U mnogim sistemima automatizacije, servo motor može direktno pokretati kuglični vijak bez upotrebe mjenjača. To je zato što vod sa kugličnim vijkom već pretvara veliku-brzinu rotacije motora u nižu-brzinu, veliko-linearno kretanje.
Međutim, to ne znači da se mjenjač nikada ne koristi sa kugličnim vijkom. U osovinama visokog{1}}opterećenja, vertikalnim sistemima za podizanje, sigurnosnim-kritičnim mehanizmima ili aplikacijama sa velikim neusklađenošću inercije, mjenjač, kočnica ili druga struktura za držanje se i dalje mogu uzeti u obzir. Ispravan izbor ovisi o momentu motora, vodovima kugličnog vijka, potrebnoj brzini, opterećenju, smjeru ugradnje i sigurnosnim zahtjevima.
Brzi odgovor:
Većina sistema kugličnih vijaka ne treba mjenjač. Mjenjač se uzima u obzir samo kada direktni motorni pogon ne može zadovoljiti zahtjeve za usklađivanje momenta, sigurnosti, brzine ili inercije{1}}.
1. Zašto većini kugličnih vijaka nije potreban mjenjač
Kuglični vijak nije samo komponenta prijenosa. To je već rotacioni-u-linearni mehanizam konverzije. Voda zavrtnja definira koliki je linearni hod proizveden jednim punim okretanjem vijka.
Na primjer, ako kuglični vijak ima vod od 10 mm, matica se pomiče za 10 mm kada se vijak okrene za jedan okret. Ako motor radi na 3000 o/min, teoretska linearna brzina je:
Formula linearne brzine:
Linearna brzina=provodnik x brzina motora
10 mm/okr. × 3000 o/min=30000 mm/min=30 m/min
To znači da kuglični vijak već pretvara brzu rotaciju motora u kontrolirano linearno kretanje. Manje olovo proizvodi manju brzinu i veći potisak. Veći vod proizvodi veću brzinu, ali zahtijeva veći obrtni moment motora za isti potisak.
Za mnoge horizontalne osi za pozicioniranje, mašine za pakovanje, pomoćne CNC ose, linearne module i sisteme automatizacije, dovoljan je odabir ispravnog kugličnog vijka i servo motora. Dodavanje mjenjača često povećava troškove i složenost bez poboljšanja rezultata.
2. Vodenje kugličnog vijka, brzina i potisak
Mnogi inženjeri prvo pomisle na olovo kao na parametar brzine. U stvari, olovo takođe utiče na potisak i obrtni moment motora. Manja elektroda djeluje kao jača mehanička redukcija, dok je veća elektroda bolja za brzinu.
| Kuglični vijak | Linearna brzina | Thrust Ability | Tipična upotreba |
|---|---|---|---|
| Mali trag | Niža linearna brzina | Veći potisak za isti obrtni moment motora | Osovine za podizanje, teško opterećenje, fini pomak, precizno podešavanje |
| Srednje olovo | Balansirana brzina | Balansirani potisak | Opća automatizacija, CNC sjekire, mašine za pakovanje |
| Veliki trag | Veća linearna brzina | Zahteva veći obrtni moment motora za isti potisak | Osi za brzi prijenos, dug-pokret, brzo-pozicioniranje |
Korisna formula za izračunavanje momenta je:
Potrebna formula zakretnog momenta:
T=F × olovo / (2π × η)
T=potreban obrtni moment zavrtnja, F=potreban potisak, vod=zavojni vod, η=efikasnost prenosa.
3. Zašto remeni i zupčani pogoni obično trebaju mjenjač
Pogoni remena, lanca i zupčanika prirodno ne pružaju istu vrstu rotacijske-na-linearne redukcije kao kuglični vijak. Ako motor direktno pokreće sistem remena, linearna brzina može biti previsoka, a raspoloživi obrtni moment možda neće biti dovoljan za opterećenje.
