В много системи за автоматизация серво моторът може да задвижва сферичен винт директно, без да използва скоростна кутия. Това е така, защото кабелът на сферичния винт вече преобразува високо-въртенето на двигателя в по-ниска-скорост и висока-тяга линейно движение.
Това обаче не означава, че скоростна кутия никога не се използва със сачмен винт. При оси с голямо{1}}натоварване, вертикални системи за повдигане, критични-за безопасността механизми или приложения с голямо несъответствие на инерцията все пак може да се обмисли скоростна кутия, спирачка или друга задържаща конструкция. Правилният избор зависи от въртящия момент на двигателя, кабела на сферичния винт, необходимата скорост, натоварването, посоката на монтаж и изискванията за безопасност.
Бърз отговор:
Повечето сачмено-винтови системи не се нуждаят от скоростна кутия. Скоростна кутия се разглежда само когато директното моторно задвижване не може да удовлетвори изискванията за въртящ момент, безопасност, скорост или-инерция.
1. Защо повечето сферични винтове не се нуждаят от скоростна кутия
Сферичният винт не е просто трансмисионен компонент. Това вече е ротационен-в-механизъм за преобразуване. Оловото на винта определя колко линеен ход се получава от едно пълно завъртане на винта.
Например, ако сачмен винт има 10 mm ход, гайката се премества 10 mm, когато винтът се завърти с един оборот. Ако двигателят работи при 3000 об/мин, теоретичната линейна скорост е:
Формула за линейна скорост:
Линейна скорост=проводник на винт × скорост на двигателя
10 mm/об × 3000 rpm=30000 mm/min=30 m/min
Това означава, че сферичният винт вече преобразува бързото въртене на двигателя в контролирано линейно движение. По-малката преднина произвежда по-ниска скорост и по-голяма тяга. По-голямата преднина произвежда по-висока скорост, но изисква повече въртящ момент на двигателя за същата тяга.
За много хоризонтални позициониращи оси, опаковъчни машини, спомагателни оси с ЦПУ, линейни модули и системи за автоматизация е достатъчно да изберете правилния проводник със сферичен винт и серво мотор. Добавянето на скоростна кутия често увеличава разходите и сложността, без да подобрява резултата.
2. Водене на сачмен винт, скорост и тяга
Много инженери първо мислят за оловото като параметър на скоростта. Всъщност оловото също влияе върху тягата и въртящия момент на двигателя. По-малката преднина действа като по-силна механична редукция, докато по-голямата преднина е по-добра за скоростта.
| Сачмен винт | Линейна скорост | Способност за тласък | Типична употреба |
|---|---|---|---|
| Малък повод | По-ниска линейна скорост | По-висока тяга за същия въртящ момент на двигателя | Повдигащи се оси, тежък товар, фино подаване, прецизна настройка |
| Средно олово | Балансирана скорост | Балансирана тяга | Обща автоматизация, CNC оси, опаковъчни машини |
| Голямо олово | По-висока линейна скорост | Изисква повече въртящ момент на двигателя за същата тяга | Бързи трансферни оси, дълго-ходово движение, високо-скоростно позициониране |
Полезна формула за изчисляване на въртящия момент е:
Формула за необходим въртящ момент:
T=F × олово / (2π × η)
T=необходим въртящ момент на винта, F=необходима тяга, ход=ход на винта, η=ефективност на предаване.
3. Защо ремъчните и зъбни задвижвания обикновено се нуждаят от скоростна кутия
Ремъчните, верижните и зъбните задвижвания естествено не осигуряват същия вид въртяща се-до-линейна редукция като сферичния винт. Ако двигател задвижва директно ремъчна система, линейната скорост може да е твърде висока и наличният въртящ момент може да не е достатъчен за товара.
В системите за предаване на колани или зъбни колела скоростната кутия обикновено се използва за:
- Намалете скоростта на двигателя до използваема изходна скорост
- Увеличете изходящия въртящ момент
- Подобрете съответствието на инерцията между двигателя и товара
- Подобрете стабилността на-контрола на ниска скорост
- Защитете двигателя от претоварване при определени приложения
4. Проблеми, причинени от добавяне на скоростна кутия към сферичен винт
Технически е възможно да се добави скоростна кутия между мотора и сферичния винт. Въпреки това, ако въртящият момент и скоростта на двигателя вече са подходящи, скоростната кутия може да създаде повече проблеми, отколкото ползи.
| Възможен проблем | Ефект върху сферично-винтовата система |
|---|---|
| Луфт | Може да намали точността и повторяемостта на позициониране |
| Еластичност при усукване | Може да намали динамичната реакция и да повлияе на стабилността на управлението |
| Допълнителна инерция | Може да забави ускорението и да намали реакцията на сервото |
| Още компоненти | Увеличава грешките при сглобяване и точките за поддръжка |
| По-голяма структура | Изисква повече място за монтаж и по-сложен дизайн на опората |
| По-висока цена | Може да не осигури достатъчно практическа полза за нормална сферично-винтова ос |
5. Кога е необходима скоростна кутия за сферичен винт?
