4. marec 2024, teden, priporočilo novic WBM - Onkraj ležajev: sprostitev potenciala krogličnih zlepkov v robotskih oblikah

Ko načrtovalci gibalnih sistemov potrebujejo zapleteno, visokohitrostno večosno gibanje, lahko najprej pomislijo na izdelane, predpakirane robotske roke. Ali pa, če potrebujejo le nekaj osi, lahko konfigurirajo ločen profil ali okroglo tirnico za vsako os. Toda skrivanje med temi možnostmi je preprosta in preizkušena tehnologija krogličnih zlepkov. Ta rešitev za večosno gibanje obstaja že leta in je še vedno zelo pomembna za današnje kompleksne sheme gibanja. Krogelni zlepki uporabljajo edinstveno arhitekturo, ki združuje rotacijsko in linearno gibanje na eni gredi. To jim daje večjo prilagodljivost pri izvajanju kompleksnih shem gibanja v tesnejših prostorih, kar zagotavlja dogovor dva za enega pri nadzoru gibanja.

Integracija rotacijskega in linearnega gibanja

Kroglični zlepki omogočajo linearno in rotacijsko gibanje. To se doseže s skupno gredjo, ki izvaja dva neodvisna gibanja (slika 2). Gred ima vzdolž svoje dolžine aksialne brušene utore, imenovane "spone". To vključuje tudi kroglično utorno matico, ki se pelje vzdolž aksialnih brušenih utorov, blokira rotacijsko gibanje ali radialne momentne obremenitve.

Za pogon aksialne rotacije se vrti kroglična utorna matica. Ta matica vsebuje niz kroglic, ki omogočajo prosto gibanje vzdolž osi (tj. matica lahko drsi vzdolž gredi z minimalnim trenjem). Ko se vrtijo, te krogle izvajajo pravokotno silo na gred preko utorov z utorom in jo obračajo.

Za pogon linearnega gibanja se utorna gred premakne naprej ali nazaj z uporabo linearnega aktuatorja, kot je bat. Ker se kroglični ležaji kotalijo znotraj utorov (namesto drsenja), nižji koeficient trenja in obrabe ustvarja gladko, natančno linearno gibanje in višje hitrosti.

Zaradi sidranja/podpore se ta ureditev upira tudi torzijski obremenitvi (tj. gred se upira vrtenju, razen če je poganja motor). Če na gred deluje torzijska obremenitev od zunaj, ko se ta razteza/umika/miruje, jo podpira utorna matica in se upira tej obremenitvi.

Prednosti

Boljša izraba prostora

S stiskanjem več osi ​​v eno naredijo kroglični zlepki bolj prostorsko učinkovite kot tradicionalne rešitve ležajev. To vključuje manj komponent in gibljivih delov ter večjo nosilnost znotraj tega prostora, kot jo ponujajo primerljivi linearni ležaji.

Večja nosilnost

Široki, natančno brušeni utori povečajo nosilnost in izboljšajo togost in togost za obvladovanje do dvakrat večje momentne obremenitve kot tradicionalni ležajni sklopi. Krogelni utori prav tako porazdelijo večjo obremenitev po dolžini gredi. To jim omogoča, da prenesejo večje obremenitve kot običajni ležaji, ki so lahko bolj izpostavljeni lokalnim koncentracijam napetosti. Kroglični zlepki so boljši tudi pri obremenitvah izven središča, kar je pogosto pri menjavi orodij in aplikacijah pobiranja in postavitve.

Zanemarljivo trenje

Sistem za vodenje kroglice zagotavlja gibanje skoraj brez trenja z natančnim stikom s tangencialnimi točkami kotalečih se kroglic, ki jih vodijo utori na gredi in obroč znotraj matice.

Višje hitrosti

Krogelni utori potrebujejo le majhne sile, da aksialno premaknejo utorno matico, hkrati pa prenašajo navor in zmanjšujejo trenje. To prispeva k približno 20-odstotni povečani hitrosti v primerjavi s tradicionalnim krogličnim vretenom in bolj gladkemu delovanju. Krogelni utori lahko prenesejo hitrosti do 2 m/s.

Visoka natančnost in točnost

Krogelni zlepki nudijo visoko natančnost in točnost pri pozicioniranju, zaradi česar so idealni za aplikacije, ki zahtevajo natančen nadzor. Ničelna zračnost zagotavlja, da ni rotacijskega zračnosti ali izgubljenega gibanja pri spreminjanju smeri. Krogelni utori ohranjajo to natančnost in nizko trenje tudi pri velikih obremenitvah.

