4 березня 2024 р. Рекомендація новин WBM – поза межами підшипників: розкриття потенціалу кулькових шліців у роботах

Коли розробникам систем руху потрібен складний, високошвидкісний рух за кількома осями, вони можуть спочатку подумати про складні, готові руки робота. Або, якщо їм потрібно лише кілька осей, вони можуть налаштувати окремий профіль або круглу рейку для кожної осі. Але між цими варіантами ховається проста та перевірена технологія кулькових шліців. Це рішення багатоосьового руху існувало протягом багатьох років і все ще дуже актуальне для сучасних складних схем руху. Кулькові шліци використовують унікальну архітектуру, яка поєднує обертальний і лінійний рух на одному валу. Це дає їм більше гнучкості для реалізації складних схем руху в обмеженому просторі, забезпечуючи угоду «два за одного» в управлінні рухом.

Інтеграція обертального та лінійного руху

Кулькові шліци допускають як лінійний, так і обертальний рух. Це досягається за допомогою загального вала, який виконує два незалежних руху (рис. 2). Вздовж вала є осьові шліфовані канавки, які називаються «шліцами». Це також включає кулькову шлицеву гайку, яка рухається вздовж осьових канавок, фіксуючи обертальний рух або радіальні моментні навантаження.

Для приводу осьового обертання кулькова шліцьова гайка повертається. Ця гайка містить серію кульок, які дозволяють вільно рухатися вздовж осі (тобто гайка може ковзати вздовж валу з мінімальним тертям). Обертаючись, ці кульки прикладають перпендикулярну силу до валу через шлицеві канавки, обертаючи його.

Щоб забезпечити лінійний рух, шліцьовий вал переміщується вперед або назад за допомогою лінійного приводу, як поршень. Оскільки кулькові підшипники котяться в канавках (замість ковзання), нижчий коефіцієнт тертя та знос створює плавний, точний лінійний рух і вищі швидкості.

Завдяки кріпленню/підтримці ця конструкція також протистоїть торсійним навантаженням (тобто вал протистоїть обертанню, якщо він не приводиться в дію двигуном). Якщо торсійне навантаження прикладається до вала ззовні, коли він висувається/втягується/нерухомий, шлицева гайка підтримує його, протистоячи цьому навантаженню.

Переваги

Краще використання простору

Стиснення кількох осей в одну робить кулькові шліци більш ефективними, ніж традиційні підшипникові рішення. Це передбачає використання меншої кількості компонентів і рухомих частин, а також більшу вантажопідйомність у цьому просторі, ніж пропонують порівняні лінійні підшипники.

Вища вантажопідйомність

Широкі канавки з прецизійним шліфуванням збільшують здатність до перенесення навантажень і підвищують твердість і жорсткість, щоб витримати вдвічі більше моментне навантаження, ніж традиційні підшипникові вузли. Кулькові шліци також розподіляють більше навантаження по довжині вала. Це дозволяє їм витримувати більші навантаження, ніж звичайні підшипники, які можуть бути більш схильні до локальної концентрації напруги. Кулькові шліци також кращі з нецентральними навантаженнями, що часто зустрічається при зміні інструменту та застосуванні підбору й розміщення.

Незначне тертя

Система направлення кульок забезпечує рух майже без тертя завдяки точному контакту з дотичними точками котячих кульок, що спрямовуються канавками шліцьового вала та кільцями всередині гайки.

Вищі швидкості

Кулькові шліци потребують лише невеликих зусиль для зміщення шліцьової гайки в аксіальному напрямку, передаючи крутний момент і мінімізуючи тертя. Це сприяє приблизно 20-відсотковому збільшенню швидкості в порівнянні зі звичайним кульковим гвинтом і більш плавній роботі. Кулькові шліци витримують швидкість до 2 м/с.

Висока точність і точність

Кулькові шліци пропонують високу точність позиціонування, що робить їх ідеальними для застосувань, які потребують точного контролю. Нульовий люфт гарантує відсутність обертального люфту або втрати руху при зміні напрямків. Кулькові шліци зберігають цю точність і низьке тертя навіть за великих навантажень.

