mișcarea liniară este indispensabilă mașinilor în mișcare; transportă unelte și produse eficient și controlabil. Mecanismele care generează mișcare liniară sunt în general clasificate după viteza și accelerația axială, forțele axiale față de volumul structural, durata de viață, rigiditatea și precizia de poziționare.două sisteme liniare comune sunt motoarele liniare și unitățile cu șurub cu bilă. Unitățile Rack și pinion sunt adesea trecute cu vederea ca tehnologie de generație trecută, cu o precizie de poziționare limitată., Cu toate acestea, această ipoteză este nevalidă.
suprafețele de montare cu precizie la toleranțe strânse, tratamentele de suprafață rezistente la uzură, dinții angrenajului debavurat individual și modelele compacte cu masă redusă sporesc performanța. De fapt, acționările cu cremalieră și pinion se compară favorabil cu motoarele liniare, precum și cu șuruburile cu role sau cu filet la sol.
|
Descărcați acest articol .,Format PDF acest tip de fișier include grafică de înaltă rezoluție și scheme atunci când este cazul. |
Noua generație rack-and-pinion sisteme oferă de înaltă performanță dinamică și nelimitat distanța de deplasare. Unele includ servogears premium și actuatoare cu reacție mai mică de 1 arc-min., eficiență până la 98,5% și dimensiuni mult mai compacte decât combinațiile servomotor-angrenaje standard. Unele unități de pinion preasamblate pot funcționa chiar și la 10 µm, pentru siguranță și mișcare lină.,aplicațiile tipice de tip rack-and-pinion includ mașini de tip portal, transport și ambalare care transportă de la câteva kilograme până la câteva tone. Seturile rack-and-pinion de ultimă generație sunt de asemenea utilizate în prelucrarea lemnului, tăierea metalelor de mare viteză și mașinile de asamblare.
Geometrie și detalii de suprafață
performanța Rack-and-pinion s-a îmbunătățit odată cu progresele tehnologice generale. De exemplu, de stat-of-the-art de prelucrare și măcinare au avansat foarte mult rack-and-pinion de precizie.,mai exact, unele piese de rack premium sunt gravate cu laser pentru o eroare cumulativă de pas ±12 µm pe o lungime de 500 mm, ceea ce permite selectarea manuală a preciziei țintă. Acest lucru este util pentru potrivirea pieselor rack în paralel, pentru aplicații cu gantry dual-drive. De fapt, acest nivel de precizie permite mai multor tipuri de mașini să funcționeze fără dispozitive de feedback extern; în schimb, alte sisteme liniare necesită dispozitive scumpe de feedback extern pentru comutare și poziționare.,un suport elicoidal cu un unghi de helix optimizat este preferat pentru o funcționare mai silențioasă la viteze mai mari și o capacitate de încărcare mai mare datorită raportului de contact mai mare al dinților. Eroarea cu un singur pas între dinții elicoidali poate ajunge la 3 µm. O schimbare a profilului pinionului sau o modificare a Addendumului previne subcotarea; de asemenea, echilibrează tensiunile de îndoire, pentru o capacitate de încărcare mai mare. Angrenajul elicoidal se angajează lin și liniștit — ceea ce ajută la îmbunătățirea finisajului suprafeței, de exemplu, la prelucrarea pieselor cu toleranță strânsă.
Lubrifierea este cheia
seturile Rack-and-pinion durează cel mai mult atunci când sunt lubrifiate corespunzător., Seturile unse corespunzător sunt, de asemenea, cele mai capabile să atingă cea mai mare viteză nominală. Pentru multe sisteme rack și pinion, cea mai obișnuită metodă este un kit de lubrifiere automată sau un dispozitiv de ungere. Aceste dispozitive vin în diferite dimensiuni sau volume și sunt controlate electronic.pot fi selectate diferite setări pentru a controla cantitatea de grăsime care curge în timp — în funcție de ciclul de mișcare al cremalierei și pinionului. Un recipient încărcat menține presiunea atunci când nu este utilizat; închiderea unui comutator cu două fire activează fluxul.,unsoarea se deplasează printr-un furtun într-un pinion gol de ungere, un angrenaj din pâslă cu găuri radiale în care grăsimea este aplicată fie pe raft, fie pe pinion prin găuri. Aici, designul determină care jumătate din set este unsă activ: de exemplu, lubrifierea rack-ului pentru o aplicare de mare viteză poate împiedica grăsimea să fie aruncată.în orice caz, cantitatea corectă de grăsime necesară pentru aplicație poate fi aplicată automat și precis, pentru o întreținere redusă.
