Spiraalvormige tandheugel voor lineaire beweging

Er zijn veel soorten tandwielen op voorraad. Als de toepassing een lange lengte vereist waarvoor veel in serie geschakelde tandheugels nodig zijn, hebben we tandheugels met correct geconfigureerde tandranden. Deze worden "machinaal bewerkte eindtandheugels" genoemd.

Er zijn toepassingen waarbij de spiraalvormige tandheugel stilstaat terwijl de tandheugel in beweging is en andere toepassingen waarbij de tandheugel rond een vaste as draait terwijl de tandheugel beweegt. De eerste wordt veel gebruikt in transportsystemen, terwijl de laatste kan worden gebruikt in extrusiesystemen en hef-/daaltoepassingen.

Als een mechanisch element om roterend in lineaire beweging over te zetten, worden tandheugels vaak vergeleken met kogelomloopspillen. Er zijn voor- en nadelen. De voordelen van een tandheugel zijn de mechanische eenvoud, het grote draagvermogen, de onbeperkte lengte, etc. Een nadeel is echter de speling. Het voordeel van een kogelomloopspindel is de hoge precisie en lagere speling, terwijl de tekortkomingen de limiet in lengte als gevolg van doorbuiging omvatten.

Racktypes

Tandheugeltandwielen zijn verkrijgbaar in twee varianten:

Rechte tanden hebben de tandas evenwijdig aan de rotatie-as. Rechte tanden die evenwijdig aan de as van het tandwiel lopen. Tandwielen met spiraalvormige tanden zorgen voor een continue aangrijping over de tandlengte en zijn vaak stiller en efficiënter dan tandwielen met rechte tanden en bieden ook een hogere belasting voor dezelfde tandheugelbreedte. Spiraalvormige tandwielen lijken op rechte tandwielen in het rotatievlak, maar bevatten tanden die langs een spiraalvormig pad in axiale richting zijn gedraaid.

Toepassingen

Tandheugelaandrijvingen zijn ideaal voor een breed scala aan toepassingen, waaronder asaandrijvingen die nauwkeurige positionering en herhaalbaarheid vereisen, schuifpoorten en kolommen, pick &place-robots, CNC-routers en materiaalbehandelingssystemen. Deze aandrijvingen kunnen ook gemakkelijk zware lasten en inschakelduur aan. Industrieën die worden bediend, zijn onder meer materiaalbehandeling, automatisering, auto's, ruimtevaart, werktuigmachines en robotica.

Lineaire beweging is nodig voor de beweging van machines; transporteert gereedschappen en producten op een efficiënte en gecontroleerde manier. Lineaire bewegingsgeneratoren worden over het algemeen gerangschikt op basis van hun axiale snelheid en versnelling, axiale krachten ten opzichte van het structuurvolume, duurzaamheid, stijfheid en positioneringsnauwkeurigheid.

Twee populaire lineaire systemen zijn lineaire motoren en schroefaandrijvingen. Tandheugel- en rondselaandrijvingen worden vaak over het hoofd gezien als technologie van de vorige generatie met een beperkte positioneringsnauwkeurigheid. Deze veronderstelling is echter ongeldig.

Precisiegeslepen montageoppervlakken met nauwe toleranties, slijtvaste oppervlaktebehandeling, individueel ontbraamde tandwieltanden en lichtgewicht compacte ontwerpen verhogen de productiviteit. Tandheugelaandrijvingen steken zelfs gunstig af bij lineaire motoren en kogelomloopspindels met een as- of aardschroefdraad.

De nieuwe generatie tandheugel- en rondselsystemen bieden een hoge dynamiek en onbeperkte rijafstanden. Sommige hiervan omvatten servo-versnellingen en actuatoren van topkwaliteit met een speling van minder dan 1 boogminuut, een efficiëntie tot 98,5% en veel compactere afmetingen dan standaard servo- en tandwielcombinaties. Sommige voorgemonteerde tandwielen kunnen werken met een nauwkeurigheid tot 10 µm, wat zorgt voor veiligheid en soepele beweging.

Typische toepassingen met tandheugel en rondsel zijn onder meer portaal-, transport- en verpakkingsmachines, variërend van enkele ponden tot enkele tonnen. De nieuwe generatie stellingsets wordt ook gebruikt in houtbewerkingsmachines, high-speed metaalsnijmachines en montagemachines.

Geometrie en oppervlaktedetails

De prestaties van het rack zijn verbeterd met de algehele technologische vooruitgang. Zo hebben geavanceerde bewerkingen en slijpen de precisie van het tandheugelmechanisme aanzienlijk vergroot.

