V mnoha automatizačních systémech může servomotor pohánět kuličkový šroub přímo bez použití převodovky. Je to proto, že vedení kuličkového šroubu již převádí vysoké-otáčky motoru na lineární pohyb s nižší-rychlostí a vysokým{3}}tahem.
To však neznamená, že se nikdy nepoužívá převodovka s kuličkovým šroubem. U os s vysokým-zátěžem, vertikálních zvedacích systémů, bezpečnostních-kritických mechanismů nebo aplikací s velkým nesouladem setrvačnosti lze stále uvažovat o převodovce, brzdě nebo jiné přídržné konstrukci. Správná volba závisí na kroutícím momentu motoru, vedení kuličkového šroubu, požadované rychlosti, zatížení, směru montáže a bezpečnostních požadavcích.
Rychlá odpověď:
Většina systémů s kuličkovými šrouby nepotřebuje převodovku. Převodovka přichází v úvahu pouze tehdy, když přímý pohon motorem nemůže splnit požadavky na točivý moment, bezpečnost, rychlost nebo setrvačnost-.
1. Proč většina kuličkových šroubů nepotřebuje převodovku
Kuličkové šrouby nejsou jen součástí převodovky. Je to již rotační-na{2}}lineární převodní mechanismus. Stoupání šroubu definuje, jak velký lineární pohyb vznikne jednou plnou otáčkou šroubu.
Pokud má například kuličkový šroub stoupání 10 mm, posune se matice o 10 mm, když se šroub otočí o jednu otáčku. Pokud motor běží při 3000 ot./min., teoretická lineární rychlost je:
Vzorec lineární rychlosti:
Lineární rychlost=stoupání šroubu × rychlost motoru
10 mm/ot × 3000 ot./min=30000 mm/min=30 m/min
To znamená, že kuličkový šroub již převádí rychlé otáčení motoru na řízený lineární pohyb. Menší vedení produkuje nižší rychlost a vyšší tah. Větší vedení produkuje vyšší rychlost, ale vyžaduje větší točivý moment motoru pro stejný tah.
Pro mnoho horizontálních polohovacích os, balicích strojů, pomocných CNC os, lineárních modulů a automatizačních systémů stačí výběr správného vedení kuličkového šroubu a servomotoru. Přidání převodovky často zvyšuje náklady a složitost, aniž by se zlepšil výsledek.
2. Vedení, rychlost a tah kuličkového šroubu
Mnoho inženýrů nejprve myslí na olovo jako na rychlostní parametr. Olovo ve skutečnosti také ovlivňuje tah a točivý moment motoru. Menší předstih působí jako silnější mechanická redukce, zatímco větší předstih je lepší pro rychlost.
| Vedení kuličkového šroubu | Lineární rychlost | Schopnost tahu | Typické použití |
|---|---|---|---|
| Malý náskok | Nižší lineární rychlost | Vyšší tah pro stejný točivý moment motoru | Zvedací osy, velké zatížení, jemný posuv, přesné nastavení |
| Střední vedení | Vyrovnaná rychlost | Vyvážený tah | Obecná automatizace, CNC osy, balicí stroje |
| Velký náskok | Vyšší lineární rychlost | Vyžaduje větší točivý moment motoru pro stejný tah | Rychlé přenosové osy, dlouhý-pohyb, vysokorychlostní{1}}polohování |
Užitečný vzorec pro výpočet točivého momentu je:
Vzorec požadovaného točivého momentu:
T=F × olovo / (2π × η)
T=požadovaný kroutící moment šroubu, F=požadovaný tah, stoupání=stoupání šroubu, účinnost přenosu η =.
3. Proč řemenové a ozubené převody obvykle potřebují převodovku
Řemenové, řetězové a ozubené pohony přirozeně neposkytují stejný druh rotační-až{1}}lineární redukce jako kuličkový šroub. Pokud motor pohání přímo řemenový systém, lineární rychlost může být příliš vysoká a dostupný krouticí moment nemusí být dostatečný pro zatížení.
