W wielu systemach automatyki serwomotor może bezpośrednio napędzać śrubę kulową bez użycia przekładni. Dzieje się tak, ponieważ skok śruby kulowej już przekształca-szybki obrót silnika w ruch liniowy o niższej-prędkości i dużym-ciągu.
Nie oznacza to jednak, że skrzynia biegów nigdy nie jest używana ze śrubą kulową. W przypadku osi-o dużym obciążeniu, pionowych systemów podnoszenia,-kluczowych mechanizmów bezpieczeństwa lub zastosowań o dużym niedopasowaniu bezwładności, nadal można rozważyć skrzynię biegów, hamulec lub inną konstrukcję utrzymującą. Właściwy wybór zależy od momentu obrotowego silnika, skoku śruby kulowej, wymaganej prędkości, obciążenia, kierunku montażu i wymagań bezpieczeństwa.
Szybka odpowiedź:
Większość systemów śrub kulowych nie potrzebuje skrzyni biegów. Skrzynię biegów rozważa się tylko wtedy, gdy bezpośredni napęd silnikowy nie jest w stanie spełnić wymagań dotyczących momentu obrotowego, bezpieczeństwa, prędkości lub bezwładności-.
1. Dlaczego większość śrub kulowych nie potrzebuje skrzyni biegów
Śruba kulowa to nie tylko element przekładni. Jest to już mechanizm konwersji obrotowej-na-liniową. Skok śruby określa, jaki przesuw liniowy jest wytwarzany przez jeden pełny obrót śruby.
Na przykład, jeśli śruba kulowa ma skok 10 mm, nakrętka przesuwa się o 10 mm, gdy śruba obraca się o jeden obrót. Jeśli silnik pracuje z prędkością 3000 obr/min, teoretyczna prędkość liniowa wynosi:
Liniowy wzór na prędkość:
Prędkość liniowa=skok śruby × prędkość silnika
10 mm/obr. × 3000 obr./min.=30000 mm/min.=30 m/min.
Oznacza to, że śruba kulowa już przekształca szybki obrót silnika w kontrolowany ruch liniowy. Mniejszy skok zapewnia niższą prędkość i większy ciąg. Większy skok zapewnia wyższą prędkość, ale wymaga większego momentu obrotowego silnika przy tym samym ciągu.
W przypadku wielu poziomych osi pozycjonujących, maszyn pakujących, osi pomocniczych CNC, modułów liniowych i systemów automatyki wystarczy wybrać odpowiedni silnik pociągowy i serwomotor. Dodanie skrzyni biegów często zwiększa koszty i złożoność bez poprawy wyniku.
2. Skok, prędkość i ciąg śruby kulowej
Wielu inżynierów początkowo myśli o ołowiu jako o parametrze prędkości. W rzeczywistości ołów wpływa również na ciąg i moment obrotowy silnika. Mniejszy ołów działa jak silniejsza mechaniczna redukcja, podczas gdy większy ołów jest lepszy pod względem prędkości.
| Ołów śruby kulowej | Prędkość liniowa | Zdolność pchnięcia | Typowe zastosowanie |
|---|---|---|---|
| Mały ołów | Niższa prędkość liniowa | Wyższy ciąg przy tym samym momencie obrotowym silnika | Osie podnoszące, duże obciążenia, dokładny posuw, precyzyjna regulacja |
| Średni ołów | Zrównoważona prędkość | Zrównoważony ciąg | Automatyka ogólna, osie CNC, maszyny pakujące |
| Duży ołów | Wyższa prędkość liniowa | Wymaga większego momentu obrotowego silnika przy tym samym ciągu | Szybkie osie przenoszące,-długi ruch,-szybkie pozycjonowanie |
Przydatny wzór na obliczenie momentu obrotowego to:
Wymagany wzór na moment obrotowy:
T=F × ołów / (2π × η)
T=wymagany moment obrotowy śruby, F=wymagany ciąg, skok=skok śruby, η=wydajność przekładni.
3. Dlaczego napędy pasowe i zębate zwykle wymagają przekładni
Napędy pasowe, łańcuchowe i zębate w naturalny sposób nie zapewniają tego samego rodzaju redukcji obrotowej-do-liniowej jak śruba kulowa. Jeśli silnik bezpośrednio napędza układ pasowy, prędkość liniowa może być zbyt duża, a dostępny moment obrotowy może nie być wystarczający dla obciążenia.
