Jak obliczyć i zminimalizować luz w napędach zębatkowych

W dziedzinie automatyzacji precyzyjnej -, niezależnie od tego, czy są to duże frezarki bramowe, maszyny do cięcia laserowego, czy system chodzenia robotów z siódmą osią -, pozornie idealny ruch liniowy w modelach CAD często napotyka trudne wyzwania praktyczne w warsztacie.

Najczęstszym problemem jest:Reakcja.

Chociaż luz często przypisuje się po prostu problemom z jakościąbieg w rzeczywistości luz w układach zębatek jest systematycznym wynikiem tolerancji produkcyjnych, błędów geometrycznych montażu i czynników fizycznych środowiska.

Luz wsteczny odnosi się do szczeliny pomiędzy powierzchniami zębów zazębionych kół zębatych. W idealnym stanie szczelina powinna wynosić zero, jednak aby zmieścić film oleju smarującego i zapobiec zakleszczeniom spowodowanym rozszerzalnością cieplną, należy zachować pewną szczelinę. Prowadzi to również do tego, że te „niezbędne szczeliny” stają się „błędami pozycjonowania” w precyzyjnym pozycjonowaniu.

Aby kontrolować i rozwiązać ten problem, musimy najpierw zrozumieć trzy czynniki źródłowe.

Zmniejszenie grubości zęba:Sytuacja ta oznacza, że ​​producent celowo przycinał zęby nieco cieńsze niż teoretyczna grubość zęba podczas obróbki, aby pozostawić naddatek na luz.

Błąd podziałki i bicia:Ze względu na czynniki produkcyjne nawet przekładnie-najwyższego poziomu charakteryzują się mikrometrycznymi odchyleniami w podziałce (odchylenie podziałki pojedynczego zęba) i biciem promieniowym.

Zmiana odległości od środka:Jeśli zębnik (zębnik) jest nieco oddalony od zębatki z powodu błędów montażowych, luz wzrośnie wykładniczo.

W napędach zębatkowych niewielkie odchylenie odległości środkowej jest znacznie wzmacniane przez kąt nacisku i bezpośrednio przekształcane w szkodliwą utratę ruchu.
Wzór obliczeniowy jest następujący:

Trzy parametry od lewej do prawej to dodatkowy luz normalny spowodowany błędem odległości środkowej (jednostka: mm), odchylenie między rzeczywistą odległością środkową a wartością teoretyczną (jednostka: mm) oraz kąt nacisku przekładni (zwykle 20 stopni).

Obliczanie przypadków

Moduł: 2.0
Kąt nacisku: 20 stopni
Błąd instalacji: Płyta montażowa reduktora jest przesunięta tylko o +0.1 mm.

Podstawiając do wzoru otrzymujemy:

Obliczenia pokazują, że przesunięcie montażowe wynoszące zaledwie 0,1 mm powoduje utratę ruchu wynoszącą około 0,07 mm. Wartość ta zostanie połączona z luzem produkcyjnym samej zębatki i stanie się częścią całkowitego luzu systemu. W praktycznych zastosowaniach precyzyjnych (takich jak cięcie laserowe) taka utrata ruchu może prowadzić do:

• 1. Okrągłe otwory stają się eliptyczne,
• 2. Ostre narożniki z zaokrąglonymi krawędziami lub wcięciami,
• 3. Punkty początkowy i końcowy ścieżki cięcia nie zamykają się.

Nawet jeśli dokładność Twojego stojaka jest bardzo wysoka, jeśli zostanie on zamocowany na nierównej powierzchni, nie będzie w stanie w pełni wykorzystać jego wydajności.

Regał to zasadniczo smukły stalowy pręt. Po dokręceniu śrubami ulegnie odkształceniu sprężystemu zgodnie z kształtem łoża maszyny.

Problem polega na tym, że jeśli w płaskości łoża maszyny wystąpią zmarszczki, linia nachylenia zębatki również będzie się odpowiednio zmieniać. Będzie to skutkować powstaniem „ciasnych punktów” (interferencja/zakleszczenie) i „luźnych punktów” (zwiększony luz) podczas procesu tworzenia siatki.

Problemy wynikające z debugowania:Aby zapobiec zakleszczeniom w „ciasnym miejscu”, monterzy są zwykle zmuszeni do zwiększania odległości środkowej, co skutkuje nadmiernym luzem w „luźnym punkcie”.

For long-stroke axes (e.g., >2 metry), wahania temperatury są ukrytym czynnikiem wpływającym na dokładność. Poniżej używamy przykładowego obliczenia, aby zilustrować jego wpływ.

Standardowy wzór na rozszerzalność liniową to:

Podział parametrów (od lewej do prawej):

• Zmiana długości
• Oryginalna długość
• Współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej
• Zmiana temperatury

Konkretne wartości parametrów dla przykładowego obliczenia:

Długość stojaka: 3 metry
Zmiana temperatury: 10 stopni
Współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej stali: około 11,5 μm/(m·stopień ).

Podstawienie tych wartości do wzoru daje wynik 0,345 mm. Oznacza to, że stelaż fizycznie wydłuża się o 0,345 mm. Ten skumulowany błąd skoku może spowodować, że koder serwosilnika wskaże, że maszyna znajduje się w pozycji X, podczas gdy rzeczywiste fizyczne położenie zębatki odbiega o 0,345 mm. W przypadku zastosowań wymagających wysokiej-precyzyjności istotne jest rozważenie kontroli stałej temperatury lub wykorzystania sprzężenia zwrotnego w pełnej-pętli zamkniętej z enkoderem liniowym.

