Cremalheira de engrenagem helicoidal para movimento linear

Existem muitos tipos de rodas dentadas em estoque. Se a aplicação requer um comprimento longo que requer muitas cremalheiras conectadas em série, temos cremalheiras com bordas de dentes configuradas corretamente. Estes são referidos como "cremalheiras de engrenagem final usinadas".

Existem aplicações em que a cremalheira está parada enquanto a cremalheira está em movimento e outras em que a cremalheira gira em torno de um eixo fixo enquanto a cremalheira está em movimento. O primeiro é amplamente utilizado em sistemas de transporte, enquanto o segundo pode ser usado em sistemas de extrusão e aplicações de elevação/rebaixamento.

Como um elemento mecânico para transferir o movimento rotativo para o movimento linear, as cremalheiras são frequentemente comparadas aos fusos de esferas. Há prós e contras. As vantagens de uma cremalheira são sua simplicidade mecânica, grande capacidade de carga, sem limite de comprimento, etc. Uma desvantagem, porém, é a folga. A vantagem de um fuso de esferas é a alta precisão e menor folga, enquanto as deficiências incluem o limite de comprimento devido à deflexão.

Tipos de rack

As engrenagens de cremalheira e pinhão estão disponíveis em duas variações:

Dentes retos têm o eixo do dente paralelo ao eixo de rotação. Dentes retos que correm paralelos ao eixo da engrenagem. Engrenagens dentadas helicoidais fornecem engate contínuo ao longo do comprimento do dente e geralmente são mais silenciosas e eficientes do que as engrenagens de dentes retos e também oferecem maior carga para a mesma largura de cremalheira. Engrenagens de dentes helicoidais se assemelham a engrenagens de dentes retos no plano de rotação, mas incluem dentes que são torcidos ao longo de um caminho helicoidal na direção axial.

Aplicativos

Os acionamentos de cremalheiras helicoidais são ideais para uma ampla gama de aplicações, incluindo acionamentos de eixos que exigem posicionamento e repetibilidade precisos, portões e colunas deslizantes, robôs pick &place, roteadores CNC e sistemas de manuseio de materiais. Essas unidades também podem lidar facilmente com cargas pesadas e ciclos de trabalho. Os setores atendidos incluem manuseio de materiais, automação, automotivo, aeroespacial, máquinas-ferramentas e robótica.

O movimento linear é necessário para o movimento das máquinas; transporta ferramentas e produtos de forma eficiente e controlada. Os geradores de movimento linear são geralmente classificados de acordo com sua velocidade e aceleração axial, forças axiais contra o volume da estrutura, durabilidade, rigidez e precisão de posicionamento.

Dois sistemas lineares populares são os motores lineares e os aparafusadores. Os acionamentos de cremalheira e pinhão são frequentemente ignorados como tecnologia de geração anterior com precisão de posicionamento limitada. No entanto, esta suposição é inválida.

Superfícies de montagem retificadas com precisão com tolerâncias apertadas, tratamento de superfície resistente ao desgaste, dentes de engrenagem rebarbados individualmente e designs compactos e leves aumentam a produtividade. De fato, os acionamentos de cremalheira e pinhão se comparam favoravelmente aos motores lineares, bem como aos fusos de esferas com eixo ou rosca de aterramento.

Os sistemas de cremalheira e pinhão de nova geração oferecem alta dinâmica e distâncias de deslocamento ilimitadas. Alguns deles incluem servo-engrenagens e atuadores de qualidade premium com menos de 1 arcmin de folga, até 98,5% de eficiência e dimensões muito mais compactas do que as combinações padrão de servo e engrenagem. Algumas engrenagens pré-montadas podem trabalhar com precisão de até 10 µm, o que garante segurança e movimento suave.

As aplicações típicas de cremalheira e pinhão incluem máquinas de pórtico, transporte e embalagem que variam de alguns quilos a várias toneladas. A nova geração de conjuntos de cremalheiras também é usada em máquinas para trabalhar madeira, máquinas de corte de metal de alta velocidade e máquinas de montagem.

Detalhes de geometria e superfície

O desempenho do rack melhorou com o progresso tecnológico geral. Por exemplo, usinagem e retificação de última geração aumentaram muito a precisão do mecanismo de cremalheira e pinhão.

