2024 г., 4-я неделя марта Рекомендация WBM News - Помимо подшипников: раскрытие потенциала шариковых шлицов в конструкциях роботов

Когда разработчикам систем движения требуется сложное, высокоскоростное, многоосное движение, они могут сначала подумать о сложных, заранее подготовленных роботизированных манипуляторах. Или, если им нужно всего несколько осей, они могут настроить отдельный профиль или круглую направляющую для каждой оси. Но между этими вариантами скрывается простая и проверенная технология шариковых шлицев. Это решение для многоосного движения существует уже много лет и до сих пор очень актуально для современных сложных схем движения. Шаровые шлицы имеют уникальную архитектуру, объединяющую вращательное и линейное движение на одном валу. Это дает им больше гибкости при реализации сложных схем движения в ограниченном пространстве, обеспечивая управление движением по цене «два к одному».

Интеграция вращательного и линейного движения

Шаровые шлицы допускают как линейное, так и вращательное движение. Это достигается за счет того, что общий вал совершает два независимых движения (рис. 2). Вал имеет осевые шлифованные канавки, называемые «шлицами», по всей длине. Сюда также входит шариковая шлицевая гайка, которая перемещается по осевым канавкам заземления, фиксируя вращательное движение или радиальные моментные нагрузки.

Для обеспечения осевого вращения поворачивается шариковая шлицевая гайка. В этой гайке находится ряд шариков, обеспечивающих свободное движение вдоль оси (т. е. гайка может скользить по валу с минимальным трением). При вращении эти шарики прилагают перпендикулярную силу к валу через шлицевые канавки, поворачивая его.

Для обеспечения линейного движения шлицевой вал перемещается вперед или назад с помощью линейного привода, такого как поршень. Поскольку шарикоподшипники катятся по канавкам (а не скользят), более низкий коэффициент трения и износа обеспечивает плавное, точное линейное движение и более высокие скорости.

Благодаря креплению/опоре эта конструкция также выдерживает скручивающую нагрузку (т. е. вал сопротивляется вращению, если он не приводится в движение двигателем). Если к валу прикладывается внешняя скручивающая нагрузка, когда он выдвигается, втягивается или находится в неподвижном состоянии, шлицевая гайка поддерживает его, сопротивляясь этой нагрузке.

Преимущества

Лучшее использование пространства

Сжатие нескольких осей в одну делает шариковые шлицы более экономичными, чем традиционные решения для подшипников. Это влечет за собой меньшее количество компонентов и движущихся частей, а также большую грузоподъемность в этом пространстве, чем предлагают сопоставимые линейные подшипники.

Более высокая грузоподъемность

Широкие, прецизионно отшлифованные канавки увеличивают несущую способность и улучшают жесткость и жесткость, позволяя выдерживать почти вдвое большую моментную нагрузку, чем традиционные подшипниковые узлы. Шариковые шлицы также распределяют большую нагрузку по длине вала. Это позволяет им выдерживать более высокие нагрузки, чем обычные подшипники, которые могут быть более подвержены локализованным концентрациям напряжений. Шаровые шлицы также лучше справляются с нагрузками, смещенными от центра, что часто встречается при смене инструмента и операциях захвата и размещения.

Незначительное трение

Система направления шариков обеспечивает движение практически без трения благодаря точному контакту с точками касания катящихся шариков, направляемых шлицевыми канавками вала и дорожкой дорожки внутри гайки.

Более высокие скорости

Шариковые шлицы требуют лишь небольших усилий для смещения шлицевой гайки в осевом направлении, передавая крутящий момент и сводя к минимуму трение. Это способствует увеличению скорости примерно на 20 процентов по сравнению с традиционным ШВП и более плавной работе. Шаровые шлицы могут выдерживать скорость до 2 м/с.

Высокая точность и точность

Шаровые шлицы обеспечивают высокую точность и аккуратность позиционирования, что делает их идеальными для применений, требующих точного управления. Нулевой люфт гарантирует отсутствие вращательного люфта или потери хода при изменении направления. Шаровые шлицы сохраняют точность и низкое трение даже при тяжелых нагрузках.

