da porca sobre o comprimento do fuso, compõe este problema.
em contraste, as unidades rack-and-pinhion oferecem rigidez constante sobre o comprimento total da viagem mais o bom comportamento do sistema – para o comportamento superior do sistema de controle. Finalmente, ao contrário dos sistemas rack-and-pinion, ballscrews só permitem uma portadora por eixo linear e não são adequados para aplicações de curto curso. Por quê? A demanda por lubrificação dita que apenas algumas bolas circulem através da porca.,Rack-and-pinion versus linear motor
em comparação com motores lineares, Sistemas rack e pinion podem oferecer desempenho semelhante, mas a um custo muito menor. Eles são menores, permitindo um design de máquina mais compacto e menos complexo. A ausência de forças magnéticas diminui enormemente a necessidade de estruturas de suporte para absorver altas forças normais, então guias padrão podem ser usados. Motores lineares têm eficiência global para 90% – embora às vezes é consideravelmente menor. Devido a esta ineficiência inerente, motores lineares muitas vezes exigem refrigeração de água.,em comparação, rack e pinhões não precisam de cobertura; o sistema de orientação pode ser exposto a partículas metálicas, e as restrições de segurança são mínimas. Melhores conjuntos de rack-and-pinion não exigem escalas lineares caras e freios externos, também; dispositivos padrão de feedback do motor e freios são suficientes.
Em muitos casos, motores lineares requerem máquina completa reformulação, em parte devido à enorme normal forças de atração entre o primário e o secundário têm conseqüências de longo alcance., Uma opção mais fácil, os sistemas rack-and-pinion prontos para montar facilitam a montagem cega para economias de custos adicionais-e reduzir o tempo de montagem para cerca de 10 minutos por metro de comprimento de viagem.para mais informações, contactar (888) 534-1222 ou visitar wittenstein-us.com. Wittenstein também oferece treinamento gratuito webinars. No site, clique em suporte técnico e, em seguida, Webinars para se inscrever.
lição de história rápida da barra lateral
dispositivos mecânicos de Movimento linear-sobre os quais conjuntos rack — and-pinhion são baseados-data de volta à invenção da roda na antiga Mesopotâmia., Por volta de 1100 a. C., assírios começaram a usar plataformas rolantes para tornar os objetos em movimento mais práticos. Após a Idade das trevas, durante a Revolução Científica de 1600, as regras e práticas dos mundos antigos — como os da Assíria e seus sistemas de Movimento linear — foram studied e às vezes adotado. Esta fase levou ao caminho para a Revolução Industrial de 1700 e 1800, durante o qual os primeiros, mais básicos dispositivos rack-and-pinhion veio à proeminência.uma das principais aplicações que estimulou a inovação de rack e pinion foi o transporte ferroviário., Mais especificamente, nos anos 1800, os caminhos-de-ferro cogged foram utilizados nos Estados Unidos e nas paisagens mais íngremes da Europa. Estes caminhos-de-ferro fazem uso de carros equipados com pinhões motorizados que envolvem um rack dente instalado entre os trilhos de um caminho-de-ferro. É um mecanismo de transmissão de energia que é particularmente útil para aplicações de escalada. A primeira cog railway no mundo — ainda em operação — é a Mount Washington Railway, New Hampshire, operada pela primeira vez em 1868. Outra ferrovia cog, o Vitznau-Rigi-Bahn, na Suíça, abriu alguns anos depois.,
hoje em dia, materiais modernos, tratamentos e fabricação otimizada fazem com que os mais recentes conjuntos rack-and-pinion funcionem tão bem e muitas vezes melhor do que os componentes eletromecânicos e outros componentes lineares em uma miríade de aplicações industriais exigentes.