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Selezione di una cinghia di distribuzione per amodulo linearenon è questione di scegliere la cinghia più larga che si adatta al profilo. La cinghia deve adattarsi alla forma del dente della puleggia, trasmettere la forza richiesta senza salti del dente, fornire una rigidità alla trazione sufficiente per il posizionamento, sopravvivere a flessioni ripetute attorno alle pulegge e rimanere stabile alla temperatura, alla velocità e al ciclo di lavoro effettivi.
Un correttoscelta della cinghia dentata per un modulo linearequindi inizia con la richiesta di movimento e lavora all'indietro attraverso il profilo del dente, il passo, la larghezza della cinghia, l'elemento di trazione, la dimensione della puleggia e il pretensionamento.
Questa guida spiega come prendere tali decisioni e perché due nastri con la stessa larghezza possono comportarsi in modo molto diverso sullo stesso asse lineare.
Inizia con il requisito di movimento
Prima di scegliere il profilo o la larghezza del nastro, definire cosa deve fare il modulo lineare.
Gli input utili includono:
- Massa in movimento
- Colpo richiesto
- Velocità lineare massima
- Accelerazione e decelerazione
- Montaggio orizzontale o verticale
- Forza del processo esterno
- Frequenza del ciclo e ore di funzionamento
- Ripetibilità richiesta
- Temperatura e contaminazione
- Diametro puleggia e larghezza modulo disponibili
Regola di selezione:non scegliere il nastro solo in base al carico utile. L'accelerazione, la dimensione della puleggia, l'innesto dei denti e il ciclo di lavoro possono essere importanti tanto quanto il carico statico.
Passaggio 1: scegliere il profilo dentale corretto
Il profilo del dente definisce il modo in cui la cinghia si impegna con la puleggia. Le famiglie comuni di cinghie sincrone industriali includono profili trapezoidali e profili curvilinei, con diverse varianti metriche e specifiche del produttore disponibili.
La regola più importante è semplice:
Il profilo del dente della cinghia e il profilo del dente della puleggia devono corrispondere esattamente.
Lo stesso passo nominale non significa che due diverse famiglie di denti siano intercambiabili.
Profili trapezoidali
I profili trapezoidali della cinghia dentata hanno una geometria dei denti a lati diritti e sono ampiamente utilizzati nei sistemi di posizionamento e di automazione generale.
Possono essere una scelta pratica quando:
- Il sistema utilizza già pulegge corrispondenti
- Sono necessarie forza e velocità moderate
- La disponibilità dei sostituti è importante
- Il design del modulo esistente si basa sulla geometria del dente
Profili curvilinei
Le forme dei denti curvi o curvilinei modificati sono comunemente utilizzate laddove si desidera una maggiore capacità di carico dei denti, un impegno più fluido o una migliore distribuzione del carico.
A seconda della famiglia di cinghie, possono offrire vantaggi negli assi ad alta accelerazione o con carico maggiore, ma la forza effettiva ammissibile deve essere ricavata dai dati nominali del produttore della cinghia.
Non mescolare i profili per somiglianza visiva
Può sembrare che una cinghia si adatti a una puleggia anche quando la geometria del dente non è corretta. Un innesto errato può concentrare lo stress, aumentare il rumore e accelerare l'usura dei denti.
Passaggio 2: selezionare il passo della cinghia
Passo della cinghiaè la distanza tra i punti corrispondenti sui denti della cinghia adiacenti.
Il tono influisce:
- Dimensione del dente
- Forza trasmessa ammissibile
- Dimensione pratica minima della puleggia
- Distanza lineare spostata per giro della puleggia
- Guidare la compattezza
- Potenziale risoluzione di posizionamento dalla trasmissione meccanica
Passo più piccolo
Un passo più piccolo può supportare una puleggia più compatta e un incremento meccanico più fine per dente della puleggia. È comunemente interessante per i sistemi di posizionamento compatti e con carico moderato.
Passo più grande
Un passo maggiore generalmente fornisce denti più grandi e può supportare una forza maggiore se utilizzato con una larghezza della cinghia e una geometria della puleggia adeguate. Potrebbe essere più adatto per movimenti più pesanti o più aggressivi.
Tuttavia, un passo maggiore tende anche a richiedere pulegge più grandi e più spazio di installazione.
Il passo non è un coefficiente di carico autonomo
Due cinghie con lo stesso passo possono avere capacità molto diverse perché anche la larghezza della cinghia, l'elemento di trazione, il materiale dei denti, il numero di denti della puleggia e la velocità operativa influiscono sulla valutazione.
Pertanto, non utilizzare una regola del tipo “questo campo sopporta così tanti chilogrammi”.