W układach przekładni pasowych lub zębatych skrzynia biegów jest powszechnie używana do:
- Zmniejsz prędkość silnika do użytecznej prędkości wyjściowej
- Zwiększ wyjściowy moment obrotowy
- Popraw dopasowanie bezwładności pomiędzy silnikiem i obciążeniem
- Popraw stabilność kontroli przy niskiej-prędkości
- Chroń silnik przed przeciążeniem w niektórych zastosowaniach
4. Problemy spowodowane dodaniem przekładni do śruby kulowej
Technicznie możliwe jest dodanie przekładni pomiędzy silnikiem a śrubą kulową. Jeśli jednak moment obrotowy i prędkość silnika są już odpowiednie, skrzynia biegów może sprawić więcej problemów niż korzyści.
| Możliwy problem | Wpływ na system śruby kulowej |
|---|---|
| Reakcja | Może zmniejszyć dokładność i powtarzalność pozycjonowania |
| Elastyczność skrętna | Może zmniejszyć reakcję dynamiczną i wpłynąć na stabilność sterowania |
| Dodatkowa bezwładność | Może spowolnić przyspieszenie i zmniejszyć reakcję serwomechanizmu |
| Więcej komponentów | Zwiększa błędy montażowe i punkty konserwacji |
| Większa konstrukcja | Wymaga większej przestrzeni instalacyjnej i bardziej złożonej konstrukcji wsparcia |
| Wyższy koszt | Może nie zapewniać wystarczających praktycznych korzyści dla normalnej osi śruby kulowej |
5. Kiedy potrzebna jest przekładnia do śruby kulowej?
Chociaż większość osi ze śrubą kulową nie wymaga skrzyni biegów, istnieją pewne szczególne przypadki, w których może ona być użyteczna.
| Stan | Potrzebna skrzynia biegów? | Powód |
|---|---|---|
| Pozioma oś średniego-obciążenia | Zwykle nie | Często wystarcza odpowiedni silnik serwo i skok śruby kulowej |
| Duże obciążenie przy bardzo małym przewodzie | Może | Wymagany moment obrotowy silnika może przekraczać możliwości-napędu bezpośredniego |
| Pionowa oś Z | Może | Należy ocenić bezpieczeństwo trzymania podczas utraty mocy |
| Duże niedopasowanie bezwładności | Może | Reduktor może pomóc poprawić dopasowanie bezwładności w niektórych systemach |
| Ograniczony rozmiar silnika | Może | Skrzynia biegów może zwiększyć dostępny wyjściowy moment obrotowy, gdy przestrzeń ogranicza wybór silnika |
| Wysoka-oś pozycjonowania | Zwykle nie | Skrzynie biegów mogą zmniejszać reakcję dynamiczną i zwiększać bezwładność |
6. Bezpieczeństwo osi pionowej: skrzynia biegów nie jest jedynym rozwiązaniem
W przypadku osi pionowych głównym problemem jest nie tylko moment obrotowy. Ważne jest również bezpieczeństwo podczas utraty zasilania. Skrzynia biegów może pomóc w zwiększeniu momentu trzymania, ale nie należy jej traktować jako jedynego urządzenia zabezpieczającego.
W zależności od konstrukcji maszyny inżynierowie mogą również rozważyć:
- Hamulec serwomotoru
- Hamulec mechaniczny
- Konstrukcja przeciwwagi
- Nakrętka zabezpieczająca lub ogranicznik mechaniczny
- Wyłącz-projekt wstrzymania
- Właściwy dobór skoku śruby kulowej i momentu obrotowego silnika
7. Przykład doboru rzeczywistego silnika: nie jest wymagana skrzynia biegów
Rozważ typową poziomą oś pozycjonowania:
| Obciążenie | 30 kg |
| Prędkość liniowa | 300 mm/s |
| Przyśpieszenie | 0.5 g |
| Udar | 800 mm |
| Dokładność pozycjonowania | ±0,02 mm |
| Śruba kulowa | Ø20 mm, ołów 10 mm |
| Wydajność transmisji | 0.9 |
Krok 1: Oszacuj wymagany ciąg. W przypadku tego zastosowania poziomego, po uwzględnieniu przyspieszenia i praktycznego marginesu, wymagany ciąg wynosi około 250 N.
Krok 2: Oblicz wymagany moment obrotowy na wale śruby:
T=250 × 0,01 / (2π × 0,9) ≈ 0,44 Nm
Serwomotor o mocy 400 W i znamionowym momencie obrotowym powyżej 1 Nm ma wystarczający margines momentu obrotowego do tego zastosowania.
