En molts sistemes d'automatització, un servomotor pot accionar un cargol de boles directament sense utilitzar una caixa de canvis. Això es deu al fet que el cable del cargol de boles ja converteix la rotació del motor d'alta-velocitat en moviment lineal de-velocitat més baixa i d'alta-empenta.
Tanmateix, això no vol dir que mai s'utilitzi una caixa de canvis amb un cargol de boles. En eixos de càrrega elevada-, encara es poden considerar sistemes d'elevació verticals, mecanismes-crítics de seguretat o aplicacions amb una gran discrepància d'inèrcia, una caixa de canvis, un fre o una altra estructura de retenció. L'elecció correcta depèn del parell del motor, el cable del cargol de boles, la velocitat requerida, la càrrega, la direcció de muntatge i els requisits de seguretat.
Resposta ràpida:
La majoria dels sistemes de cargols de boles no necessiten una caixa de canvis. Una caixa de canvis només es considera quan l'accionament directe del motor no pot satisfer els requisits de parell, seguretat, velocitat o inèrcia-.
1. Per què la majoria de cargols de boles no necessiten una caixa de canvis
Un cargol de boles no és només un component de transmissió. Ja és un mecanisme de conversió rotatiu-a-lineal. El cable del cargol defineix quant de viatge lineal es produeix amb una rotació completa del cargol.
Per exemple, si un cargol de boles té un pas de 10 mm, la femella es mou 10 mm quan el cargol gira una volta. Si el motor funciona a 3000 rpm, la velocitat lineal teòrica és:
Fórmula de velocitat lineal:
Velocitat lineal=fil de cargol × velocitat del motor
10 mm/rev × 3000 rpm=30000 mm/min=30 m/min
Això significa que el cargol de boles ja converteix la rotació ràpida del motor en un recorregut lineal controlat. Un plom més petit produeix una velocitat més baixa i una empenta més alta. Un cable més gran produeix una velocitat més alta, però requereix més parell motor per a la mateixa empenta.
Per a molts eixos de posicionament horitzontals, màquines d'envasament, eixos auxiliars CNC, mòduls lineals i sistemes d'automatització, n'hi ha prou amb triar el cable de cargol de boles i el servomotor correctes. Afegir una caixa de canvis sovint augmenta el cost i la complexitat sense millorar el resultat.
2. Cargol de boles de plom, velocitat i empenta
Molts enginyers pensen primer en el plom com un paràmetre de velocitat. De fet, el plom també afecta l'empenta i el parell motor. Un cable més petit actua com una reducció mecànica més forta, mentre que un cable més gran és millor per a la velocitat.
| Cargol de boles de plom | Velocitat lineal | Capacitat d'empenta | Ús típic |
|---|---|---|---|
| Petit plom | Velocitat lineal més baixa | Major empenta per al mateix parell motor | Eixos elevadors, càrrega pesada, alimentació fina, ajust de precisió |
| Plom mitjà | Velocitat equilibrada | Empenta equilibrada | Automatització general, eixos CNC, maquinària d'embalatge |
| Gran plom | Major velocitat lineal | Requereix més parell motor per a la mateixa empenta | Eixos de transferència ràpids, moviment de-carrera llarga, posicionament d'alta-velocitat |
Una fórmula útil de càlcul de parell és:
Fórmula de parell requerida:
T=F × plom / (2π × η)
T=parell de rosca requerit, F=empenta requerida, plom=pas de cargol, η=eficiència de transmissió.
3. Per què els accionaments per corretja i engranatges solen necessitar una caixa de canvis
Els accionaments per corretja, cadena i engranatges no proporcionen naturalment el mateix tipus de reducció rotativa-a-lineal que un cargol de boles. Si un motor acciona directament un sistema de corretja, la velocitat lineal pot ser massa alta i el parell disponible pot no ser suficient per a la càrrega.