Простая установка и обслуживание

Установка проста: обычно требуется черновое отверстие и просверленные и нарезанные монтажные отверстия для фиксации фланцевой гайки или черновое отверстие и шпоночный паз для круглой гайки. Простая конструкция облегчает поиск неисправностей и обслуживание шариковых шлицов. Команда технического обслуживания может снять шлицевую часть с вала, смазать ее и вставить обратно, тогда как профильная рейка и шариковые винты требуют более тщательного ухода.

Высокая долговечность

Шлицевые шарики имеют более длительный срок службы, чем некоторые традиционные подшипники, благодаря увеличенному контакту точек шарикоподшипника, что снижает напряжение и увеличивает грузоподъемность. Чем меньше нагрузка на шарики, тем большую нагрузку они могут выдержать, сохраняя при этом устойчивость к износу и обеспечивая стабильную производительность.

Шлицы шариков часто оснащены уплотнениями и защитными крышками, которые защищают шарикоподшипники от загрязнений, таких как пыль и мусор, что еще больше продлевает срок службы. Шаровая шлицевая конструкция обеспечивает безопасную несущую способность под любым углом, в отличие от радиального подшипника, в котором шарики должны быть тщательно расположены для балансировки нагрузки.

Экономия затрат

Первоначальная экономия существенна для двух осей движения, и экономия умножается с увеличением объемов. Шаровые шлицы значительно дешевле, чем комплектные многоосные системы. Меньшее количество компонентов и движущихся частей делает их более экономичными, чем профильные рельсовые сборки. Они обеспечивают лучшую устойчивость к моментным нагрузкам за свою цену и требуют меньше подготовки поверхности для установки. Стоимость шариковых шлицев аналогична стоимости круглых направляющих, но занимает меньшую площадь и имеет меньшее количество осей. В долгосрочной перспективе меньшее количество компонентов требует обслуживания, что экономит время и деньги.

Приложения

Проектировщикам движения, объединяющим линейное и вращательное движение, следует оценить технологию шариковых шлицев, чтобы понять, выгодно ли их расположение на одном валу. Вот несколько примеров приложений в автоматизации производства, на транспорте, в здравоохранении/исследованиях, в которых используются преимущества функциональности шариковых шлицев:

Автоматизация производства

Повторяемая сборка с захватом и размещением, например, высокоскоростное позиционирование полупроводникового объекта, при котором рука берет элемент на этапе сборки, поворачивает и помещает его на другой.

Позиционирование инструмента ЧПУ при механической обработке и фрезеровании.

Упаковочное оборудование для точного контроля механизмов наполнения и укупорки.

Транспорт

Органы управления самолетом, такие как раскрытие закрылков и регулировка дроссельной заслонки.

Военные машины для облегчения вращения, подъема орудия и управления транспортным средством.

Здравоохранение и исследования

Роботы для оказания помощи при хирургических процедурах.

Устройства медицинской визуализации для обеспечения точного перемещения компьютерных томографов или других высокоточных устройств получения изображений.

Лабораторный анализ, такой как предметный столик микроскопа и расположение образца.

Некоторые поставщики предлагают онлайн-руководства, которые помогут разработчикам станков оптимизировать шлицы шаров для своих задач. Например, один из инструментов выбора шлицев шара предлагает наглядные подсказки, которые позволяют пользователям подобрать наилучшую конфигурацию за считанные минуты.

Нахождение своего места

Шаровые шлицы идеально подходят для проектировщиков станков, которым требуется движение по нескольким осям. По сравнению с комплектными многоосными системами шариковые шлицы требуют меньше места и могут использоваться на более высоких скоростях с меньшим трением; большая точность; более продолжительная и предсказуемая жизнь; и более простое обслуживание. Они также могут быть дешевле.

Хотя шаровые шлицы могут заменить комплектные роботизированные руки, их пространственная эффективность и нулевой люфт делают их пригодными для использования в качестве компонентов этих сборок, возможно, увеличивая вертикальный ход или помогая выдерживать более тяжелые радиальные и осевые нагрузки.

Поскольку бизнес-операции становятся все более сложными, а достижения в области цифровизации, искусственного интеллекта и мобильности привносят больше осей движения в стратегии автоматизации, уникальная производительность и универсальность шаровой шлицы могут, наконец, получить заслуженное уважение.

 

(https://www.powertransmission.com)