V řemenových nebo ozubených převodových systémech se převodovka běžně používá k:
- Snižte otáčky motoru na použitelnou výstupní rychlost
- Zvyšte výstupní točivý moment
- Zlepšení přizpůsobení setrvačnosti mezi motorem a zátěží
- Zlepšete stabilitu-ovládání nízkých otáček
- Chraňte motor před přetížením v určitých aplikacích
4. Problémy způsobené přidáním převodovky ke kuličkovému šroubu
Mezi motor a kuličkový šroub je technicky možné přidat převodovku. Pokud jsou však točivý moment a otáčky motoru již vhodné, může převodovka způsobit více problémů než užitku.
| Možný problém | Vliv na systém kuličkových šroubů |
|---|---|
| Vůle | Může snížit přesnost polohování a opakovatelnost |
| Torzní elasticita | Může snížit dynamickou odezvu a ovlivnit stabilitu ovládání |
| Extra setrvačnost | Může zpomalit akceleraci a snížit odezvu serva |
| Více komponentů | Zvyšuje chyby montáže a body údržby |
| Větší struktura | Vyžaduje více instalačního prostoru a složitější konstrukci podpory |
| Vyšší náklady | Nemusí poskytovat dostatek praktických výhod pro normální osu kuličkového šroubu |
5. Kdy je pro kuličkový šroub potřeba převodovka?
Ačkoli většina os s kuličkovými šrouby nepotřebuje převodovku, existují některé speciální případy, kdy to může být užitečné.
| Stav | Potřebujete převodovku? | Důvod |
|---|---|---|
| Horizontální osa středního-zátěže | Obvykle ne | Často stačí vhodný servomotor a vedení kuličkového šroubu |
| Vysoká zátěž s velmi malým předstihem | Možná | Požadovaný točivý moment motoru může překročit možnosti přímého pohonu- |
| Vertikální osa Z | Možná | Musí být vyhodnocena bezpečnost držení při ztrátě napájení |
| Velký nesoulad setrvačnosti | Možná | Reduktor může pomoci zlepšit přizpůsobení setrvačnosti v některých systémech |
| Omezená velikost motoru | Možná | Převodovka může zvýšit dostupný výstupní točivý moment, když prostor omezuje výběr motoru |
| Vysokorychlostní-polohovací osa | Obvykle ne | Převodovky mohou snížit dynamickou odezvu a zvýšit setrvačnost |
6. Bezpečnost vertikální osy: Převodovka není jediným řešením
U vertikálních os není hlavním problémem pouze točivý moment. Důležitá je také bezpečnost při výpadku proudu. Převodovka může pomoci zvýšit přídržný moment, ale neměla by být považována za jediné bezpečnostní zařízení.
V závislosti na konstrukci stroje mohou inženýři také zvážit:
- Brzda servomotoru
- Mechanická brzda
- Struktura protiváhy
- Bezpečnostní matice nebo mechanický doraz
- Vypněte-přídržný design
- Správný výběr vedení kuličkového šroubu a točivého momentu motoru
7. Příklad skutečného výběru motoru: Není potřeba převodovka
Zvažte typickou horizontální polohovací osu:
| Zatížení | 30 kg |
| Lineární rychlost | 300 mm/s |
| Akcelerace | 0.5 g |
| Mrtvice | 800 mm |
| Přesnost polohování | ±0,02 mm |
| Kulový šroub | Ø20 mm, stoupání 10 mm |
| Účinnost přenosu | 0.9 |
Krok 1: Odhadněte požadovaný tah. Pro tuto horizontální aplikaci je po zvážení zrychlení a praktické rezervy požadovaný tah asi 250 N.
Krok 2: Vypočítejte požadovaný točivý moment na hřídeli šroubu:
T=250 × 0,01 / (2π × 0,9) ≈ 0,44 Nm
Servomotor 400 W s jmenovitým kroutícím momentem nad 1 Nm má pro tuto aplikaci dostatečnou rezervu točivého momentu.