integrarea Rack-and-pinion
opțiunile de montare abundă pentru seturile rack-and-pinion., Unele rafturi folosesc suprafețe speciale de montare pentru a asigura precizia, în timp ce altele oferă performanțe adecvate chiar și cu instalarea de bază. Flexibilitatea inerentă a designului poate fi utilizată pentru un control mai bun: spre deosebire de motoarele liniare cu conducere directă, seturile de cremalieră și pinion permit ajustări ale dimensiunii pinionului, raporturilor de transmisie și amortizării-pentru a stabiliza controlul în buclă închisă.
există capcane: punerea dinților pinionului și a cremalierei prea departe provoacă o reacție, ceea ce degradează precizia., Montarea compromisă sau nealiniată poate deteriora, de asemenea, rulmenții cutiei de viteze — provocând trageri mai mari ale curentului motorului, zgomot și chiar defecțiuni. Pentru cea mai bună performanță, un pinion trebuie să fie distanțat corespunzător de raft, montat pe o suprafață plană și perpendicular pe cutia de viteze până la aproximativ 25 µm pentru multe aplicații.avansurile în angrenajul rack-and-pinion și scăderea prețurilor servotehnologiei înseamnă că, de obicei, servomotoarele sunt asociate cu sistemele rack și pinion. Motoarele pas cu pas sunt o opțiune viabilă, dar servomotoarele sunt preferate pentru precizia lor.,preîncărcarea
uneori, seturile rack-pinion sunt preîncărcate pentru a elimina reculul și a crește rigiditatea. Aici, două pinioane rulează pe același suport. Un pinion principal conduce mecanismul ca într-o configurație obișnuită; între timp, un pinion sclav poate genera un cuplu pentru a aplica o forță opusă dinților pe care îi angajează. În acest fel, inerția și rezistența împiedică răsturnarea, chiar și în timpul schimbărilor de sarcină; rigiditatea sistemului crește, de asemenea, și crește dinamica controlului.dacă componentele sunt selectate corect, nu există dezavantaje semnificative pentru preîncărcarea unui sistem rack-pinion., Pe de altă parte, preîncărcarea mecanică poate reduce efectiv rigiditatea generală a mașinii. De exemplu, un arc de divizare pinion-ar reduce rigiditatea sistemului:
Rețineți că, spre deosebire de mult mai sofisticate electronice de pretensionare, aceste tradițional de pretensionare pinioane nu pot lucra împreună; întotdeauna se opune celeilalte, care ușor reduce eficiența.
în seturile mai sofisticate rack-and-pinion, preîncărcarea electronică este menținută la maxim în timp ce sistemul este încă., Pinioanele master și slave — ambele alimentate activ-împing dinții rafturilor orientate în direcții opuse. Apoi, când mașina accelerează, pinionul principal conduce mașina înainte, în timp ce pinionul slave ușurează preîncărcarea forței opuse. Când sistemul încetinește la o viteză constantă, pinionul sclav vine în contact cu flancul dintelui echivalent cu cel angajat de pinionul principal; apoi cele două pinioane conduc în aceeași direcție, prevenind în același timp reacția.,în cele din urmă, când sistemul decelerează, pinionul sclav revine la aplicarea forței pe flancul dintelui opus, pentru a ajuta la încetinirea sarcinii.
Rack-and-pinion versus ballscrews
Ballscrews nu poate accelera ca seturile rack-and-pinion; Nici nu pot menține aceleași viteze. Rigiditatea lor este mai mică și mai puțin constantă.seturile Rack-and-pinion au un moment de masă mai mic de inerție și o frecvență și o eficiență naturală mai mari față de șuruburile cu bile. Există mai puține componente pentru a economisi timp în timpul instalării., De asemenea, lungimea este nelimitată: un inginer poate rula aceste în măsura în care spațiul din fabrică va permite, iar singurul cost suplimentar este doar acela de a adăuga piese suplimentare de rack.
Ballscrews poate rula până erori cumulative semnificative peste lungimea totală de călătorie. De exemplu, abaterea de peste patru metri de deplasare pentru o unitate cu șurub laminată poate varia între 300 și 1700 µm. Chiar și deviația șurubului cu filet la sol pe patru metri variază între 30 și 110 µm. Cu două sisteme rack și pinion pereche, eroarea cumulată pentru aceeași lungime de călătorie este de numai 12 până la 40 µm., Acest lucru face ca seturile rack-and-pinion să fie potrivite pentru acționări uniforme.