Jako doświadczonyproducent stojaków na zamówienie, Hansheng oferuje następujące rozwiązania w celu wyeliminowania luzów lub uzyskania niskiego luzu.

Podwójny bieg eliminuje luz

W tym schemacie zastosowano dwie małe przekładnie, jedną napędzaną przez przekładnię główną, a drugą przykładającą moment wstępnego napięcia wstecznego za pośrednictwem sprężyn, silników momentowych lub regulowanych mechanizmów, eliminując w ten sposób luz zarówno w kierunku do przodu, jak i do tyłu. Ale koszt jest wysoki, a struktura mechaniczna jest złożona.

Produkcja o wysokiej precyzji

Poprawiając precyzję zębatki z konwencjonalnych poziomów obwiedniowania kół zębatych (takich jak DIN 9-10) do precyzyjnych poziomów frezowania lub szlifowania (takich jak DIN 5-6), można zasadniczo zmniejszyć błędy podziałki i profilu.

Dlaczego można zmniejszyć odstęp tylny? Powodem jest to, że niezwykle wysoka dokładność pojedynczego zęba pozwala inżynierom ustawić mniejszą odległość między środkami, umożliwiając im bezpieczne dostosowanie odległości środkowej do węższej wartości teoretycznej podczas montażu, uzyskując mniejszy luz zazębienia bez obawy o ryzyko zakłóceń lub zakleszczenia spowodowanego akumulacją błędów

Dalsza lektura

-------------------------Jak wybrać opcje, takie jak materiał, moduł i obróbka cieplna listew zębatych?

Przed sfinalizowaniem kolejnego projektu ruchu liniowego przejrzyj tę listę kontrolną

Oblicz obciążenie

Czy wybrałeś właściwy moduł (M), aby zminimalizować ugięcie zębów pod obciążeniem?

Sprawdź płaskość powierzchni

Czy powierzchnia montażowa jest wyfrezowana z tolerancją zgodną z klasą stojaka?

Wybierz właściwy proces

Czy używasz stojaków frezowanych (standardowych) czy frezowanych (precyzyjnych)? (Zobacz naszeNiestandardowy stojak na sprzętMożliwości szczegółowe).

Dopasuj zębnik

Czy używasz zębnika z taką samą lub lepszą precyzją jak zębatka?

Kompensacja termiczna

For strokes >2m, czy uwzględniłeś ekspansję?

Czy luz zębatki śrubowej jest mniejszy niż zębatki prostej?

Ściśle mówiąc, luz zależy głównie od tolerancji grubości zęba i odległości od środka i nie jest bezpośrednio powiązany z profilem zęba. Jednakże przekładnie śrubowe mają wyższy współczynnik styku. Ze względu na udział wielu zębów koła zębatego w zazębieniu, błąd pomiędzy powierzchniami zębów jest uśredniany. Dlatego w rzeczywistej pracy gładkość zębatek śrubowych jest znacznie wyższa niż w przypadku zębów prostych, co zapewnia lepszą „dokładność dotykową” i jest bardziej odpowiednie do zastosowań-z dużymi prędkościami.

Czy mogę na siłę wyeliminować luz, wywierając nacisk na małą przekładnię (zmniejszając odległość środkową)?

Zdecydowanie nie jest to zalecane, chyba że używasz stojaków do precyzyjnego szlifowania klasy DIN 5/6.

Jeśli precyzja zębatki jest niska (np. poziom DIN 9), błąd podziałki zębów jest duży. Mocne dociśnięcie może powodować zakłócenia (wiązanie) w segmentach przekładni z dużymi błędami, co skutkuje silnymi wibracjami, hałasem, przyspieszonym zużyciem przekładni, a nawet uszkodzeniem łożysk skrzyni biegów. Tylko regały-o wysokiej precyzji pozwalają na ustawienie bardzo małych odległości między środkami bez ryzyka zablokowania.

Czy smarowanie ma wpływ na luz?

Dobre smarowanie spowoduje utworzenie filmu olejowego o wielkości mikrometra pomiędzy powierzchniami zębów. Ten film olejowy nie tylko zmniejsza zużycie, ale także w pewnym stopniu pełni słabą rolę „wypełniającą”, buforując uderzenia podczas zmiany kierunku. W zastosowaniach precyzyjnych zalecamy stosowanie automatycznego systemu smarowania, w przypadku przekładni smarowanych poliuretanem zapewniających ciągły dopływ oleju.

Jaka jest różnica między zębatkami DIN 6 i DIN 10 w praktyce?

Różnica jest ogromna. Całkowity błąd podziałki szafy DIN klasy 6 jest zwykle kontrolowany w granicach 0,03-0,04 mm na metr; Poziom DIN 10 może osiągnąć 0,15 mm lub nawet więcej. W przypadku obrabiarek CNC wymagających precyzyjnego pozycjonowania zębatki DIN 10 mogą powodować błędy nieliniowe, których nie można skompensować za pomocą algorytmów sterowania.

ISO 1328-1:2013

DIN 3962 / DIN 3967

Tolerancje dla zębów przekładni walcowej; Tolerancje odchyleń śladu zębów.

AGMA 2015-1-A01

System klasyfikacji dokładności - Pomiary styczne dla przekładni walcowych.