Въпреки че повечето сачмено-винтови оси не се нуждаят от скоростна кутия, има някои специални случаи, в които тя може да бъде полезна.
| Състояние | Необходима ли е скоростна кутия? | Причина |
|---|---|---|
| Хоризонтална ос на средно{0}}натоварване | Обикновено не | Често са достатъчни подходящ серво мотор и проводник със сферичен винт |
| Високо натоварване с много малко преднина | може би | Необходимият въртящ момент на двигателя може да надхвърли капацитета на директно{0}}задвижване |
| Вертикална ос Z | може би | Трябва да се оцени безопасността на задържане по време на загуба на захранване |
| Голямо несъответствие на инерцията | може би | Редукторът може да помогне за подобряване на инерционното съвпадение в някои системи |
| Ограничен размер на двигателя | може би | Скоростната кутия може да увеличи наличния изходен въртящ момент, когато пространството ограничава избора на мотор |
| Високо{0}}ос на позициониране | Обикновено не | Скоростните кутии могат да намалят динамичната реакция и да увеличат инерцията |
6. Безопасност на вертикалната ос: Скоростната кутия не е единственото решение
За вертикалните оси основният проблем не е само въртящият момент. Безопасността при загуба на захранване също е важна. Скоростната кутия може да помогне за увеличаване на въртящия момент, но не трябва да се третира като единственото предпазно устройство.
В зависимост от дизайна на машината, инженерите могат също да обмислят:
- Серво моторна спирачка
- Механична спирачка
- Конструкция на противотежест
- Предпазна гайка или механичен ограничител
- Дизайн-за задържане при изключване
- Правилен избор на проводник и въртящ момент на двигателя
7. Пример за избор на истински двигател: Не е необходима скоростна кутия
Помислете за типична хоризонтална позиционираща ос:
| Заредете | 30 кг |
| Линейна скорост | 300 mm/s |
| Ускорение | 0.5 g |
| Инсулт | 800 мм |
| Точност на позициониране | ±0,02 мм |
| Сачмен винт | Ø20 мм, повод 10 мм |
| Ефективност на предаване | 0.9 |
Стъпка 1: Оценете необходимата тяга. За това хоризонтално приложение, след отчитане на ускорението и практическия резерв, необходимата тяга е около 250 N.
Стъпка 2: Изчислете необходимия въртящ момент на вала на винта:
T=250 × 0,01 / (2π × 0,9) ≈ 0,44 Nm
Сервомотор от 400 W с номинален въртящ момент над 1 Nm има достатъчен запас от въртящ момент за това приложение.
Стъпка 3: Проверете изискването за скорост. 10 mm оловен сачмен винт се нуждае от около 1800 rpm, за да достигне 300 mm/s:
300 mm/s ÷ 10 mm/rev=30 rev/s=1800 rpm
Това е в работния диапазон на скоростта на много серво системи. В този пример директното задвижване е практично и не е необходима скоростна кутия.
8. Скоростна кутия или директно задвижване? Таблица за бързо решение
| Въпрос | Ако да | Посока на избора |
|---|---|---|
| Достатъчен ли е въртящият момент на двигателя? | да | Обикновено се предпочита директното задвижване |
| Оводът на винта отговаря ли на необходимата скорост? | да | Обикновено не е необходима скоростна кутия |
| Оста вертикална ли е или{0}}безопасността е критична? | да | Проверете спирачката, задържащия механизъм или скоростната кутия, ако е необходимо |
| Товарът много голям ли е и оловото много малко ли е? | да | Изчислете границата на въртящия момент, преди да вземете решение |
| Скоростната кутия ще намали ли ефективността на позициониране? | да | Избягвайте скоростна кутия, ако е възможно директно задвижване |
9. Каква информация трябва да предоставят купувачите?
За да решите дали сачмено-винтовата ос се нуждае от скоростна кутия, първо трябва да се потвърди следната информация:
- Тегло на товара
- Хоризонтална или вертикална посока на монтаж
- Необходима линейна скорост
- Изискване за ускорение
- Дължина на удара
- Диаметър на сачмен винт и ход
- Необходима точност на позициониране
- Мощност на серво мотора и номинален въртящ момент
- Цикъл на работа и работно време
- Изискване за безопасност при загуба на мощност или вертикално задържане
10. Свързана опора за избор на сферичен винт
В повечето случаи изборът на правилния проводник на сферичния винт, въртящия момент на двигателя, опорния възел и съединителя е по-важен от добавянето на скоростна кутия. Една-добре съчетана система със сферични винтове може да намали разходите, да спести място и да подобри динамичната реакция.
Свързани опции за DLY продукти:
- Сачмен винтза CNC машини, системи за автоматизация и линейни модули
- SFU сферичен винтза стандартни приложения за линейно движение
- Сферично-винтова връзка с високо натоварванеза по-висока тяга и по-тежки машинни оси
- Сачмено-винтова опоравключително поддържащи модули BK/BF, FK/FF и EK/EF
- Съединителза свързване на двигател и сферична винтова връзка
Заключение
Повечето сачмено-винтови системи не се нуждаят от скоростна кутия, тъй като кабелът на винта вече преобразува въртенето на двигателя в контролирана линейна скорост и използваема тяга. За много автоматизирани оси, правилно избран серво мотор и сферичен винт могат да осигурят достатъчно въртящ момент, скорост и производителност на позициониране без допълнително намаляване.
Скоростна кутия трябва да се има предвид само когато директното задвижване не може да отговори на изискванията за въртящ момент, вертикална безопасност, съвпадение на инерцията или специални изисквания за монтаж. В други случаи добавянето на скоростна кутия може да увеличи хлабината, цената, размера и инерцията, като същевременно намали динамичната реакция.
Най-доброто решение е да се изчисли необходимата тяга, въртящ момент на двигателя, скорост на шнека и граница на безопасност, преди да се реши дали е необходима скоростна кутия.
Нуждаете се от помощ при избора на комбинация от сферичен винт и мотор?
Моля, споделете вашето натоварване, скорост, ход, проводник на сачмен винт, посока на монтаж, изискване за точност и информация за двигателя. DLY може да ви помогне да прегледате дали вашата оста на сачмен винт се нуждае от директно задвижване, поддръжка на скоростна кутия или друг избор на винт.
Имейл: export@dlybearing.com
