Зубчатая рейка для линейного движения

В наличии есть много видов звездочек. Если для применения требуется большая длина, требующая множества последовательно соединенных реек, у нас есть рейки с правильно сконфигурированными кромками зубьев. Они называются «обработанными зубчатыми рейками».

Существуют приложения, в которых зубчатая рейка неподвижна, в то время как рейка движется, и другие, когда рейка вращается вокруг фиксированной оси во время движения рейки. Первый широко используется в транспортных системах, а второй может использоваться в экструзионных системах и приложениях для подъема/опускания.

В качестве механического элемента для преобразования вращательного движения в поступательное зубчатые рейки часто сравнивают с шариковыми винтами. Есть плюсы и минусы. Преимуществами зубчатой ​​рейки являются ее механическая простота, большая грузоподъемность, отсутствие ограничений по длине и т. д. Однако одним недостатком является люфт. Преимуществом шарико-винтовой передачи является высокая точность и меньший люфт, а недостатками является ограничение по длине из-за прогиба.

Типы стоек

Реечные шестерни доступны в двух вариантах:

Прямые зубья имеют ось зуба, параллельную оси вращения. Прямые зубья, идущие параллельно оси шестерни. Шестерни с косозубыми зубьями обеспечивают непрерывное зацепление по всей длине зубьев и часто работают тише и эффективнее, чем шестерни с прямыми зубьями, а также обеспечивают более высокую нагрузку при той же ширине зубчатой ​​рейки. Косозубые шестерни напоминают цилиндрические шестерни в плоскости вращения, но включают в себя зубья, закрученные по винтовой траектории в осевом направлении.

Приложения

Реечные приводы с цилиндрической зубчатой ​​передачей идеально подходят для широкого спектра применений, включая осевые приводы, требующие точного позиционирования и повторяемости, раздвижные ворота и колонны, роботы для захвата и размещения, фрезерные станки с ЧПУ и системы обработки материалов. Эти приводы также легко выдерживают большие нагрузки и рабочие циклы. Обслуживаемые отрасли включают погрузочно-разгрузочные работы, автоматизацию, автомобилестроение, аэрокосмическую промышленность, станкостроение и робототехнику.

Линейное движение необходимо для движения машин; транспортирует инструменты и продукты эффективным и контролируемым образом. Генераторы линейных перемещений обычно ранжируются по их осевой скорости и ускорению, осевым силам по отношению к объему конструкции, долговечности, жесткости и точности позиционирования.

Двумя популярными линейными системами являются линейные двигатели и винтовые приводы. Реечные приводы часто упускают из виду как технологию предыдущего поколения с ограниченной точностью позиционирования. Однако это предположение неверно.

Прецизионно отшлифованные монтажные поверхности с жесткими допусками, износостойкая обработка поверхности, индивидуально зачищенные зубья шестерни и легкие компактные конструкции повышают производительность. Фактически реечные передачи выгодно отличаются от линейных двигателей, а также от шарико-винтовых пар с валом или резьбой заземления.

Реечные системы нового поколения обеспечивают высокую динамику и неограниченное расстояние перемещения. Некоторые из них включают сервоприводы и приводы высшего качества с зазором менее 1 угловой минуты, эффективностью до 98,5% и гораздо более компактными размерами, чем стандартные комбинации сервоприводов и шестерен. Некоторые предварительно собранные шестерни могут работать с точностью до 10 мкм, что обеспечивает безопасность и плавность хода.

Типичные области применения зубчатой ​​рейки включают портальные, транспортные и упаковочные машины весом от нескольких фунтов до нескольких тонн. Комплекты реек нового поколения также используются в деревообрабатывающих станках, высокоскоростных металлорежущих станках и сборочных машинах.

Геометрия и детали поверхности

Производительность стойки улучшилась с общим технологическим прогрессом. Например, современная обработка и шлифование значительно повысили точность реечного механизма.

