Типы реечных линейных модулей: прямые и винтовые рейки

Реечный механизмлинейные модулишироко используются для перемещения на большие расстояния, на высоких скоростях и в тяжелых условиях, поскольку длину привода можно увеличить, не требуя использования одного длинного вращающегося винта. Но "модуль реечной передачиохватывает несколько очень разных структур.

Самый полезный способ понятьТипы линейных модулей реечного типасостоит в их классификации по форме зубьев, расположению привода, методу предварительного натяга, уровню защиты и архитектуре машины. Прямая рейка с одной шестерней, винтовая рейка с двумя шестернями с предварительным натягом, закрытая ось с длинным ходом и двусторонний тяжелый портал могут принадлежать к одному и тому же семейству продуктов, но иметь совершенно разные характеристики.

В этом руководстве описаны основные конструкции стоечных модулей и показано, где лучше всего подходят прямые стойки, винтовые стойки, одно- и двухшестеренные приводы, одно- и двусторонняя компоновка стоек, открытые/закрытые конструкции и конфигурации для тяжелых условий эксплуатации.

Модули реечной передачи можно классифицировать по нескольким параметрам.

• Рейка с прямыми или спиральными зубьями
• Привод с одной или двумя шестернями
• Односторонний или двусторонний реечный привод
• Открытый, полузакрытый или закрытый модуль
• Стандартная, широкофюзеляжная или усиленная конструкция.
• Одиночная каретка или портальная тележка
• Один двигатель или синхронизированный двойной двигатель
• Одна секция стойки или многосекционная с большим ходом

Важный:это разные классификационные измерения. Модуль может быть одновременно винтовым, двухшестеренным, закрытым и сверхпрочным.

Линейные модули с прямой стойкой

В прямой стойке используются зубья, перпендикулярные направлению движения. Сопряженная шестерня также имеет прямые зубья.

Типичные преимущества включают в себя:

• Простая геометрия зубьев
• Простота изготовления и контроля
• Хорошая эффективность
• Отсутствие осевой зубчато-упорной составляющей от угла винтовой линии
• Широкая доступность
• Экономичное движение с большим ходом

Где обычно используются прямые стоечные модули

• Обработка материалов
• Автоматизация склада
• Большие передаточные оси
• Общие портальные системы
• Загрузка машины
• Длительное путешествие, при котором приемлемы умеренный шум и плавность хода.

Линейные модули спиральной стойки

В винтовой стойке используются зубья, расположенные под углом относительно направления движения. Сопряженная винтовая шестерня входит в зацепление постепенно, а не сразу по всей ширине зуба.

Это может обеспечить:

• Более плавное зацепление зубов
• Более высокий коэффициент контакта во многих конструкциях
• Уменьшение пульсаций передачи
• Снижение ударного шума при одинаковом качестве и условиях эксплуатации.
• Хорошая пригодность для точного перемещения с большим ходом.

Спиральные стойки также создают осевую силу.

Поскольку зубья расположены под углом, шестерня создает осевую составляющую силы. Подшипники, выходной вал коробки передач и конструкция крепления двигателя должны быть спроектированы так, чтобы реагировать на эту силу.

Спиральный не означает автоматически «более точный».Точность по-прежнему зависит от класса рейки, качества шестерни, люфта коробки передач, предварительной нагрузки, установки и обратной связи.

Прямая и спиральная стойка: быстрое сравнение

Одношестеренные реечные модули

В системе с одной шестерней используется зацепление одной шестерни с одной рейкой для создания линейного движения.

Это простейшая архитектура привода, которая часто встречается в следующих случаях:

• Умеренный люфт допустим
• Редуктор уже обеспечивает достаточно малый люфт
• Движение преимущественно однонаправленное.
• Цена и простота важны
• Приложение ориентировано на транспортировку, а не на прецизионное контурирование.

Что ограничивает точность одной шестерни?

Эффективность реверса зависит от:

• Люфт коробки передач
• Люфт реечной шестерни
• Биение шестерни
• Регулировка межосевого расстояния
• Жесткость крепления

Двухшестеренные реечные модули

В системе с двумя шестернями используются две шестерни на одной рейке. Два привода могут быть механически или электронно смещены друг относительно друга для уменьшения эффективного люфта.

Общие причины использования двойных шестерен включают в себя:

• Улучшенное поведение разворота
• Более высокая крутильная жесткость
• Уменьшение эффективного люфта
• Высокоточное позиционирование на большие расстояния
• Контурная обработка на больших машинах

Механическая предварительная нагрузка с двумя шестернями

Две шестерни могут быть механически предварительно нагружены таким образом, чтобы их боковые поверхности зубьев соприкасались с противоположными сторонами зубьев рейки.