En sistemes de transmissió de corretges o engranatges, una caixa de canvis s'utilitza habitualment per:
- Reduïu la velocitat del motor a una velocitat de sortida utilitzable
- Augmenta el parell de sortida
- Millorar la concordança de la inèrcia entre el motor i la càrrega
- Milloreu l'estabilitat del control de baixa-velocitat
- Protegiu el motor de la sobrecàrrega en determinades aplicacions
4. Problemes causats per afegir una caixa de canvis a un cargol de boles
Tècnicament és possible afegir una caixa de canvis entre el motor i el cargol de boles. Tanmateix, si el parell i la velocitat del motor ja són adequats, la caixa de canvis pot crear més problemes que beneficis.
| Possible problema | Efecte sobre el sistema de cargol de boles |
|---|---|
| Reacció | Pot reduir la precisió de posicionament i la repetibilitat |
| Elasticitat torsional | Pot reduir la resposta dinàmica i afectar l'estabilitat del control |
| Inèrcia extra | Pot frenar l'acceleració i reduir la resposta del servo |
| Més components | Augmenta els errors de muntatge i els punts de manteniment |
| Estructura més gran | Requereix més espai d'instal·lació i un disseny de suport més complex |
| Cost més elevat | Pot ser que no proporcioni prou benefici pràctic per a un eix de cargol de boles normal |
5. Quan es necessita una caixa de canvis per a un cargol de boles?
Tot i que la majoria dels eixos de cargol de boles no necessiten una caixa de canvis, hi ha alguns casos especials en què pot ser útil.
| Condició | Necessita caixa de canvis? | Raó |
|---|---|---|
| Eix de càrrega mitjà horitzontal- | Normalment no | Sovint n'hi ha prou amb un servomotor adequat i un cable de cargol de boles |
| Alta càrrega amb plom molt petit | Potser | El parell motor requerit pot excedir la capacitat d'accionament directe- |
| Eix Z vertical | Potser | S'ha d'avaluar la seguretat de la retenció durant la pèrdua de potència |
| Gran desajust d'inèrcia | Potser | Un reductor pot ajudar a millorar la concordança de la inèrcia en alguns sistemes |
| Mida limitada del motor | Potser | Una caixa de canvis pot augmentar el parell de sortida disponible quan l'espai limita la selecció del motor |
| Eix de posicionament{0}}d'alta velocitat | Normalment no | Les caixes de canvis poden reduir la resposta dinàmica i augmentar la inèrcia |
6. Seguretat de l'eix vertical: la caixa de canvis no és l'única solució
Per als eixos verticals, el problema principal no és només el parell. La seguretat durant la pèrdua d'energia també és important. Una caixa de canvis pot ajudar a augmentar el parell de retenció, però no s'ha de tractar com l'únic dispositiu de seguretat.
Depenent del disseny de la màquina, els enginyers també poden considerar:
- Fre de servomotor
- Fre mecànic
- Estructura de contrapès
- Femella de seguretat o tope mecànica
- Apagueu-disseny de retenció
- Selecció adequada del parell del motor i del cable del cargol de boles
7. Exemple de selecció de motor real: no cal cap caixa de canvis
Considereu un eix de posicionament horitzontal típic:
| Carrega | 30 kg |
| Velocitat lineal | 300 mm/s |
| Acceleració | 0.5 g |
| Ictus | 800 mm |
| Precisió de posicionament | ±0,02 mm |
| Cargol de bola | Ø20 mm, plom 10 mm |
| Eficiència de la transmissió | 0.9 |
Pas 1: calculeu l'empenta necessària. Per a aquesta aplicació horitzontal, després de considerar l'acceleració i el marge pràctic, l'empenta requerida és d'uns 250 N.
Pas 2: calculeu el parell necessari a l'eix del cargol:
T=250 × 0,01 / (2π × 0,9) ≈ 0,44 Nm
Un servomotor de 400 W amb un parell nominal superior a 1 Nm té un marge de parell suficient per a aquesta aplicació.