U sistemima za remen ili zupčanik, mjenjač se obično koristi za:
- Smanjite brzinu motora na korisnu izlaznu brzinu
- Povećajte izlazni obrtni moment
- Poboljšajte usklađivanje inercije između motora i opterećenja
- Poboljšajte stabilnost kontrole niske{0}}brzine
- Zaštitite motor od preopterećenja u određenim aplikacijama
4. Problemi uzrokovani dodavanjem mjenjača na kuglični vijak
Tehnički je moguće dodati mjenjač između motora i kugličnog vijka. Međutim, ako su obrtni moment i brzina motora već prikladni, mjenjač može stvoriti više problema nego koristi.
| Mogući problem | Utjecaj na sistem kugličnih vijaka |
|---|---|
| Backlash | Može smanjiti tačnost pozicioniranja i ponovljivost |
| Torziona elastičnost | Može smanjiti dinamičku reakciju i utjecati na stabilnost upravljanja |
| Dodatna inercija | Može usporiti ubrzanje i smanjiti odziv servo uređaja |
| Više komponenti | Povećava greške pri montaži i tačke održavanja |
| Veća struktura | Zahtijeva više prostora za instalaciju i složeniji dizajn potpore |
| Viša cijena | Možda neće pružiti dovoljno praktične koristi za normalnu osovinu kugličnog vijka |
5. Kada je potreban mjenjač za kuglični vijak?
Iako većini osovina sa kugličnim navojem nije potreban mjenjač, postoje neki posebni slučajevi u kojima može biti od koristi.
| Stanje | Potreban mjenjač? | Razlog |
|---|---|---|
| Horizontalna srednja{0}}os opterećenja | Obično ne | Često su dovoljni odgovarajući servo motor i kuglični vijak |
| Visoko opterećenje sa vrlo malim olovom | Možda | Potreban obrtni moment motora može premašiti mogućnost direktnog-pogona |
| Vertikalna Z osa | Možda | Sigurnost držanja za vrijeme gubitka struje mora se procijeniti |
| Velika neusklađenost inercije | Možda | Reduktor može pomoći u poboljšanju usklađivanja inercije u nekim sistemima |
| Ograničena veličina motora | Možda | Mjenjač može povećati raspoloživi izlazni moment kada prostor ograničava izbor motora |
| Brza{0}}os pozicioniranja | Obično ne | Mjenjači mogu smanjiti dinamičku reakciju i povećati inerciju |
6. Sigurnost vertikalne ose: mjenjač nije jedino rješenje
Za vertikalne ose, glavni problem nije samo obrtni moment. Sigurnost tokom gubitka struje je također važna. Mjenjač može pomoći u povećanju obrtnog momenta, ali ga ne treba tretirati kao jedini sigurnosni uređaj.
U zavisnosti od dizajna mašine, inženjeri takođe mogu razmotriti:
- Servo motor kočnica
- Mehanička kočnica
- Struktura protivteže
- Sigurnosna matica ili mehanički graničnik
- Dizajn{0}}isključenog držanja
- Ispravan izbor provodnika kugličnog vijka i momenta motora
7. Primjer stvarnog odabira motora: Nije potreban mjenjač
Razmotrite tipičnu horizontalnu os pozicioniranja:
| Učitaj | 30 kg |
| Linearna brzina | 300 mm/s |
| Ubrzanje | 0.5 g |
| Moždani udar | 800 mm |
| Preciznost pozicioniranja | ±0,02 mm |
| Kuglični vijak | Ø20 mm, olovo 10 mm |
| Efikasnost prenosa | 0.9 |
Korak 1: Procijenite potreban potisak. Za ovu horizontalnu primjenu, nakon razmatranja ubrzanja i praktične margine, potreban potisak je oko 250 N.
Korak 2: Izračunajte potrebni moment na osovini vijka:
T=250 × 0,01 / (2π × 0,9) ≈ 0,44 Nm
Servo motor od 400 W sa nominalnim obrtnim momentom iznad 1 Nm ima dovoljnu marginu obrtnog momenta za ovu primenu.