Это может уменьшить свободное движение при изменении направления.

Предварительную нагрузку необходимо тщательно контролировать, поскольку чрезмерная предварительная нагрузка может увеличиться:

• Трение зубчатого зацепления
• Нагревать
• Износ зубов
• Нагрузка коробки передач

Электронная предварительная нагрузка двойной шестерни

В системах с электронной предварительной нагрузкой два сервопривода создают контролируемое смещение крутящего момента в противоположных направлениях, сохраняя при этом необходимую результирующую силу по оси.

Эта архитектура может обеспечить:

• Активное подавление люфта
• Высокая жесткость привода
• Гибкая регулировка предварительной нагрузки

Но он также добавляет:

• Два двигателя или приводные каналы
• Сложность управления
• Термическая нагрузка от момента предварительной нагрузки
• Еще пуско-наладочные работы

Одинарная шестерня против двойной шестерни

Односторонний реечный привод

В односторонней стойке используется одна стойка вдоль одной стороны движущейся конструкции.

Это характерно для узких кареток и одноосных модулей, в которых направляющая система может противостоять моменту отклонения от курса, вызванному приводом.

Преимущества включают в себя:

• Простая архитектура
• Меньшее количество компонентов
• Более низкая стоимость
• Простота в обслуживании

Двусторонний реечный привод

При двухсторонней компоновке стоек стойки размещаются по обе стороны широкого портала или конструкции машины. Каждая сторона обычно имеет собственную шестерню и часто собственный двигатель/коробку передач.

Это принципиально отличается от системы предварительной нагрузки с двумя шестернями на одной стойке.

Двусторонний привод полезен для:

• Широкие порталы
• Тяжелые перекладины
• Крупноформатные станки
• декартовы роботы
• Системы паллетирования на большие расстояния

Почему широким порталам нужен двусторонний привод

Если широкий портал приводится в движение только с одной стороны, движущая сила может скрутить или перевернуть перекладину.

Двусторонний привод распределяет усилие более симметрично и снижает:

• Перекос гентри
• Дисбаланс нагрузки направляющей
• Торсионная перекладина

Однако обе стороны должны оставаться синхронизированными.

Двусторонний привод требует электронного и механического выравнивания

Портальный портал с двумя приводами должен обеспечивать:

• Независимое наведение
• Синхронизация двигателя
• Прямоугольность перекладины
• Согласование шага стойки
• Направляющий параллелизм

Система управления не может полностью исправить плохую механическую центровку.Электронная синхронизация должна поддерживать правильно построенный портал, а не компенсировать сильно искривленную конструкцию.

Одинарная рейка и двойная рейка — это не то же самое, что одинарная и двойная шестерня

Открытые модули реечной передачи

Открытый модуль делает зону рейки, шестерни или направляющей более доступной.

Преимущества включают в себя:

• Легкий осмотр
• Легкая смазка
• Легкое выравнивание стойки
• Удобная замена
• Снижение сложности покрытия

Открытые конструкции часто используются внутри защищенных машинных корпусов или в чистых промышленных средах.

Закрытые модули реечной передачи

В закрытых конструкциях используются крышки, профили, стальные полосы или внешние кожухи, чтобы уменьшить прямое загрязнение системы стоек и направляющих.

Потенциальные преимущества включают в себя:

• Лучшая защита от мусора
• Более чистый внешний вид
• Уменьшение случайного контакта
• Более контролируемая среда смазки

Но «закрытый» не означает автоматически водонепроницаемость, пыленепроницаемость в соответствии с определенным рейтингом IP или сертификацию для чистых помещений.

Полузакрытые конструкции

Полузакрытые модули сочетают защиту с доступом для обслуживания.

Они могут быть полезны там, где:

• Требуется умеренная защита от пыли.
• Проверка стеллажей должна оставаться простой
• Стоимость должна оставаться ниже, чем у полностью закрытой системы.

Открытые и закрытые стоечные модули

Модули стойки стандартного режима работы

Модули стандартного режима предназначены для общей автоматизации, где требования к нагрузке, тяге и моменту умеренные.

Типичные области применения включают в себя:

• Передача материалов
• Упаковка
• Общее движение гентри
• Складские операции
• Перемещение по длинной оси

Модули реечной передачи для тяжелых условий эксплуатации

Асверхмощный модуль стойкиобычно использует некоторую комбинацию:

• Более крупный стоечный модуль
• Большая шестерня
• Редуктор с повышенным крутящим моментом
• Более широкое расстояние между направляющими
• Большие линейные направляющие
• Более прочная каретка и базовая конструкция
• Двусторонний привод

Тяжелый режим следует определять по фактической нагрузке на зубья, пропускной способности направляющих, крутящему моменту редуктора и жесткости конструкции, а не только по внешнему виду.