Mais especificamente, alguns componentes do suporte de alta qualidade são gravados a laser para um erro de pitch cumulativo de ± 12 µm em um comprimento de 500 mm, permitindo a seleção manual da precisão do alvo. Isso é útil para alinhamento paralelo de componentes de rack em aplicações de pórtico de acionamento duplo. Na verdade, esse nível de precisão permite que vários tipos de máquinas funcionem sem dispositivos externos de feedback; e outros sistemas lineares requerem dispendiosos dispositivos externos de realimentação para comutação e posicionamento.

A cremalheira helicoidal com ângulo de hélice otimizado é preferida para uma operação mais silenciosa em velocidades mais altas e capacidades de carga mais altas devido à maior relação de contato dos dentes. O erro de um passo entre os dentes helicoidais pode chegar a 3 µm. Um deslocamento do perfil do pinhão ou modificação do adendo evita o rebaixamento; também equilibra as tensões de flexão, para maior capacidade de carga. As engrenagens helicoidais engatam de forma suave e silenciosa - o que ajuda a melhorar o acabamento da superfície, por exemplo, ao usinar peças com tolerância apertada.

Integração de pinhão e cremalheira

Existem muitas opções para montagem de kits de rack. Alguns racks usam superfícies de montagem especiais para garantir a precisão, enquanto outros fornecem desempenho adequado mesmo com instalação básica. A flexibilidade natural do design pode ser usada para um melhor controle:ao contrário dos motores lineares de acionamento direto, os conjuntos de cremalheiras permitem ajustar o tamanho do pinhão, as engrenagens e o amortecimento - para estabilizar o controle em malha fechada.

Existem armadilhas:muito espaçamento entre o pinhão e a cremalheira causa folga que diminui a precisão. Uma montagem danificada ou desalinhada também pode danificar os rolamentos da caixa de engrenagens - causando mais consumo de corrente do motor, ruído e até falha. Para um melhor desempenho, o pinhão deve ser suficientemente espaçado da cremalheira, montado plano e perpendicular à engrenagem com uma precisão de cerca de 25 µm para muitas aplicações.

Os avanços nas engrenagens de cremalheira e pinhão e a queda nos preços dos servos significam que os servomotores são normalmente acoplados aos sistemas de cremalheira. Os motores de passo são uma opção viável, mas os servomotores são preferidos por sua precisão.

Pré-carregando

Às vezes, os conjuntos de rodas dentadas são pré-carregados para eliminar a folga e aumentar a rigidez. Aqui, as duas engrenagens se movem no mesmo rack. O pinhão principal aciona o mecanismo como na configuração normal; Enquanto isso, a engrenagem do pinhão auxiliar pode gerar torque para aplicar força contrária aos dentes com os quais está em contato. Assim, a inércia e a resistência evitam a folga, mesmo durante as mudanças de carga; a rigidez do sistema também aumenta e melhora a dinâmica da direção.

Se os componentes forem selecionados corretamente, não haverá falhas significativas no pré-carregamento do sistema de rack. Por outro lado, a pré-carga mecânica pode realmente reduzir a rigidez geral da máquina. Por exemplo, um pinhão com mola dividida reduziria a rigidez do sistema:

Observe que, diferentemente dos sistemas de pré-carga eletrônicos mais sofisticados, esses pinhões de pré-carga tradicionais não podem trabalhar juntos; um sempre vai contra o outro, o que reduz um pouco a eficiência.

Em conjuntos de racks mais sofisticados, a pré-carga eletrônica é mantida ao máximo enquanto o sistema está parado. As engrenagens principais e auxiliares - ambas acionadas ativamente - pressionam os dentes das cremalheiras em direções opostas. Então, à medida que a máquina acelera, o pinhão primário impulsiona a máquina para frente enquanto o pinhão secundário reduz a pré-carga da força oposta. Quando o sistema desacelera até uma velocidade constante, a engrenagem auxiliar entra em contato com o lado do dente que corresponde ao que está acoplado ao pinhão principal; em seguida, as duas engrenagens se movem na mesma direção, evitando a folga.

Finalmente, à medida que o sistema desacelera, o pinhão auxiliar volta a aplicar força no lado oposto do dente para ajudar a diminuir a carga.