Meer specifiek zijn sommige hoogwaardige standaardcomponenten met een laser geëtst voor een cumulatieve pitchfout van ± 12 µm over een lengte van 500 mm, waardoor handmatige selectie van de doelnauwkeurigheid mogelijk is. Dit is handig voor parallelle uitlijning van stellingcomponenten in portaaltoepassingen met dubbele aandrijving. Dankzij dit precisieniveau kunnen verschillende soorten machines zelfs zonder externe feedbackapparaten werken; en andere lineaire systemen vereisen dure externe feedbackapparaten voor commutatie en positionering.

Spiraalvormige tandheugel met geoptimaliseerde spiraalhoek heeft de voorkeur voor een stillere werking bij hogere snelheden en hogere belastingscapaciteiten vanwege de hogere tandcontactverhouding. De fout van één steek tussen de spiraalvormige tanden kan 3 µm bedragen. Een rondselprofielverschuiving of addendummodificatie voorkomt ondersnijding; het compenseert ook buigspanningen, voor een hogere belastingscapaciteit. De spiraalvormige tandwieloverbrenging schakelt soepel en stil in, wat de oppervlakteafwerking helpt verbeteren, bijvoorbeeld bij het bewerken van onderdelen met nauwe toleranties.

Rack-and-Pinion-integratie

Er zijn veel opties voor het monteren van rackkits. Sommige racks gebruiken speciale montageoppervlakken om nauwkeurigheid te garanderen, terwijl andere zelfs bij een basisinstallatie voldoende prestaties leveren. De natuurlijke flexibiliteit van het ontwerp kan worden gebruikt voor een betere controle:in tegenstelling tot lineaire motoren met directe aandrijving, kunt u met tandheugelsets de grootte van het rondsel, de tandwielen en de demping aanpassen om de regeling met gesloten lus te stabiliseren.

Er zijn valkuilen:te veel afstand tussen het rondsel en de tandheugel veroorzaakt speling die de precisie verlaagt. Een beschadigde of niet goed uitgelijnde montage kan ook de lagers van de versnellingsbak beschadigen - waardoor er meer motorstroom, meer lawaai en zelfs storing ontstaat. Voor de beste prestaties moet het rondsel op voldoende afstand van de tandheugel worden geplaatst, plat en loodrecht op het tandwiel worden gemonteerd met een nauwkeurigheid van ongeveer 25 µm voor veel toepassingen.

Vooruitgang in tandheugeltandwielen en de daling van servoprijzen betekenen dat servomotoren doorgaans worden gekoppeld aan tandheugelsystemen. Stappenmotoren zijn een haalbare optie, maar servomotoren hebben de voorkeur vanwege hun precisie.

Vooraf laden

Soms zijn tandwielsets voorgeladen om speling te elimineren en de stijfheid te vergroten. Hier bewegen de twee tandwielen op dezelfde tandheugel. Het hoofdrondsel drijft het mechanisme aan zoals in de normale configuratie; Ondertussen kan het hulprondsel koppel genereren om tegenkracht uit te oefenen op de tanden waarmee het in contact is. Zo voorkomen de traagheid en weerstand speling, zelfs tijdens belastingwisselingen; de systeemstijfheid neemt ook toe en verbetert de stuurdynamiek.

Als de componenten correct zijn geselecteerd, zijn er geen significante tekortkomingen bij het voorladen van het reksysteem. Aan de andere kant kan mechanische voorbelasting de algehele stijfheid van de machine juist verminderen. Een gespleten veerbelast rondsel zou bijvoorbeeld de stijfheid van het systeem verminderen:

Merk op dat, in tegenstelling tot meer geavanceerde elektronische voorspansystemen, deze traditionele voorspanrondsels niet kunnen samenwerken; de een gaat altijd in tegen de ander, wat de efficiëntie enigszins vermindert.

In meer geavanceerde racksets wordt de elektronische voorbelasting maximaal gehouden terwijl het systeem stilstaat. Hoofd- en hulptandwielen - beide actief aangedreven - drukken de tanden van de tandheugels in tegengestelde richting in. Terwijl de machine accelereert, drijft het primaire rondsel de machine naar voren, terwijl het secundaire rondsel de voorbelasting van de tegengestelde kracht vermindert. Wanneer het systeem vertraagt ​​tot een constante snelheid, komt het hulptandwiel in contact met de zijde van de tand die overeenkomt met die welke is gekoppeld aan het hoofdrondsel; dan bewegen de twee tandwielen in dezelfde richting terwijl speling wordt voorkomen.

Ten slotte, als het systeem vertraagt, keert het hulprondsel terug naar het uitoefenen van kracht op de andere kant van de tand om de belasting te helpen vertragen.