În multe sisteme de automatizare, un servomotor poate antrena direct un șurub cu bile fără a utiliza o cutie de viteze. Acest lucru se datorează faptului că conductorul șurubului cu bile transformă deja-rotația motorului cu viteză mare în mișcare liniară cu-viteză mai mică,-împingere mare.
Cu toate acestea, acest lucru nu înseamnă că o cutie de viteze nu este niciodată utilizată cu un șurub cu bile. În axele de-sarcină mare, sistemele de ridicare verticale, mecanismele-critice de siguranță sau aplicațiile cu nepotrivire mare a inerției, pot fi luate în considerare în continuare o cutie de viteze, frână sau altă structură de reținere. Alegerea corectă depinde de cuplul motorului, conductorul șurubului cu bile, viteza necesară, sarcina, direcția de montare și cerințele de siguranță.
Raspuns rapid:
Majoritatea sistemelor cu șurub cu bile nu au nevoie de cutie de viteze. O cutie de viteze este luată în considerare numai atunci când acționarea directă a motorului nu poate satisface cerințele de potrivire a cuplului, siguranței, vitezei sau inerției-.
1. De ce majoritatea șuruburilor cu bile nu au nevoie de o cutie de viteze
Un șurub cu bile nu este doar o componentă de transmisie. Este deja un mecanism de conversie rotativ-în-liniar. Cablul șurubului definește cât de multă deplasare liniară este produsă de o rotație completă a șurubului.
De exemplu, dacă un șurub cu bile are un avans de 10 mm, piulița se mișcă cu 10 mm atunci când șurubul se rotește cu o rotație. Dacă motorul funcționează la 3000 rpm, viteza liniară teoretică este:
Formula liniară a vitezei:
Viteză liniară=cablu șurub × viteza motorului
10 mm/tur × 3000 rpm=30000 mm/min=30 m/min
Aceasta înseamnă că șurubul cu bile transformă deja rotația rapidă a motorului în cursă liniară controlată. Un avans mai mic produce viteză mai mică și tracțiune mai mare. Un avans mai mare produce o viteză mai mare, dar necesită mai mult cuplu motor pentru aceeași forță.
Pentru multe axe de poziționare orizontale, mașini de ambalare, axe auxiliare CNC, module liniare și sisteme de automatizare, este suficientă alegerea corectă a șurubului cu bile și a servomotorului. Adăugarea unei cutii de viteze crește adesea costul și complexitatea fără a îmbunătăți rezultatul.
2. Plumb, viteză și tracțiune șurubului cu bile
Mulți ingineri se gândesc mai întâi la plumb ca pe un parametru de viteză. De fapt, plumbul afectează și tracțiunea și cuplul motorului. Un cablu mai mic acționează ca o reducere mecanică mai puternică, în timp ce un cablu mai mare este mai bun pentru viteză.
| Plumb șurub cu bile | Viteza liniară | Abilitatea de împingere | Utilizare tipică |
|---|---|---|---|
| Plumb mic | Viteză liniară mai mică | Tracțiune mai mare pentru același cuplu motor | Axele de ridicare, sarcina mare, avans fin, reglare de precizie |
| Plumb mediu | Viteză echilibrată | Împingere echilibrată | Automatizări generale, axe CNC, mașini de ambalare |
| Plumb mare | Viteză liniară mai mare | Necesită mai mult cuplu motor pentru aceeași tracțiune | Axe de transfer rapid, mișcare-lungă, poziționare cu viteză mare- |
O formulă utilă de calcul al cuplului este:
Formula de cuplu necesară:
T=F × plumb / (2π × η)
T=cuplul șurubului necesar, F=forța necesară, plumb=plumb șurub, η=eficiența transmisiei.
3. De ce transmisiile cu curea și angrenajul au nevoie de obicei de o cutie de viteze
Transmisiile cu curele, lanț și angrenaje nu oferă în mod natural același tip de reducere rotativă-la-liniară ca un șurub cu bile. Dacă un motor antrenează direct un sistem de curele, viteza liniară poate fi prea mare, iar cuplul disponibil poate să nu fie suficient pentru sarcină.