Легке встановлення та обслуговування

Встановлення просте, зазвичай вимагає грубого отвору та монтажних отворів, просвердлених і нарізаних для кріплення фланцевої гайки, або грубого отвору та шпонкового канавки для круглої гайки. Проста конструкція полегшує пошук несправностей і обслуговування кульових шліців. Команда технічного обслуговування може витягнути шліц з вала, змастити його та вставити назад, тоді як профільна рейка та кулькові гвинти потребують більшого обслуговування.

Висока міцність

Кулькові шліци мають довший термін служби, ніж деякі традиційні підшипники, завдяки збільшеному точковому контакту кулькових підшипників, що зменшує напругу та збільшує навантажувальну здатність. Чим менше навантаження на кулі, тим важче навантаження вони можуть витримати, одночасно протистоячи зносу та забезпечуючи стабільну продуктивність.

Кулькові шліци часто мають ущільнювачі та захисні кришки, які захищають кулькові підшипники від забруднень, таких як пил і сміття, що ще більше подовжує термін служби. Кулькова шлицева архітектура має безпечну вантажопідйомність під будь-яким кутом, на відміну від радіального підшипника, де кульки повинні бути ретельно розташовані, щоб збалансувати навантаження.

Економія коштів

Попередня економія є значною для двох осей руху, і економія помножується на збільшення обсягів. Кулькові шліци значно дешевші, ніж пакетні багатоосьові системи. Наявність меншої кількості компонентів і рухомих частин робить їх економічнішими, ніж вузли профільних рейок. Вони забезпечують кращу стійкість до моментних навантажень за ціною та вимагають менше підготовки поверхні для монтажу. Вартість кулькових шліців подібна до вузлів круглих рейок, але з меншою площею та меншою кількістю осей. Довгостроково, менше компонентів потребують обслуговування, що економить час і гроші.

Додатки

Розробникам руху, які об’єднують лінійний і обертальний рух, слід оцінити технологію кулькових шліців, щоб побачити, чи вигідно їх конфігурувати на одному валу. Ось кілька прикладів застосування в автоматизації виробництва, транспорті та охороні здоров’я/дослідженнях, які скористалися перевагами функціональних можливостей кулькового з’єднання:

Автоматизація виробництва

Повторюване збирання та розміщення, наприклад високошвидкісне позиціонування напівпровідникового об’єкта, коли рука вибирає елемент із етапу складання, повертає та кладе його на інший.

Позиціонування інструменту ЧПК під час механічної обробки та фрезерування.

Пакувальне обладнання для точного контролю механізмів наповнення та закупорювання.

Транспорт

Елементи керування літальним апаратом, наприклад розгортання закрилків і регулювання газу.

Військова техніка для полегшення повороту, підйому гармати та керування автомобілем.

Охорона здоров'я та дослідження

Роботи для допомоги в хірургічних процедурах.

Медичні пристрої візуалізації для полегшення точного руху КТ-сканерів або інших високоточних пристроїв для отримання зображень.

Лабораторний аналіз, такий як столик мікроскопа та розміщення зразка.

Деякі постачальники пропонують онлайн-інструкції, щоб допомогти розробникам машин оптимізувати кульові шліци для своїх застосувань. Наприклад, один інструмент вибору кулькового шліца пропонує візуальні посібники, які надають користувачам найкращу конфігурацію за лічені хвилини.

Знайти своє місце

Кулькові шліци ідеально підходять для конструкторів машин, яким потрібен рух по кількох осях. Порівняно з упакованими багатоосьовими системами кулькові шліци вимагають менше місця та можуть розгортатися на вищих швидкостях із меншим тертям; більша точність; довше, більш передбачуване життя; і простіше обслуговування. Вони також можуть бути дешевшими.

У той час як кульковий шліц може замінити упаковані роботизовані руки, їх ефективність використання простору та нульовий люфт роблять їх придатними для використання як компоненти цих вузлів, можливо, подовжуючи вертикальний хід або сприяючи більшим радіальним і осьовим навантаженням.

У міру того, як бізнес-операції стають складнішими, а цифрові технології, штучний інтелект і прогрес мобільності привносять більше осей руху в стратегії автоматизації, унікальна продуктивність і універсальність кулькового шліца можуть нарешті отримати належну повагу.

 

(https://www.powertransmission.com)