Pas 3: comproveu el requisit de velocitat. Un cargol de boles de plom de 10 mm necessita unes 1800 rpm per arribar a 300 mm/s:
300 mm/s ÷ 10 mm/rev=30 rev/s=1800 rpm
Això es troba dins del rang de velocitat de treball de molts sistemes servo. En aquest exemple, l'accionament directe és pràctic i no es necessita cap caixa de canvis.
8. Caixa de canvis o tracció directa? Taula de decisions ràpides
| Pregunta | Si sí | Direcció de selecció |
|---|---|---|
| El parell motor és suficient? | Sí | Normalment es prefereix la conducció directa |
| El cable del cargol coincideix amb la velocitat requerida? | Sí | Normalment no es necessita cap caixa de canvis |
| L'eix és vertical o la seguretat-crítica? | Sí | Comproveu el fre, el mecanisme de retenció o la caixa de canvis si cal |
| La càrrega és molt alta i el plom molt petit? | Sí | Calculeu el marge de parell abans de decidir |
| Una caixa de canvis reduirà el rendiment de posicionament? | Sí | Eviteu la caixa de canvis si és possible la tracció directa |
9. Quina informació haurien de proporcionar els compradors?
Per decidir si un eix de cargol de boles necessita una caixa de canvis, primer s'ha de confirmar la informació següent:
- Pes de càrrega
- Direcció de muntatge horitzontal o vertical
- Velocitat lineal requerida
- Requisit d'acceleració
- Longitud del traç
- Diàmetre del cargol de boles i plom
- Precisió de posicionament requerida
- Potència del servomotor i parell nominal
- Cicle de treball i hores de treball
- Requisit de seguretat per pèrdua de potència o retenció vertical
10. Suport de selecció de cargols de boles relacionat
En la majoria dels casos, seleccionar el cable del cargol de boles, el parell del motor, la unitat de suport i l'acoblament correctes és més important que afegir una caixa de canvis. Un sistema de cargol de boles-ben combinat pot reduir costos, estalviar espai i millorar la resposta dinàmica.
Opcions de producte DLY relacionades:
- Cargol de bolesper a màquines CNC, sistemes d'automatització i mòduls lineals
- Cargol de boles SFUper a aplicacions de moviment lineal estàndard
- Cargol de boles d'alta càrregaper a més empenta i eixos de màquines més pesats
- Suport de cargol de bolesincloses les unitats de suport BK/BF, FK/FF i EK/EF
- Acoblamentper a connexió de motor i cargol de boles
Conclusió
La majoria dels sistemes de cargol de boles no necessiten una caixa de canvis perquè el cable del cargol ja converteix la rotació del motor en una velocitat lineal controlada i una empenta utilitzable. Per a molts eixos d'automatització, un servomotor i un cargol de boles seleccionats correctament poden proporcionar prou parell, velocitat i rendiment de posicionament sense reducció addicional.
Només s'ha de considerar una caixa de canvis quan l'accionament directe no pot complir els requisits de parell, seguretat vertical, concordança d'inèrcia o instal·lació especial. En altres casos, afegir una caixa de canvis pot augmentar el joc, el cost, la mida i la inèrcia alhora que redueix la resposta dinàmica.
La millor solució és calcular l'empenta, el parell motor, la velocitat del cargol i el marge de seguretat necessaris abans de decidir si cal una caixa de canvis.
Necessites ajuda per seleccionar una combinació de cargols de boles i motor?
Si us plau, compartiu la càrrega, la velocitat, la carrera, el cable del cargol de boles, la direcció de muntatge, els requisits de precisió i la informació del motor. DLY pot ajudar a revisar si l'eix del cargol de boles necessita accionament directe, suport de la caixa de canvis o una selecció de cargol diferent.
Correu electrònic: export@dlybearing.com
