Ako vypočítať a minimalizovať vôľu v pohonoch s ozubeným kolesom a pastorkom

V oblasti presnej automatizácie -, či už ide o veľké portálové frézky, laserové rezacie stroje alebo systém krokovania robotov podľa siedmej osi -, zdanlivo dokonalý lineárny pohyb v modeloch CAD často na pracovisku čelí náročným praktickým výzvam.

Najčastejším problémom je:Vôľa.

Hoci odpor je často jednoducho pripisovaný problémom s kvalitouvýstrojVôľa v systémoch ozubených tyčí je v skutočnosti systematickým výsledkom výrobných tolerancií, montážnych geometrických chýb a fyzikálnych faktorov prostredia.

Vôľa sa vzťahuje na medzeru medzi povrchmi zubov zaberajúcich ozubených kolies. V ideálnom stave by mala byť medzera nulová, ale aby sa zmestil mazací olejový film a zabránilo sa zaseknutiu spôsobenému tepelnou rozťažnosťou, je potrebné zachovať určitú medzeru. To tiež vedie k problému, že tieto „nevyhnutné medzery“ sa stávajú „chybami polohovania“ pri presnom polohovaní.

Na kontrolu a vyriešenie tohto problému musíme najprv pochopiť tri zdrojové faktory.

Zriedenie hrúbky zubov:Táto situácia sa týka toho, že výrobca počas spracovania úmyselne rezal zuby o niečo tenšie, ako je teoretická hrúbka zubov, aby ponechal vôľu.

Chyba rozstupu a hádzania:V dôsledku výrobných faktorov majú dokonca aj ozubené kolesá najvyššej{0}}úrovne mikrometrové odchýlky rozstupu (odchýlka rozstupu jedného zuba) a radiálneho hádzania.

Zmena stredovej vzdialenosti:Ak je pastorok (Pinion) mierne vzdialený od hrebeňa kvôli chybám inštalácie, vôľa sa exponenciálne zvýši.

Pri pohonoch s ozubeným kolesom a pastorkom je mierna odchýlka v stredovej vzdialenosti výrazne zosilnená uhlom prítlaku a priamo prevedená na škodlivý stratený pohyb.
Vzorec výpočtu je nasledujúci:

Tri parametre zľava doprava sú dodatočná normálna vôľa spôsobená chybou stredovej vzdialenosti (jednotka: mm), odchýlka medzi skutočnou stredovou vzdialenosťou a teoretickou hodnotou (jednotka: mm) a uhol tlaku prevodu (zvyčajne 20 stupňov).

Výpočet prípadu

Modul: 2.0
Tlakový uhol: 20 stupňov
Chyba inštalácie: Vaša montážna doska redukcie je posunutá len o +0.1 mm.

Nahradením do vzorca sa získa:

Výpočet ukazuje, že iba 0,1 mm inštalačný posun má za následok približne 0,07 mm strateného pohybu. Táto hodnota sa spojí s výrobnou vôľou samotnej ozubenej tyče a stane sa súčasťou celkovej vôle systému. V praktických presných aplikáciách (ako je rezanie laserom) môže takýto stratený pohyb viesť k:

• 1. Okrúhle otvory sa stávajú eliptickými,
• 2. Ostré rohy so zaoblenými hranami alebo prerezaním,
• 3. Začiatočný a koncový bod reznej dráhy sa nezatvára.

Aj keď je presnosť vášho stojana veľmi vysoká, ak je pripevnený na nerovnom povrchu, nedokáže plne využiť plný výkon stojana.

Stojan je v podstate štíhla oceľová tyč. Pri utiahnutí pomocou skrutiek dôjde k elastickej deformácii v súlade s tvarom lôžka stroja.

Problém je v tom, že ak dôjde k zvlneniu rovinnosti lôžka stroja, zodpovedajúcim spôsobom sa bude meniť aj rozstup hrebeňa. Výsledkom budú „tesné body“ (interferencia/zaseknutie) a „voľné body“ (zvýšená vôľa) počas procesu záberu.

Problémy vznikajúce pri ladení:Aby sa zabránilo zaseknutiu v "tesnom bode", montážny personál je zvyčajne nútený zväčšiť stredovú vzdialenosť, čo vedie k nadmernej vôli v "voľnom bode".

For long-stroke axes (e.g., >2 metre), kolísanie teploty je skrytý faktor ovplyvňujúci presnosť. Nižšie uvádzame príklad výpočtu na ilustráciu jeho vplyvu.

Štandardný vzorec pre lineárnu expanziu je:

Rozdelenie parametrov (zľava doprava):

• Zmena dĺžky
• Pôvodná dĺžka
• Koeficient lineárnej tepelnej rozťažnosti
• Zmena teploty

Konkrétne hodnoty parametrov pre príklad výpočtu:

Dĺžka stojana: 3 metre
Zmena teploty: 10 stupňov
Koeficient lineárnej tepelnej rozťažnosti pre oceľ: približne 11,5 μm/(m· stupeň).

Nahradením týchto hodnôt do vzorca dostaneme výsledok 0,345 mm. To znamená, že váš stojan sa fyzicky predĺži o 0,345 mm. Táto kumulatívna chyba stúpania môže spôsobiť, že kódovač servomotora bude indikovať, že stroj je v polohe X, zatiaľ čo skutočná fyzická poloha stojana sa odchýlila o 0,345 mm. Pre aplikácie s vysokou-presnosťou je nevyhnutné zvážiť reguláciu konštantnej teploty alebo použitie úplne uzavretej-slučky s lineárnym kódovačom.