Il processo corretto è:
- Calcolare la forza della cinghia richiesta.
- Selezionare un profilo e un passo del dente adatti.
- Controllare la forza consentita dal produttore della cinghia per la larghezza e la puleggia effettive.
- Confermare l'innesto dei denti e i limiti della puleggia.
- Applicare il servizio del produttore o i fattori di correzione ove richiesto.
Passaggio 3: determinare la larghezza della cinghia
Larghezza della cinghiainfluenza direttamente la quantità di carico di trazione e sui denti che la cinghia può sopportare e influisce anche sulla rigidità assiale.
Una cintura più ampia può generalmente fornire:
- Forza trasmessa consentita più elevata
- Maggiore rigidità alla trazione
- Allungamento elastico inferiore sotto la stessa forza
- Maggiore area di contatto tra i denti
Ma una cintura più ampia richiede anche:
- Pulegge più larghe
- Più spazio sui moduli
- Costo potenzialmente più elevato
- Allineamento accurato lungo la faccia più ampia del dente
Non sovradimensionare la larghezza senza controllare il resto del sistema
Se la vera limitazione è il carico del cuscinetto della puleggia, la rigidità del profilo del modulo o la coppia del motore, il semplice aumento della larghezza della cinghia non risolverà l'intero problema di progettazione.
Passaggio 4: calcolare la forza della cinghia richiesta
Per un asse orizzontale semplificato, la forza che la cinghia deve trasmettere può essere stimata da:
Fmossa= m × a + Fresistenza+Fprocesso
Dove:
- M= massa totale in movimento
- UN= accelerazione lineare
- Fresistenza= guida, guarnizione e resistenza del cavo
- Fprocesso= forza del processo esterno
Per movimento verticale
La gravità deve essere inclusa:
Fsu= m(g + a) + Fresistenza+Fprocesso
La cinghia e la trasmissione dovrebbero quindi essere controllate rispetto al segmento più impegnativo del ciclo di movimento.
La forza dinamica è spesso più importante del carico utile statico
Consideriamo due assi che trasportano la stessa massa in movimento di 15 kg. Si accelera dolcemente; l'altro raggiunge la massima velocità in una frazione di secondo.
Il secondo asse produce una forza della cinghia molto più elevata anche se il carico utile è identico.
Questo è il motivo per cui i sistemi pick-and-place ad alta velocità spesso necessitano di un nastro più largo o più rigido rispetto ai sistemi di trasferimento più lenti con lo stesso carico utile.
Passaggio 5: verificare l'impegno dei denti
La cinghia trasmette la forza attraverso i denti in presa con la puleggia. Il numero di denti in contatto influisce sulla modalità di condivisione del carico.
I fattori importanti includono:
- Conteggio dei denti della puleggia
- Angolo di avvolgimento
- Tensione della cinghia
- Disposizione dell'unità
- Forza trasmessa di picco
Troppi pochi denti impegnati possono creare un sovraccarico locale
Se solo un numero limitato di denti sostiene il carico, lo stress sui denti aumenta e può aumentare il rischio di salto dei denti o di usura accelerata.
Utilizzare l'impegno minimo e le raccomandazioni sulla puleggia fornite dal produttore della cinghia per il profilo selezionato.
Passaggio 6: verificare la dimensione minima della puleggia
Una puleggia più piccola rende il modulo più compatto, ma piega più bruscamente la cinghia di distribuzione.
Pulegge eccessivamente piccole possono aumentare:
- Sollecitazione di flessione della cinghia
- Fatica degli organi di trazione
- Deformazione del dente
- Velocità del cuscinetto
Ogni famiglia di cinghie raccomanda dimensioni minime delle pulegge o conteggi dei denti. Questi limiti dovrebbero essere considerati come parte della scelta della cintura e non come un ripensamento.
Il diametro della puleggia modifica anche la coppia del motore
Per un asse azionato da cinghia, il raggio primitivo della puleggia collega la forza lineare alla coppia del motore:
T = F × r ÷ h
Una puleggia più grande muove una quantità maggiore di nastro per giro e può ridurre la velocità del motore richiesta per una determinata velocità lineare, ma richiede anche una coppia maggiore per la stessa forza lineare.
Una puleggia più piccola fa il contrario, entro i limiti di flessione e di impegno dei denti consentiti dalla cinghia.
Passaggio 7: scegli il materiale della cintura
Il materiale del corpo della cinghia influisce sull'usura, sul comportamento alla temperatura, sulla resistenza chimica, sul rumore e sull'idoneità ambientale.
Due famiglie di materiali comuni sono le cinghie a base di poliuretano e le cinghie sincrone a base di gomma/elastomero.