Korak 3: Provjerite zahtjev za brzinu. Olovnom kugličnom vijku od 10 mm potrebno je oko 1800 o/min da bi dostigao 300 mm/s:
300 mm/s ÷ 10 mm/okr.=30 okr./s=1800 o/min
Ovo je unutar opsega radne brzine mnogih servo sistema. U ovom primjeru, direktni pogon je praktičan i nije potreban mjenjač.
8. Menjač ili direktni pogon? Tabela brzih odluka
| Pitanje | Ako da | Smjer odabira |
|---|---|---|
| Da li je obrtni moment motora dovoljan? | Da | Obično se preferira direktni pogon |
| Da li provodnik šrafa odgovara potrebnoj brzini? | Da | Obično nije potreban mjenjač |
| Je li os vertikalna ili sigurno{0}}kritična? | Da | Provjerite kočnicu, mehanizam za držanje ili mjenjač ako je potrebno |
| Da li je opterećenje vrlo veliko, a olovo vrlo malo? | Da | Izračunajte marginu obrtnog momenta prije nego što odlučite |
| Hoće li mjenjač smanjiti performanse pozicioniranja? | Da | Izbjegavajte mjenjač ako je moguć direktni pogon |
9. Koje informacije kupci trebaju pružiti?
Da biste odlučili da li osi sa kugličnim vijkom treba mjenjač, prvo treba potvrditi sljedeće informacije:
- Težina opterećenja
- Horizontalni ili vertikalni smjer montaže
- Potrebna linearna brzina
- Zahtjev za ubrzanje
- Dužina hoda
- Prečnik kugličnog vijka i olovo
- Potrebna tačnost pozicioniranja
- Snaga servo motora i nazivni obrtni moment
- Radni ciklus i radno vrijeme
- Sigurnosni zahtjevi za gubitak struje ili vertikalno držanje
10. Povezana podrška za odabir kugličnih vijaka
U većini slučajeva, odabir ispravnog kugličnog vijka, okretnog momenta motora, potporne jedinice i spojnice važniji je od dodavanja mjenjača. Dobro-usklađen sistem kugličnih vijaka može smanjiti troškove, uštedjeti prostor i poboljšati dinamičku reakciju.
Povezane opcije DLY proizvoda:
- Ball Screwza CNC mašine, sisteme za automatizaciju i linearne module
- SFU kuglični vijakza standardne primjene linearnog kretanja
- Kuglični vijak visokog opterećenjaza veći potisak i teže osovine mašina
- Nosač kugličnih vijakauključujući BK/BF, FK/FF i EK/EF jedinice za podršku
- Spojnicaza spajanje motora i kugličnog vijka
Zaključak
Većini sistema sa kugličnim vijkom nije potreban mjenjač jer vijčani vod već pretvara rotaciju motora u kontroliranu linearnu brzinu i upotrebljiv potisak. Za mnoge osovine automatizacije, pravilno odabrani servo motor i kuglični vijak mogu pružiti dovoljno okretnog momenta, brzine i performansi pozicioniranja bez dodatnog smanjenja.
Mjenjač treba uzeti u obzir samo kada direktni pogon ne može zadovoljiti zahtjeve za okretni moment, vertikalnu sigurnost, usklađenost inercije ili posebne zahtjeve za instalaciju. U drugim slučajevima, dodavanje mjenjača može povećati zazor, cijenu, veličinu i inerciju uz istovremeno smanjenje dinamičkog odziva.
Najbolje rješenje je izračunati potrebni potisak, obrtni moment motora, brzinu vijka i sigurnosnu marginu prije nego što odlučite da li je mjenjač neophodan.
Trebate pomoć pri odabiru kombinacije kugličnog vijka i motora?
Molimo podijelite svoje opterećenje, brzinu, hod, vod kugličnog vijka, smjer montaže, zahtjeve za tačnost i informacije o motoru. DLY vam može pomoći da provjerite da li vašoj osovini sa kugličnim zavrtnjem treba direktan pogon, oslonac mjenjača ili drugačiji izbor vijaka.
Email: export@dlybearing.com