Pentru aplicații cu lungimi de călătorie, suruburile cu bile au ridicat masă, momente de inerție limita de viteza critică și capacitate de încărcare axială; chiar preîncărcate ballscrew eficiență numai ajunge la 90% sau cam asa ceva. Astfel de aplicații cu cursă lungă beneficiază de trecerea la seturi de rack și pinion-cu eficiență până la 97%.piesele alăturate, cum ar fi rulmenții, influențează rigiditatea șurubului cu bilă, orificiile carcasei sau carcasele piulițelor, ceea ce face dificilă asigurarea unui comportament stabil al sistemului în dinamică., Abaterea rigidității axului în funcție de poziția piuliței peste lungimea axului compun această problemă.
în schimb, unitățile rack-and-pinion oferă rigiditate constantă pe întreaga lungime de călătorie, plus un comportament bun al sistemului — pentru un comportament superior al sistemului de control. În cele din urmă, spre deosebire de sistemele rack-and-pinion, șuruburile cu bile permit doar un purtător pe axă liniară și nu sunt potrivite pentru aplicații în cursă scurtă. De ce? Cererea de ungere dictează că doar câteva bile circulă prin piuliță.,
Rack-and-pinion versus motor liniar
comparativ cu motoarele liniare, sistemele rack și pinion pot oferi performanțe similare, dar la costuri mult mai mici. Ele sunt mai mici, permițând un design mai compact, mai puțin complex al mașinii. Absența forțelor magnetice scade considerabil nevoia de structuri de sprijin pentru a absorbi forțe normale ridicate, astfel încât șinele de ghidare standard pot fi utilizate. Motoarele liniare au o eficiență globală de 90% – deși uneori este considerabil mai mică. Din cauza acestei ineficiențe inerente, motoarele liniare necesită adesea răcire cu apă.,în comparație, rack-ul și pinioanele nu au nevoie de acoperire; sistemul de ghidare poate fi expus particulelor metalice, iar restricțiile de siguranță sunt minime. Seturile mai bune cu cremalieră și pinion nu necesită nici Cântare liniare scumpe și frâne externe; dispozitivele standard de feedback cu motor și frânele sunt suficiente.
în multe cazuri, motoarele liniare necesită reproiectarea completă a mașinii — parțial deoarece forțele normale uriașe din atracția dintre primar și secundar au consecințe de anvergură., O opțiune mai ușoară, sistemele cu cremalieră și pinion gata de montare facilitează asamblarea orb pentru economii suplimentare de costuri-și reduc timpul de asamblare la aproximativ 10 minute pe metru lungime de călătorie.pentru mai multe informații, sunați la (888) 534-1222 sau vizitați wittenstein-us.com. Wittenstein oferă, de asemenea, webinarii gratuite de formare. Pe site, faceți clic pe suport tehnic și apoi pe webinarii pentru a vă înscrie.
lecția de istorie rapidă a barei laterale
dispozitive mecanice de mișcare liniară — pe care se bazează seturile de cremalieră și pinion — datează de la invenția roții din Mesopotamia antică., În jurul anului 1100 î. HR., Asirienii au început să folosească platforme de bușteni pentru a face obiectele în mișcare mai practice. După Evul mediu, în timpul Revoluției Științifice din 1600, reguli și practici ale lumi antice — cum ar fi cele din Asiria și sisteme de mișcare liniară — au studied și, uneori, adoptat. Această fază a dus la Revoluția Industrială din anii 1700 și 1800, în timpul căreia primele dispozitive de bază rack-and-pinion au ieșit în evidență.
o aplicație majoră care a stimulat inovația rack și pinion a fost tranzitul feroviar., Mai precis, în anii 1800, căile ferate cogged au fost puse în funcțiune în Statele Unite și peisajele mai abrupte ale Europei. Aceste căi ferate face uz de autoturisme echipate cu pinioane alimentat care se angajeze un raft dințat instalat între o cale ferată pe șine. Este un mecanism de transmisie a puterii care este deosebit de util pentru aplicațiile de alpinism. Prima cale ferată cog din lume — încă în funcțiune — este calea ferată Mount Washington, New Hampshire, operată pentru prima dată în 1868. O altă cale ferată cog, Vitznau-Rigi-Bahn din Elveția, a fost deschisă câțiva ani mai târziu.,astăzi, materialele moderne, tratamentele și fabricația optimizată fac ca cele mai recente seturi rack-and-pinion să funcționeze la fel de bine și adesea mai bine decât Componentele electromecanice și alte componente liniare într-o multitudine de aplicații industriale solicitante.