Что означает «модуль редуктора»

В терминологии зубчатых передач модуль описывает размер зуба. Больший модуль зубчатой ​​передачи обычно означает больший размер зубьев и может выдерживать более высокую нагрузку на зубья, если подходят другие конструктивные факторы.

Но увеличение модуля также влияет:

• Диаметр шестерни
• Передаточное число
• Зацепление зубов
• Космос
• Разрешение на оборот двигателя

Таким образом, более крупный модуль не является автоматически лучшим для каждой оси с большой нагрузкой.

Прецизионные стоечные модули с малым шагом

Для прецизионных стоечных модулей может использоваться меньший шаг, более высокое качество стойки и строго контролируемый монтаж.

Они могут быть полезны для:

• Инспекция
• Обработка
• Лазерная резка
• Широкоформатная метрология

Точность зависит от всей цепи: рейка, шестерня, редуктор, предварительный натяг, монтаж и обратная связь.

Высокоскоростные конструкции с большой шестерней

При заданной частоте вращения шестерни больший делительный диаметр обеспечивает больший линейный ход за оборот.

Это может снизить требуемую частоту вращения двигателя/редуктора для достижения целевой линейной скорости.

Но более крупная шестерня также требует большего крутящего момента для той же линейной тяги:

Т = Ф × г

Таким образом, диаметр шестерни создает компромисс между скоростью и усилием, аналогичный диаметру шкива в ременных системах.

Стечные модули на базе редуктора

В реечных приводах между серводвигателем и шестерней часто используется планетарный или другой редуктор.

Редуктор может обеспечить:

• Более высокий выходной крутящий момент
• Лучшее использование скорости двигателя
• Согласование инерции

Но он также добавляет:

• Люфт
• Податливость к кручению
• Потеря эффективности
• Расходы

Таким образом, качество редуктора является важной частью производительности стоечного модуля.

Конфигурации шестерни прямого привода

Некоторые системы приводят в движение шестерню с небольшим уменьшением или без него, особенно там, где приоритетными являются высокая скорость и низкая механическая сложность.

Это требует тщательного подбора двигателя, поскольку двигатель должен напрямую обеспечивать требуемый крутящий момент шестерни.

Модули многосекционных стоек с большим перемещением

Одним из самых больших преимуществ реечного привода является то, что стойку можно собрать из нескольких секций.

Это позволяет:

• Многометровое путешествие
• Модульное расширение машины
• Легкая транспортировка и установка
• Замена отдельных секций стойки

Соединения реек должны сохранять целостность зубов

Многосекционная установка должна контролировать:

• Непрерывность высоты тона
• Фаза зуба
• Высота стойки
• Боковое выравнивание
• Монтажная прямолинейность

Плохие соединения могут создавать удары, шум и периодические ошибки позиционирования.

Прецизионная стойка и стандартная стойка

Точность стойки — это не то же самое, что точность оси

Окончательное позиционирование также зависит от:

• Качество шестерни
• Биение шестерни
• Люфт коробки передач
• Монтаж в стойку
• Прямолинейность направляющей
• Рама машины
• Тепловое расширение
• Система обратной связи

Точность на уровне оси должна быть проверена на реальном пути.Сама по себе полноценная стойка не гарантирует высокую точность станка.

Модули стойки с одной кареткой

Архитектура с одной кареткой обычно используется для одного движущегося инструмента, приспособления или оси.

Он обеспечивает:

• Простое управление
• Компактная подвижная конструкция
• Простая интеграция

Системы с несколькими каретками и с независимыми каретками

Длинные стеллажи также могут поддерживать несколько движущихся кареток, каждая из которых имеет собственный привод.

Это может быть полезно для:

• Несколько обрабатывающих головок
• Независимые станции подбора и размещения
• Большие производственные линии

Архитектура предотвращения столкновений и контроля становится важной, когда несколько вагонов используют одну и ту же зону движения.

Горизонтальные стоечные модули

Горизонтальный монтаж является наиболее распространенным вариантом.

Ключевые проверки включают в себя:

• Движущаяся масса
• Ускорение
• Требуемая тяга
• Направляющая моментная нагрузка
• Удержание смазки

Вертикальные стоечные модули

Реечные приводы также можно использовать вертикально, но при этом необходимо учитывать гравитацию и безопасность.

Проверять:

• Сила гравитации
• Моторный тормоз
• Задний ход коробки передач
• Регенеративная энергия
• Механическая защита от падения

Не думайте, что трение коробки передач обеспечивает безопасную функцию удержания.

Стечные модули для декартовых систем XYZ

Реечный привод особенно полезен на длинной оси X декартовой системы.

