Для большинства приложений линейного движения обычные ременные или винтовые системы работают хорошо. Однако могут возникнуть проблемы, когда требуются более длинные линейные расстояния.

Системы с ременным приводом являются очевидным выбором, когда требуются длинные линейные перемещения. Эти относительно простые системы используют приводы шкивов для создания натяжения вдоль ремня, и их можно быстро разогнать до высоких скоростей. Однако, поскольку эти системы достигают более длинных ходов, могут возникнуть проблемы с провисанием ремней. Натяжение не может поддерживаться по всей длине системы.

Также в системе изначально присутствует много податливости от самих резиновых или пластиковых ремней. Эта гибкость по всей длине системы может вызывать вибрацию или пружинение, что создает эффект хлестания на каретке. Если конкретный процесс не может справиться с этим, система с винтовым приводом может быть лучшим вариантом. Системы с винтовым приводом имеют фиксированный механический элемент, который обеспечивает полный контроль каретки в любое время с точной остановкой и позиционированием.

Безопасность — еще одно преимущество систем с винтовым приводом. Системы с ременным приводом менее безопасны из-за возможности разрыва ремня. Такая неисправность будет неконтролируемой, и в вертикальных приложениях груз может упасть и повредить оборудование или даже персонал. У системы с винтовым приводом такой проблемы нет. Даже в случае отказа система с винтовым приводом остановит падение груза и обеспечит безопасность.

Исторически проблема с винтовыми системами заключалась в трудности достижения более длинных ходов. Винтовые системы обычно могут быть предоставлены длиной до 6 метров с использованием пар подшипниковых блоков для поддержки винта и остановки любого эффекта биения при более высоких скоростях вращения. Даже при более низких скоростях более длинные винты нуждаются в поддержке против изгиба, вызванного их собственным весом. Эта система поддержки подшипниковых блоков традиционно состоит из пар блоков, соединенных стержнем или проволокой. Пары движутся вместе вдоль линейной системы движения.

Когда система требует более длинного хода, можно добавить больше пар подшипниковых блоков для поддержки винта на регулярных участках по его длине. Наличие до трех или даже четырех пар, работающих вместе, может быть практичным, но соединение стержней или проводов между блоками становится затруднительным при превышении этого числа.

Более длинные штрихи

Первая проблема для достижения большего хода — создание системы, которая может предложить больше точек опоры для более длинного винта. Одним из решений является отказ от связанной системы для блоков и, вместо этого, использование системы, в которой блоки могут складываться друг в друга и разделяться при необходимости. Как только блоки достигают своего установленного положения, они остаются там, чтобы направлять и поддерживать винт. В такой системе можно реализовать 10, 12 или даже 13 точек опоры с помощью пар подшипниковых блоков. Эта система опоры для шарико-винтовой передачи или ходового винта может обеспечить большие расстояния перемещения без изгиба или биения.

Чтобы выйти за пределы 6 метров в длину, следующей задачей является создание более длинного винта. Однако из-за ограничений в доступном сырье винты обычно производятся длиной до 6 метров. Так как же можно достичь длины хода более 10 метров? Ответ заключается в соединении двух винтов вместе и применении некоторых точных производственных технологий.

Ходовые винты и шарико-винтовые передачи изготавливаются на прокатной линии, и каждая деталь может быть изготовлена ​​с немного отличающимся отклонением хода. Таким образом, чтобы соединить две детали вместе, необходимо преодолеть разницу в отклонении хода. Для успешного соединения двух винтов необходимо использовать шарико-винтовые передачи наивысшей точности с наименьшим возможным отклонением. Шарико-винтовые передачи должны быть обработаны с высокой точностью, чтобы тепло не попадало в деталь и не изменяло диаметр или геометрию хода. Даже отклонение в 0,01 или 0,001 миллиметра может создать проблемы для конечной системы.

После обработки винты соединяются вместе с помощью метчика и отверстия с минимальным отклонением между двумя выводами. Наконец, они закрепляются с помощью высокопрочного клея. (Сварка винтов снова изменила бы геометрию и создала бы проблемы.)

Системы с винтовым приводом с разборными системами опорных блоков и прецизионно изготовленными винтами могут быть изготовлены длиной 10,8 метров и более. Система с длиной хода от 2 до 3 метров будет иметь максимальную скорость около 4000 об/мин. Обычно при более длинной системе скорость вращения должна быть значительно снижена, чтобы избежать биения. Но с дополнительными опорами система с винтовым приводом длиной до 10 метров может работать со скоростью 4000 об/мин.

Длительные приложения

Системы с винтовым приводом и большой длиной хода используются в самых разных отраслях промышленности для обеспечения точного линейного позиционирования. Хорошим примером является автоматизированная система сварки металлических труб и трубопроводов. Требуется точное позиционирование сварочного сопла на больших длинах хода. В приложениях, где свариваются высококачественные материалы, такие как титан, операция выполняется в вакууме, чтобы избежать окисления металла.

Многие приложения в автомобильной промышленности требуют большой длины хода. Например, шестиосевые роботы часто монтируются на линейные приводы с большим ходом для сварки или обслуживания станков. Хотя скорость может не быть критическим фактором для транспортировки манипуляторов робота, требуется большая длина и очень точное позиционирование.

Производство оптического кабеля — это высокоскоростная, непрерывная операция, которую нельзя остановить, не поставив под угрозу качество производимых волокон. Кабели наматываются на большие катушки. Когда одна катушка заполнена, ее необходимо быстро заменить, чтобы свести к минимуму потери продукта. Точность и скорость имеют решающее значение для эффективности процесса. Длинные винтовые системы могут предложить и то, и другое в этом приложении, а также способность справляться с большой нагрузкой катушек.

Любое приложение, требующее перемещения тяжелого оборудования в вертикальной плоскости, выигрывает от жесткости и отказоустойчивости линейного винта. Например, в авиационной промышленности высокоточные камеры перемещаются вверх и вниз. Винты надежно и точно несут большой вес. В таких приложениях используются специальные системы шариковых направляющих с шариками большого диаметра для восприятия динамического момента нагрузки.

Улучшения существующих систем

Во многих приложениях с линейным перемещением большой длины шариковый винт остается полностью открытым. С такими системами связаны две общие проблемы: либо система не может работать с желаемой скоростью, либо ее трудно обслуживать, поскольку открытый винт притягивает пыль и мусор, требуя регулярной очистки, чтобы избежать преждевременного выхода из строя шариковой гайки.

В таких приложениях дополнительная поддержка, обеспечиваемая конфигурацией сложенного блока подшипников, означает, что винт может работать на гораздо более высокой скорости. Проблемы очистки и надежности могут быть решены с помощью закрытой, герметичной системы, которая защищает винт и обеспечивает значительное снижение требований к техническому обслуживанию. Закрытый винт защищен от попадания пыли и мусора и без регулярной очистки может поддерживать оптимальную производительность и надежность.

В такой системе каретка может быть оснащена просверленными каналами и соединена с ниппелем для смазки. Это позволяет производить смазку из одной точки без необходимости открывать корпус. Поскольку блок никогда не нужно открывать, ограниченное количество пыли или воды может проникнуть в систему. Она защищена даже в самых грязных условиях.