Cinghie dentate in poliuretano
Le cinghie in poliuretano sono comuni nell'automazione di precisione e nei sistemi di posizionamento lineare perché possono fornire una buona resistenza all'usura e stabilità dimensionale.
A seconda della costruzione, possono essere selezionati per:
- Automazione pulita
- Posizionamento ad alto ciclo
- Applicazioni che richiedono una buona resistenza all'abrasione
- Rivestimenti speciali o profili di supporto
Cinghie dentate in gomma o elastomero
Le cinghie a base di gomma sono ampiamente utilizzate nella trasmissione di potenza industriale e possono fornire buona flessibilità e smorzamento.
La scelta corretta dipende dalla temperatura, dall'ambiente, dal diametro della puleggia, dalla rigidità richiesta e dalle specifiche del produttore.
La selezione dei materiali dovrebbe seguire l'ambiente reale.Olio, liquido refrigerante, prodotti chimici detergenti, umidità e temperatura possono alterare significativamente la durata della cinghia.
Passaggio 8: scegliere l'elemento di trazione
L'elemento di trazione interno sostiene la maggior parte della tensione della cinghia e ha un effetto importante sulla rigidità assiale.
I comuni materiali di trazione possono includere:
- Cavo d'acciaio
- Fibra aramidica
- Fibra di vetro o altri sistemi di rinforzo
Cinghie in corda d'acciaio
Il rinforzo in acciaio può fornire un'elevata rigidità alla trazione e un basso allungamento elastico, il che è interessante per il posizionamento a corsa lunga.
I compromessi possono includere il diametro minimo della puleggia, la massa e la sensibilità alla fatica se la cinghia viene piegata più strettamente del previsto.
Nastri rinforzati con fibre
Il rinforzo in aramide o fibra di vetro può offrire diverse combinazioni di flessibilità, peso, rigidità e comportamento ambientale.
L'elemento di trazione corretto dovrebbe essere scelto in base ai dati del produttore della cinghia piuttosto che in base al solo nome del materiale.
La rigidità della cinghia influisce sulle prestazioni di posizionamento
La stessa forza trasmessa produce uno spostamento più elastico in una cinghia meno rigida.
Concettualmente:
Spostamento elastico ≈ forza della cinghia ÷ rigidezza effettiva a trazione
Ciò diventa sempre più importante quando:
- La corsa è lunga
- La massa in movimento è alta
- L'accelerazione è elevata
- La precisione assoluta del posizionamento è importante
- Il carico cambia in modo significativo durante il ciclo
Per assi di posizionamento impegnativi, la larghezza della cinghia e la rigidità degli elementi di trazione dovrebbero quindi essere considerate insieme.
Passaggio 9: impostare la pretensione corretta
Le cinghie dentate richiedono un'adeguata tensione di installazione per mantenere l'impegno dei denti e la stabilità del posizionamento.
Troppe poche pretese
I possibili problemi includono:
- Vibrazioni della cinghia
- Salto del dente
- Errore di inversione più elevato
- Scarsa coerenza del posizionamento
Troppe pretese
I possibili problemi includono:
- Carico maggiore sul cuscinetto della puleggia
- Richiesta di coppia motore più elevata
- Affaticamento accelerato della cinghia
- Carico strutturale aggiuntivo
Il pretensionamento corretto è il valore specificato per la geometria effettiva della cinghia e della trasmissione, non "il più stretto possibile".
Come viene impostata la tensione della cinghia?
A seconda del produttore della cinghia e del design del modulo, la tensione può essere controllata mediante:
- Deflessione specificata della cinghia sotto una forza nota
- Misurazione della frequenza
- Tensiometri meccanici
- Dimensioni di regolazione definite in fabbrica
Lo stesso metodo approvato deve essere utilizzato quando la cinghia viene sostituita o ritensionata.
Passaggio 10: controllare la velocità e la frequenza di piegatura
L'elevata velocità lineare aumenta la frequenza dei cicli della cinghia attorno alle pulegge. Anche se la forza trasmessa è moderata, le flessioni ripetute possono diventare un fattore vitale.
Controllo:
- Velocità massima del nastro
- Velocità di rotazione della puleggia
- Diametro minimo della puleggia
- Frequenza del ciclo
- Ore di funzionamento al giorno
Una cinghia adatta per trasferimenti occasionali potrebbe non essere la scelta migliore per un asse ad alto numero di cicli che inverte ogni pochi secondi.
Gli assi a corsa lunga richiedono particolare attenzione alla lunghezza della cinghia
Un vantaggio delle cinghie dentate è che si adattano bene ai viaggi lunghi. Ma una maggiore lunghezza della cinghia libera aumenta la quantità di materiale elastico nel percorso della forza.