În sistemele de transmisie cu curea sau cu roți dințate, o cutie de viteze este folosită în mod obișnuit pentru:
- Reduceți viteza motorului la o viteză de ieșire utilizabilă
- Măriți cuplul de ieșire
- Îmbunătățiți potrivirea inerției între motor și sarcină
- Îmbunătățiți stabilitatea-controlului la viteză mică
- Protejați motorul de suprasarcină în anumite aplicații
4. Probleme cauzate de adăugarea unei cutii de viteze la un șurub cu bile
Din punct de vedere tehnic, este posibil să adăugați o cutie de viteze între motor și șurub cu bile. Cu toate acestea, dacă cuplul și viteza motorului sunt deja adecvate, cutia de viteze poate crea mai multe probleme decât beneficii.
| Problemă posibilă | Efect asupra sistemului cu șurub cu bile |
|---|---|
| Reacție | Poate reduce precizia poziționării și repetabilitatea |
| Elasticitatea la torsiune | Poate reduce răspunsul dinamic și poate afecta stabilitatea controlului |
| Inerție suplimentară | Poate încetini accelerația și reduce răspunsul servo |
| Mai multe componente | Mărește erorile de asamblare și punctele de întreținere |
| Structură mai mare | Necesită mai mult spațiu de instalare și un design de suport mai complex |
| Cost mai mare | Este posibil să nu ofere suficient beneficii practice pentru o axă normală cu șurub cu bile |
5. Când este necesară o cutie de viteze pentru un șurub cu bile?
Deși majoritatea axelor cu șurub cu bile nu au nevoie de o cutie de viteze, există câteva cazuri speciale în care aceasta poate fi utilă.
| Stare | Este nevoie de cutie de viteze? | Motiv |
|---|---|---|
| Axa de încărcare medie orizontală- | De obicei nu | Un servomotor adecvat și un șurub cu bile sunt adesea suficiente |
| Sarcină mare cu plumb foarte mic | Pot fi | Cuplul necesar al motorului poate depăși capacitatea-de acționare directă |
| Axa Z verticală | Pot fi | Siguranța menținerii în timpul pierderii de putere trebuie evaluată |
| Nepotrivire mare de inerție | Pot fi | Un reductor poate ajuta la îmbunătățirea potrivirii inerției în unele sisteme |
| Dimensiune limitată a motorului | Pot fi | O cutie de viteze poate crește cuplul de ieșire disponibil atunci când spațiul limitează selecția motorului |
| Axa de poziţionare cu viteză mare- | De obicei nu | Cutiile de viteze pot reduce răspunsul dinamic și pot crește inerția |
6. Siguranța axei verticale: cutia de viteze nu este singura soluție
Pentru axele verticale, problema principală nu este doar cuplul. Siguranța în timpul pierderii de putere este, de asemenea, importantă. O cutie de viteze poate ajuta la creșterea cuplului de reținere, dar nu trebuie tratată ca singurul dispozitiv de siguranță.
În funcție de proiectarea mașinii, inginerii pot lua în considerare și:
- Frână servomotor
- Frână mecanică
- Structura de contrabalansare
- Piuliță de siguranță sau opritor mecanic
- Opriți-designul de menținere
- Selecția corectă a șurubului cu bile și a cuplului motorului
7. Exemplu de selecție a motorului real: nu este nevoie de cutie de viteze
Luați în considerare o axă de poziționare orizontală tipică:
| Încărca | 30 kg |
| Viteza liniară | 300 mm/s |
| Accelerare | 0.5 g |
| Accident vascular cerebral | 800 mm |
| Precizia poziționării | ±0,02 mm |
| Șurub cu bile | Ø20 mm, plumb 10 mm |
| Eficiența transmisiei | 0.9 |
Pasul 1: Estimați forța necesară. Pentru această aplicație orizontală, după luarea în considerare a accelerației și a marjei practice, forța necesară este de aproximativ 250 N.
Pasul 2: Calculați cuplul necesar la arborele șurubului:
T=250 × 0,01 / (2π × 0,9) ≈ 0,44 Nm
Un servomotor de 400 W cu un cuplu nominal peste 1 Nm are o marjă de cuplu suficientă pentru această aplicație.