В частности, некоторые высококачественные компоненты штатива подвергаются лазерной гравировке для получения совокупной погрешности шага ± 12 мкм на длине 500 мм, что позволяет вручную выбирать заданную точность. Это полезно для параллельного выравнивания компонентов стеллажа в портальных приложениях с двумя приводами. Фактически, этот уровень точности позволяет нескольким типам машин работать без внешних устройств обратной связи; и другие линейные системы требуют дорогих внешних устройств обратной связи для коммутации и позиционирования.

Спиральная зубчатая рейка с оптимизированным углом наклона предпочтительнее для более тихой работы на более высоких скоростях и более высокой грузоподъемности из-за более высокого коэффициента контакта зубьев. Погрешность в один шаг между винтовыми зубьями может достигать 3 мкм. Изменение профиля шестерни или изменение насадки предотвращает подрез; он также уравновешивает напряжения изгиба для более высокой грузоподъемности. Косозубая передача входит в зацепление плавно и бесшумно, что помогает улучшить качество поверхности, например, при обработке деталей с жесткими допусками.

Интеграция с реечной передачей

Существует множество вариантов монтажа комплектов стоек. В некоторых стойках используются специальные монтажные поверхности для обеспечения точности, в то время как другие обеспечивают достаточную производительность даже при базовой установке. Естественная гибкость конструкции может быть использована для лучшего управления:в отличие от линейных двигателей с прямым приводом, реечные комплекты позволяют регулировать размер шестерни, шестерни и демпфирование, чтобы стабилизировать управление с обратной связью.

Есть и подводные камни:слишком большое расстояние между шестерней и рейкой вызывает люфт, снижающий точность. Поврежденное или смещенное крепление также может повредить подшипники редуктора, что приведет к большему потреблению тока двигателем, шуму и даже выходу из строя. Для достижения наилучших результатов шестерня должна быть расположена на достаточном расстоянии от рейки, установлена ​​плоско и перпендикулярно шестерне с точностью около 25 мкм во многих случаях.

Достижения в области реечных передач и снижение цен на сервоприводы означают, что серводвигатели обычно соединяются с реечными системами. Шаговые двигатели являются жизнеспособным вариантом, но серводвигатели предпочтительнее из-за их точности.

Предварительная загрузка

Иногда комплекты звездочек предварительно натягиваются, чтобы устранить люфт и увеличить жесткость. Здесь две шестерни движутся на одной рейке. Главная шестерня приводит в движение механизм, как и в обычной конфигурации; Между тем, вспомогательная шестерня может создавать крутящий момент для приложения противодействующей силы к зубьям, с которыми она соприкасается. Таким образом, инерция и сопротивление предотвращают люфт даже при изменении нагрузки; также увеличивается жесткость системы и улучшается динамика рулевого управления.

При правильном подборе комплектующих существенных недостатков в предварительной загрузке стеллажной системы нет. С другой стороны, механическая предварительная нагрузка может снизить общую жесткость машины. Например, разъемная подпружиненная шестерня уменьшит жесткость системы:

Обратите внимание, что, в отличие от более сложных электронных систем предварительного натяга, эти традиционные шестерни предварительного натяга не могут работать вместе; одно всегда противоречит другому, что немного снижает эффективность.

В более сложных наборах стоек электронная предварительная нагрузка поддерживается на максимальном уровне, пока система неподвижна. Главные и вспомогательные шестерни - обе с активным приводом - упираются в зубья стоек, обращенных в противоположные стороны. Затем, когда машина ускоряется, первичная шестерня приводит машину в движение вперед, а вторичная шестерня уменьшает предварительную нагрузку противодействующей силы. Когда система замедляется до постоянной скорости, вспомогательная шестерня входит в контакт со стороной зуба, которая соответствует той, которая соединена с главной шестерней; затем две шестерни движутся в одном направлении, предотвращая люфт.

Наконец, когда система замедляется, вспомогательная шестерня снова начинает прилагать усилие к противоположной стороне зуба, чтобы уменьшить нагрузку.