Ciò può influenzare:
- Conformità del posizionamento
- Vibrazione
- Variazione della lunghezza termica
- Stabilità della pretensione
Per un movimento di precisione a corsa lunga, l'elevata rigidità della cinghia, la corretta tensione e un feedback adeguato diventano più importanti.
I moduli aperti e chiusi possono utilizzare requisiti di cinghia diversi
Moduli aperti
Il nastro è più facile da ispezionare ma più esposto a polvere, nebbia d'olio e detriti di processo. La compatibilità dei materiali e il controllo della contaminazione diventano importanti.
Moduli chiusi
Il nastro riceve una maggiore protezione ambientale, ma la temperatura interna e l'accesso per la manutenzione potrebbero diventare più importanti. Il design della copertura non deve interferire con il tracciamento o la manutenzione del nastro.
Quando sono utili supporti o rivestimenti speciali per nastri
Alcuni nastri per automazione sono disponibili con superfici di supporto speciali, rivestimenti o profili personalizzati.
Questi possono essere utili quando il nastro stesso trasporta, indicizza o entra in contatto con il prodotto, ad esempio:
- Trasporto del prodotto
- Manipolazione con il vuoto
- Trasporto a contatto morbido
- Trasferimento ad alto attrito
Per un modulo lineare convenzionale in cui la cinghia trasmette la forza solo internamente, questi supporti speciali potrebbero non essere necessari.
Errori comuni nella selezione della cinghia di distribuzione
Scegliendo solo in base alla larghezza
La larghezza è solo una parte della capacità. Anche il profilo del dente, il passo, la dimensione della puleggia e l'elemento di trazione sono importanti.
Supponendo che le cinghie con lo stesso passo siano intercambiabili
Profili dei denti diversi possono condividere lo stesso passo nominale ma richiedono pulegge diverse.
Ignorando l'accelerazione
Un'elevata accelerazione può produrre una forza sulla cinghia molto più elevata di quanto suggerito dal carico utile statico.
Utilizzando la puleggia più piccola che si adatta fisicamente
La compattezza non vale la pena ridurre la durata della cinghia o violare le raccomandazioni minime sulla puleggia.
Usare una pretensione eccessiva per migliorare la precisione
Una tensione eccessiva aumenta il carico del cuscinetto e della cinghia e non garantisce un migliore posizionamento.
Ignorare l'ambiente
Olio, polvere, sostanze chimiche e temperatura possono ridurre la durata anche quando la cinghia è sufficientemente grande dal punto di vista meccanico.
Sostituzione della cinghia senza controllo delle pulegge
Pulegge usurate, contaminate o disallineate possono danneggiare rapidamente una nuova cinghia.
Un flusso di lavoro pratico per la selezione della cinghia di distribuzione
- Definire il profilo di movimento.Corsa, velocità, accelerazione, tempo ciclo e direzione di montaggio.
- Calcolare la forza lineare richiesta.
- Selezionare una famiglia di profili dei denti compatibile con il design del modulo.
- Seleziona una presentazione pratica.
- Scegliere il numero e il diametro preliminari dei denti della puleggia.
- Controllare i requisiti minimi di innesto della puleggia e dei denti.
- Selezionare la larghezza della cinghia dalla forza trasmessa consentita.
- Controllare la rigidità a trazione per i requisiti di posizionamento.
- Selezionare il materiale del corpo della cinghia e del membro di trazione per l'ambiente.
- Impostare la pretensione utilizzando il metodo specificato.
- Controllare la coppia e la velocità del motore con la dimensione finale della puleggia.
- Controllare il ciclo di lavoro, la velocità del nastro e la durata prevista.
Cosa serve QRXQ per selezionare una cinghia per un modulo lineare
- Modello del modulo o dimensione del profilo
- Colpo richiesto
- Massa in movimento
- Velocità massima
- Accelerazione
- Installazione orizzontale o verticale
- Forza del processo esterno
- Ripetibilità richiesta
- Larghezza disponibile del modulo e spazio sulla puleggia
- Temperatura operativa
- Esposizione a polvere, olio o sostanze chimiche
- Conteggio del ciclo giornaliero
La corretta cinghia di distribuzione è una scelta di sistema.Profilo del dente, passo, larghezza, elemento di trazione, dimensione della puleggia e pretensionamento devono funzionare insieme. La modifica di un parametro può alterare la coppia del motore, la rigidità, il posizionamento e la durata della cinghia.
QRXQ valuta la scelta della cinghia di distribuzione in base ai requisiti di movimento lineare completo anziché scegliere la dimensione della cinghia in base al solo carico utile.