Enostavna namestitev in vzdrževanje

Namestitev je enostavna, običajno zahteva grobo izvrtino in montažne luknje, izvrtane in narezane za pritrditev matice s prirobnico, ali grobo izvrtino in utor za okroglo matico. Enostavna zasnova olajša odpravljanje težav in servisiranje krogličnih utorov. Vzdrževalna ekipa lahko utor izvleče iz gredi, ga namaže in vstavi nazaj, medtem ko profilna tirnica in kroglični vijaki zahtevajo višje vzdrževanje.

Visoka vzdržljivost

Kroglični utori imajo daljšo življenjsko dobo kot nekateri tradicionalni ležaji zaradi povečanega točkovnega stika krogličnih ležajev, kar zmanjša napetost in poveča nosilnost. Manj ko so krogle obremenjene, večjo obremenitev lahko prenesejo, hkrati pa so odporne proti obrabi in zagotavljajo dosledno delovanje.

Kroglični utori so pogosto opremljeni s tesnili in zaščitnimi pokrovi, ki ščitijo kroglične ležaje pred onesnaževalci, kot so prah in ostanki, kar še dodatno podaljšuje življenjsko dobo. Struktura krogličnega utora ima varno nosilnost iz vseh kotov, za razliko od radialnih ležajev, kjer morajo biti krogle skrbno nameščene za uravnoteženje obremenitve.

Prihranki stroškov

Vnaprejšnji prihranki so znatni za dve osi gibanja, prihranki pa se pomnožijo z večjimi količinami. Krogelni zlepki so bistveno cenejši od pakiranih večosnih sistemov. Ker imajo manj komponent in gibljivih delov, so bolj ekonomični kot sklopi profilnih tirnic. Zagotavljajo boljšo odpornost na trenutne obremenitve za ceno in zahtevajo manj priprave površine za namestitev. Stroški krogličnih utorov so podobni sklopom okroglih tirnic, vendar znotraj manjšega odtisa in manj osi. Dolgoročno manj komponent potrebuje vzdrževanje, kar prihrani čas in denar.

Aplikacije

Oblikovalci gibanja, ki združujejo linearno in rotacijsko gibanje, bi morali oceniti tehnologijo krogličnih zlepkov, da bi ugotovili, ali je njihova konfiguracija na isti gredi koristna. Tukaj je nekaj primerov uporabe v tovarniški avtomatizaciji, transportu in zdravstvenem varstvu/raziskavah, ki so izkoristile funkcionalnost krogličnega zlepka:

Avtomatizacija tovarne

Ponavljajoča sestava vzemi in postavi, kot je visokohitrostno pozicioniranje polprevodniškega predmeta, pri katerem roka izbere element iz faze sestavljanja, ga zavrti in ga položi na drugega.

Pozicioniranje CNC orodja pri obdelavi in ​​rezkanju.

Pakirna oprema za natančno kontrolo mehanizmov za polnjenje in zapiranje.

Prevozništvo

Kontrole letala, kot sta nastavitev zakrilc in nastavitev plina.

Vojaška vozila za olajšanje rotacije, dviga topov in krmiljenja vozil.

Zdravstveno varstvo in raziskave

Roboti za pomoč pri kirurških posegih.

Medicinske slikovne naprave za olajšanje natančnega gibanja CT skenerjev ali drugih visoko natančnih naprav za pridobivanje slik.

Laboratorijska analiza, kot sta mikroskopska miza in pozicioniranje vzorca.

Nekateri prodajalci ponujajo spletne napotke, ki oblikovalcem strojev pomagajo optimizirati kroglične zlepke za njihove aplikacije. Na primer, eno orodje za izbiro krogličnih zlepkov ponuja vizualne pripomočke, ki uporabnikom omogočajo najboljšo konfiguracijo v nekaj minutah.

Iskanje svojega mesta

Krogelni zlepki so popolni za načrtovalce strojev, ki potrebujejo gibanje po več oseh. V primerjavi s pakiranimi večosnimi sistemi kroglični zlepki zahtevajo manj prostora in se lahko uporabljajo pri višjih hitrostih z manjšim trenjem; večja natančnost; daljše, bolj predvidljivo življenje; in lažje vzdrževanje. Lahko so tudi cenejši.

Medtem ko lahko kroglični zupci nadomestijo zapakirane robotske roke, so zaradi njihove prostorske učinkovitosti in ničelne zračnosti uporabne kot sestavni deli teh sklopov, ki lahko podaljšajo navpični hod ali pomagajo pri težjih radialnih in aksialnih obremenitvah.

Ker postajajo poslovne operacije bolj zapletene in napredek digitalizacije, umetne inteligence in mobilnosti prinaša več osi ​​gibanja v strategije avtomatizacije, bosta edinstvena zmogljivost in vsestranskost krogličnega zupka morda končno deležni spoštovanja, ki si ga zaslužita.

 

(https://www.powertransmission.com)