Распространенная смешанная архитектура:

• Реечная ось X для дальнего перемещения
• Ось шарико-винтовой передачи Y для точного поперечного позиционирования
• Шарико-винтовая передача или электроцилиндр, ось Z в зависимости от функции

Каждая ось должна выбираться в соответствии с собственными требованиями к движению.

Стеллажные модули для больших порталов

Большие порталы часто сочетают в себе:

• Двусторонние стойки
• Два серводвигателя
• Редукторы
• Широко разнесенные направляющие
• Жесткая перекладина

Эта структура распространена при механической обработке, лазерной обработке, укладке на поддоны и крупноформатной автоматизации.

Прецизионные модули с винтовой двойной шестерней

Для применений, требующих плавного позиционирования с большим ходом и малым люфтом, возможна следующая архитектура:

• Спиральная стойка
• Двойные шестерни с предварительным натягом
• Малолюфтовый редуктор
• Точная направляющая система
• Прямой линейный энкодер, где требуется

Это может обеспечить высокую производительность, но также более дорого и сложно, чем стандартный одношестеренный модуль с прямой рейкой.

Прямые экономичные модули с одной шестерней

Когда в основном требуется надежная транспортировка на большие расстояния, прямая рейка с одной шестерней может стать практичным и простым решением.

Типичные приоритеты:

• Длительное путешествие
• Умеренная точность
• Простое обслуживание
• Контроль затрат

Двусторонние портальные модули для тяжелых условий эксплуатации

Для очень широких или тяжелых порталов обычная архитектура для тяжелых условий эксплуатации:

• Стойка с обеих сторон
• Сервопривод с обеих сторон
• Большой модуль редуктора
• Высокопроизводительные линейные направляющие
• Жесткая стальная или усиленная алюминиевая балка

Распределение нагрузки и синхронизация имеют важное значение.

Как сопоставить тип модуля с приложением

Распространенные ошибки при выборе типа стоечного модуля

Если предположить, что винтовая рейка всегда означает более высокую точность

Винтовая геометрия улучшает плавность зацепления, но конечная точность по-прежнему зависит от марки рейки, предварительного натяга, коробки передач, крепления и обратной связи.

Смущающая двойная шестерня с двухсторонней рейкой

Двойная шестерня обычно контролирует люфт на одной стойке. Двусторонняя стойка приводит в движение обе стороны широкого портала.

Выбор тяжелых условий эксплуатации только по размеру зубьев

Направляющая, крутящий момент редуктора, жесткость каретки и конструкция машины также должны соответственно увеличиться.

Игнорирование соосности соединений стоек

Длинный ход может привести к потере плавности и точности при плохо установленных соединениях секций.

Использование чрезмерной предварительной нагрузки

Слишком большая предварительная нагрузка увеличивает трение, нагрев и износ.

Если предположить, что закрытый, значит, не требующий обслуживания.

Зубья рейки, направляющие, редукторы и смазка по-прежнему требуют проверки.

Практический процесс выбора модуля реечной передачи

1. Определите необходимую поездку.
2. Определите движущуюся массу и центр тяжести.
3. Определите максимальную скорость и ускорение.
4. Рассчитайте необходимую линейную тягу.
5. Определите повторяемость и абсолютное позиционирование отдельно.
6. Выберите прямую или спиральную форму зуба.
7. Определите, требуется ли одинарная или двойная шестерня.
8. Определите, нужен ли широкий портал односторонний или двусторонний привод.
9. Выберите модуль рейки, размер шестерни и передаточное число коробки передач.
10. Проверьте направляющие нагрузки и допустимый момент.
11. Выберите открытую, полузакрытую или закрытую защиту.
12. Запланируйте выравнивание секций стойки для длительных поездок.
13. Определите доступ для смазки и обслуживания.
14. Проверьте вибрацию, люфт и положение на всем протяжении хода.

Что нужно QRXQ, чтобы порекомендовать тип модуля стойки

• Требуемые поездки
• Движущаяся масса
• Положение центра тяжести
• Максимальная скорость
• Ускорение
• Требуемая тяга
• Точность позиционирования
• Повторяемость
• Одинарная каретка или портальная конструкция
• Доступная ширина установки
• Рабочая среда
• Ежедневный рабочий цикл

Не существует единственного «лучшего» типа реечного модуля.Форма зубьев, количество шестерен, расположение стоек, корпус и прочная конструкция решают различные инженерные задачи.

QRXQ оценивает реечные линейные модули на основе полной архитектуры движения, подбирая прямые или винтовые рейки, одиночные или двойные шестерни, односторонний или двусторонний привод, уровень защиты и конструктивную способность в соответствии с реальным применением с большим перемещением.