Pasul 3: Verificați cerința de viteză. Un șurub cu bile de plumb de 10 mm are nevoie de aproximativ 1800 rpm pentru a ajunge la 300 mm/s:
300 mm/s ÷ 10 mm/rpm=30 rpm=1800 rpm
Aceasta se află în intervalul de viteză de lucru al multor sisteme servo. În acest exemplu, transmisia directă este practică și nu este necesară nicio cutie de viteze.
8. Cutie de viteze sau Direct Drive? Tabel de decizie rapidă
| Întrebare | Dacă da | Direcția de selecție |
|---|---|---|
| Este suficient cuplul motorului? | Da | De obicei, se preferă conducerea directă |
| Cablul șurubului se potrivește cu viteza necesară? | Da | De obicei nu este nevoie de cutie de viteze |
| Este axa verticală sau{0}}de siguranță critică? | Da | Verificați frâna, mecanismul de reținere sau cutia de viteze dacă este necesar |
| Sarcina este foarte mare și plumbul este foarte mic? | Da | Calculați marja cuplului înainte de a decide |
| Va reduce o cutie de viteze performanța de poziționare? | Da | Evitați cutia de viteze dacă este posibilă acționarea directă |
9. Ce informații ar trebui să furnizeze cumpărătorii?
Pentru a decide dacă o axă cu șurub cu bile necesită o cutie de viteze, trebuie confirmate mai întâi următoarele informații:
- Greutatea încărcăturii
- Direcția de montare orizontală sau verticală
- Viteza liniară necesară
- Cerință de accelerație
- Lungimea cursei
- Diametrul șurubului cu bile și plumb
- Precizia de poziționare necesară
- Puterea servomotorului și cuplul nominal
- Ciclul de lucru și orele de lucru
- Cerință de siguranță pentru pierderea de putere sau menținerea verticală
10. Suport de selecție a șuruburilor cu bile
În cele mai multe cazuri, selectarea corectă a cablului șurubului cu bile, a cuplului motorului, a unității de sprijin și a cuplului este mai importantă decât adăugarea unei cutii de viteze. Un sistem cu șurub cu bile bine-potrivit poate reduce costurile, economisi spațiu și îmbunătăți răspunsul dinamic.
Opțiuni de produs DLY înrudite:
- Șurub cu bilepentru mașini CNC, sisteme de automatizare și module liniare
- Șurub cu bile SFUpentru aplicații standard de mișcare liniară
- Șurub cu bile de sarcină marepentru tracțiune mai mare și axe ale mașinii mai grele
- Suport șurub cu bileinclusiv unități de suport BK/BF, FK/FF și EK/EF
- Cuplarepentru conectare la motor și șurub cu bile
Concluzie
Majoritatea sistemelor cu șurub cu bile nu au nevoie de o cutie de viteze, deoarece cablul șurubului transformă deja rotația motorului în viteză liniară controlată și forță utilizabilă. Pentru multe axe de automatizare, un servomotor selectat corect și un șurub cu bile pot oferi suficient cuplu, viteză și performanță de poziționare fără o reducere suplimentară.
O cutie de viteze ar trebui luată în considerare numai atunci când transmisia directă nu poate îndeplini cerințele speciale de cuplu, siguranță verticală, potrivire a inerției sau instalare. În alte cazuri, adăugarea unei cutii de viteze poate crește jocul, costul, dimensiunea și inerția, reducând în același timp răspunsul dinamic.
Cea mai bună soluție este să calculați forța necesară, cuplul motorului, viteza șurubului și marja de siguranță înainte de a decide dacă este necesară o cutie de viteze.
Aveți nevoie de ajutor pentru a alege o combinație de șurub cu bile și motor?
Vă rugăm să vă împărtășiți sarcina, viteza, cursa, avansul șurubului cu bile, direcția de montare, cerințele de precizie și informațiile despre motor. DLY vă poate ajuta să verificați dacă axa șurubului dvs. cu bile necesită acționare directă, suport pentru cutia de viteze sau o selecție diferită de șurub.
E-mail: export@dlybearing.com