Ako skúsenývýrobca regálov na mieru, Hansheng ponúka nasledujúce riešenia na odstránenie vôle alebo dosiahnutie nízkej vôle.

Dvojitý prevod eliminuje vôľu

Táto schéma využíva dva malé prevody, jeden poháňaný hlavným prevodom a druhý aplikujúci spätný krútiaci moment predpätia prostredníctvom pružín, momentových motorov alebo nastaviteľných mechanizmov, čím sa eliminuje vôľa v smere dopredu aj dozadu. Ale cena je vysoká a mechanická štruktúra je zložitá.

Vysoká presnosť výroby

Zlepšením presnosti ozubenej tyče z konvenčných úrovní odvaľovania ozubených kolies (napríklad DIN 9-10) na úrovne presného frézovania alebo brúsenia (napríklad DIN 5-6) je možné zásadne znížiť chyby rozstupu a profilu.

Prečo je možné zmenšiť zadnú medzeru? Dôvodom je, že extrémne vysoká presnosť jednotlivých zubov umožňuje inžinierom nastaviť užšiu stredovú vzdialenosť, čo im umožňuje bezpečne nastaviť stredovú vzdialenosť na užšiu teoretickú hodnotu počas montáže, čím sa dosiahne menšia vôľa záberu bez obáv z rušenia alebo rizika zaseknutia spôsobeného nahromadením chýb.

Ďalšie čítanie

-------------------------Ako si vybrať možnosti, ako je materiál, modul a tepelné spracovanie pre ozubené tyče?

Pred dokončením vášho ďalšieho návrhu lineárneho pohybu si prečítajte tento kontrolný zoznam

Vypočítajte zaťaženie

Vybrali ste správny modul (M), aby ste minimalizovali vychýlenie zubov pri zaťažení?

Skontrolujte rovinnosť povrchu

Je montážna plocha vyfrézovaná v tolerancii kompatibilnej s triedou racku?

Vyberte si správny proces

Používate frézované (štandardné) alebo frézované (presné) stojany? (Pozri našeVlastný stojan na prevodovkuSchopnosti pre podrobnosti).

Spojte pastorok

Používate pastorok s rovnakou alebo lepšou presnosťou ako hrebeň?

Tepelná kompenzácia

For strokes >2m, zaúčtovali ste rozšírenie?

Je vôľa špirálového hrebeňa menšia ako vôľa priameho hrebeňa?

Presne povedané, vôľa závisí hlavne od tolerancie hrúbky zuba a stredovej vzdialenosti a nesúvisí priamo s profilom zuba. Špirálové ozubené kolesá však majú vyšší kontaktný pomer. V dôsledku zapojenia viacerých zubov ozubených kolies do záberu sa chyba medzi povrchmi zubov spriemeruje. Preto je v skutočnej prevádzke hladkosť špirálových ozubených hrebeňov oveľa vyššia ako hladkosť priamych zubov, čo poskytuje lepšiu „hmatovú presnosť“ a je vhodnejšie pre vysoko-rýchlostné aplikácie.

Môžem násilne eliminovať vôľu pôsobením tlaku na malý prevod (zmenšením stredovej vzdialenosti)?

Dôrazne sa to neodporúča, pokiaľ nepoužívate presné brúsne stojany triedy DIN 5/6.

Ak je presnosť hrebeňa nízka (napríklad úroveň DIN 9), chyba rozstupu zubov je veľká. Násilné stláčanie môže spôsobiť interferenciu (spojenie) v ozubených segmentoch s veľkými chybami, čo má za následok silné vibrácie, hluk, zrýchlené opotrebovanie ozubených kolies a dokonca poškodenie ložísk prevodovky. Iba vysoko presné stojany umožňujú nastaviť extrémne malé stredové vzdialenosti bez zaseknutia.

Má mazanie vplyv na vôľu?

mať Dobré mazanie vytvorí medzi povrchmi zubov mikrometrový olejový film. Tento olejový film nielenže znižuje opotrebovanie, ale do určitej miery hrá aj slabú „plniacu“ úlohu, čím tlmí nárazy pri zmenách smeru. V presných aplikáciách odporúčame používať automatický mazací systém s polyuretánom mazanými prevodmi, ktoré zabezpečujú nepretržitú dodávku oleja.

Aký je rozdiel medzi ozubenými tyčami DIN 6 a DIN 10 v praxi?

Rozdiel je obrovský. Celková chyba rozstupu stojana DIN triedy 6 sa zvyčajne riadi v rozmedzí 0,03-0,04 mm na meter; A úroveň DIN 10 môže dosiahnuť 0,15 mm alebo dokonca vyššiu. Pre CNC obrábacie stroje, ktoré vyžadujú presné polohovanie, môžu ozubené tyče DIN 10 viesť k nelineárnym chybám, ktoré nemožno kompenzovať pomocou riadiacich algoritmov.

ISO 1328-1:2013

DIN 3962 / DIN 3967

Tolerancie pre cylindrické ozubené zuby; Tolerancie pre odchýlku zubnej stopy.

AGMA 2015-1-A01

Systém klasifikácie presnosti - Tangenciálne merania pre valcové ozubené kolesá.