Krok 3: Zkontrolujte požadavek na rychlost. 10mm vodicí kuličkový šroub potřebuje asi 1800 otáček za minutu, aby dosáhl rychlosti 300 mm/s:
300 mm/s ÷ 10 mm/ot=30 ot/s=1800 ot./min
To je v rozsahu pracovních rychlostí mnoha servosystémů. V tomto příkladu je praktický přímý pohon a není potřeba převodovka.
8. Převodovka nebo přímý pohon? Tabulka rychlého rozhodování
| Otázka | Pokud ano | Směr výběru |
|---|---|---|
| Je točivý moment motoru dostatečný? | Ano | Obvykle je preferován přímý pohon |
| Odpovídá vedení šroubu požadované rychlosti? | Ano | Obvykle není potřeba žádná převodovka |
| Je osa svislá nebo bezpečnost-kritická? | Ano | V případě potřeby zkontrolujte brzdu, přídržný mechanismus nebo převodovku |
| Je zatížení velmi vysoké a předstih velmi malý? | Ano | Než se rozhodnete, vypočítejte točivý moment |
| Sníží převodovka výkon polohování? | Ano | Vyhněte se převodovce, pokud je možný přímý pohon |
9. Jaké informace by měli kupující poskytovat?
Chcete-li se rozhodnout, zda osa s kuličkovým šroubem potřebuje převodovku, je třeba nejprve potvrdit následující informace:
- Hmotnost nákladu
- Horizontální nebo vertikální směr montáže
- Požadovaná lineární rychlost
- Požadavek na zrychlení
- Délka tahu
- Průměr kuličkového šroubu a stoupání
- Požadovaná přesnost polohování
- Výkon servomotoru a jmenovitý točivý moment
- Pracovní cyklus a pracovní doba
- Bezpečnostní požadavek na ztrátu výkonu nebo vertikální držení
10. Související podpora pro výběr kuličkového šroubu
Ve většině případů je výběr správného vedení kuličkového šroubu, krouticího momentu motoru, nosné jednotky a spojky důležitější než přidání převodovky. Dobře{1}}sladěný systém kuličkových šroubů může snížit náklady, ušetřit místo a zlepšit dynamickou odezvu.
Související možnosti produktů DLY:
- Kulový šroubpro CNC stroje, automatizační systémy a lineární moduly
- Kulový šroub SFUpro standardní aplikace lineárního pohybu
- Vysokozátěžový kuličkový šroubpro vyšší tah a těžší osy stroje
- Podpora kuličkového šroubuvčetně podpůrných jednotek BK/BF, FK/FF a EK/EF
- Spojkapro připojení motoru a kuličkového šroubu
Závěr
Většina systémů s kuličkovými šrouby nepotřebuje převodovku, protože vedení šroubu již převádí rotaci motoru na řízenou lineární rychlost a použitelný tah. U mnoha automatizačních os může správně zvolený servomotor a kuličkový šroub poskytnout dostatečný krouticí moment, rychlost a polohovací výkon bez dalšího snížení.
Převodovka by měla být zvažována pouze tehdy, když přímý pohon nemůže splnit požadavky na krouticí moment, vertikální bezpečnost, přizpůsobení setrvačnosti nebo speciální požadavky na instalaci. V jiných případech může přidání převodovky zvýšit vůli, náklady, velikost a setrvačnost a zároveň snížit dynamickou odezvu.
Nejlepším řešením je vypočítat požadovaný tah, točivý moment motoru, rychlost šroubu a bezpečnostní rezervu, než se rozhodnete, zda je převodovka nezbytná.
Potřebujete pomoci s výběrem kombinace kuličkového šroubu a motoru?
Podělte se o své zatížení, rychlost, zdvih, vedení kuličkového šroubu, směr montáže, požadavky na přesnost a informace o motoru. DLY může pomoci zkontrolovat, zda vaše osa kuličkového šroubu potřebuje přímý pohon, podporu převodovky nebo jiný výběr šroubu.
E-mail: export@dlybearing.com