Krok 3: Sprawdź wymagania dotyczące prędkości. Śruba kulowa pociągowa o średnicy 10 mm potrzebuje około 1800 obr/min, aby osiągnąć 300 mm/s:
300 mm/s ÷ 10 mm/obr.=30 obr./s=1800 obr./min
Mieści się to w zakresie prędkości roboczej wielu systemów serwo. W tym przykładzie napęd bezpośredni jest praktyczny i nie jest potrzebna skrzynia biegów.
8. Skrzynia biegów czy napęd bezpośredni? Tabela szybkich decyzji
| Pytanie | Jeśli tak | Kierunek wyboru |
|---|---|---|
| Czy moment obrotowy silnika jest wystarczający? | Tak | Zwykle preferowany jest napęd bezpośredni |
| Czy skok śruby odpowiada wymaganej prędkości? | Tak | Zwykle nie jest wymagana żadna skrzynia biegów |
| Czy oś jest pionowa lub-krytyczna dla bezpieczeństwa? | Tak | W razie potrzeby sprawdź hamulec, mechanizm trzymający lub skrzynię biegów |
| Czy obciążenie jest bardzo duże, a ołów bardzo mały? | Tak | Przed podjęciem decyzji oblicz margines momentu obrotowego |
| Czy skrzynia biegów zmniejszy wydajność pozycjonowania? | Tak | Unikaj skrzyni biegów, jeśli możliwy jest napęd bezpośredni |
9. Jakie informacje powinni podać kupujący?
Aby zdecydować, czy oś ze śrubą kulową wymaga przekładni, należy najpierw sprawdzić następujące informacje:
- Załaduj ciężar
- Kierunek montażu poziomy lub pionowy
- Wymagana prędkość liniowa
- Wymóg przyspieszenia
- Długość skoku
- Średnica śruby kulowej i skok
- Wymagana dokładność pozycjonowania
- Moc silnika serwo i moment znamionowy
- Cykl pracy i godziny pracy
- Wymóg bezpieczeństwa dotyczący utraty mocy lub trzymania w pionie
10. Powiązana pomoc w wyborze śrub kulowych
W większości przypadków wybór prawidłowego skoku śruby kulowej, momentu obrotowego silnika, zespołu nośnego i sprzęgła jest ważniejszy niż dodanie skrzyni biegów. Dobrze-dopasowany system śrub kulowych może obniżyć koszty, zaoszczędzić miejsce i poprawić dynamikę.
Powiązane opcje produktu DLY:
- Śruba kulowado maszyn CNC, systemów automatyki i modułów liniowych
- Śruba kulowa SFUdo standardowych zastosowań związanych z ruchem liniowym
- Śruba kulowa o dużym obciążeniudla większych sił ciągu i cięższych osi maszyn
- Wspornik śruby kulowejw tym jednostki wsparcia BK/BF, FK/FF i EK/EF
- Sprzęganiedo połączenia silnika i śruby kulowej
Wniosek
Większość systemów śrub kulowych nie potrzebuje skrzyni biegów, ponieważ skok śruby już przekształca obrót silnika w kontrolowaną prędkość liniową i użyteczny ciąg. W przypadku wielu osi automatyki odpowiednio dobrany serwomotor i śruba kulowa mogą zapewnić wystarczający moment obrotowy, prędkość i wydajność pozycjonowania bez dodatkowej redukcji.
Skrzynię biegów należy brać pod uwagę tylko wtedy, gdy napęd bezpośredni nie jest w stanie spełnić wymagań dotyczących momentu obrotowego, bezpieczeństwa pionowego, dopasowania bezwładności lub specjalnych wymagań instalacyjnych. W innych przypadkach dodanie skrzyni biegów może zwiększyć luz, koszt, rozmiar i bezwładność, jednocześnie zmniejszając reakcję dynamiczną.
Najlepszym rozwiązaniem jest obliczenie wymaganego ciągu, momentu obrotowego silnika, prędkości ślimaka i marginesu bezpieczeństwa przed podjęciem decyzji, czy konieczna jest skrzynia biegów.
Potrzebujesz pomocy w wyborze kombinacji śruby kulowej i silnika?
Podaj swoje obciążenie, prędkość, skok, skok śruby kulowej, kierunek montażu, wymagania dotyczące dokładności i informacje o silniku. DLY może pomóc sprawdzić, czy oś śruby kulowej wymaga napędu bezpośredniego, wsparcia skrzyni biegów, czy też innego doboru śrub.
E-mail: export@dlybearing.com
