長(cháng)行程直線(xiàn)運動(dòng)單元的挑戰和解決方案

作者:湯姆森Thomaon 日期:21/01/20 08:30 瀏覽:110

許多工業(yè)及自動(dòng)化應用需要直線(xiàn)運動(dòng)系統,大多數系統是由皮帶或絲杠來(lái)作為驅動(dòng)。


這兩種類(lèi)型各有優(yōu)缺點(diǎn):

比如皮帶驅動(dòng)具有高速、低成本、極少維護等特點(diǎn)。

絲杠驅動(dòng)具有高剛性、高精度、高負載力等特點(diǎn)。

綜合起來(lái),兩種系統都能很好地滿(mǎn)足大多數應用的需要,但當需要更長(cháng)行程時(shí),就會(huì )出現一些問(wèn)題。



選擇皮帶

當行程超過(guò)5m的時(shí)候,皮帶驅動(dòng)是一個(gè)很好的選擇。

皮帶驅動(dòng)系統相對簡(jiǎn)單,只要皮帶張力足夠,它就可以達到大約10米/秒的高速。但皮帶驅動(dòng)在軸向驅動(dòng)力和精度相對絲杠驅動(dòng)要小一些。


選擇絲杠

當某些應用需要高精度、高剛性的直線(xiàn)運動(dòng)單元時(shí),皮帶驅動(dòng)系統可能滿(mǎn)足不了要求。我們不得不考慮絲杠驅動(dòng)系統。


傳統上講,絲杠驅動(dòng)系統的問(wèn)題是難以達到更長(cháng)的行程長(cháng)度。傳統的絲杠驅動(dòng)的行程長(cháng)度通??梢赃_到5.5或6米,使用成對的軸承座進(jìn)行支撐,并能滿(mǎn)足在3000rpm左右的較高轉速下順暢運行且不會(huì )發(fā)生震顫。傳統的支撐系統是由幾對軸承座組成,通常間距為100-500mm,用導桿將軸承座連接在一起,與直線(xiàn)運動(dòng)系統一起運動(dòng),


直線(xiàn)運動(dòng)單元需要更長(cháng)的行程時(shí),理論可以增加更多的數量的軸承座,有多達三對或者四對一起工作,但是在如此多的軸承座情況下,連桿不好布置,連桿和連桿之間,連桿和型材之間會(huì )產(chǎn)生干涉。


因此,實(shí)現更長(cháng)的行程的第一個(gè)挑戰是創(chuàng )建一個(gè)系統,可以給更長(cháng)絲杠提供更多的支撐。

我們的解決方案是:去掉這些絲杠支撐的連桿,在這個(gè)系統中,這些絲杠支撐可以相互組合,并在需要時(shí)相互脫離開(kāi)來(lái)。


一旦絲杠支撐到達他們的位置,就會(huì )停留在那里給絲杠予以支撐。在這樣一個(gè)系統中可以實(shí)現10個(gè),12個(gè)甚至13個(gè)絲杠支撐,加上端部的軸承座,從而做到行程長(cháng)度可達11米的滾珠絲杠單元。絲杠支撐之間的距離根據直線(xiàn)單元的的尺寸有關(guān),但通常在0.5米到1米之間。

絲杠支撐由塑料制成,是直線(xiàn)單元的一個(gè)組成部分,所有的絲杠支撐可以鑲嵌在一起。當滑架移動(dòng)時(shí),滑架運動(dòng)方向的絲杠支撐被滑架推動(dòng)起來(lái),并互相嵌套在一起?;苓\動(dòng)反方向的絲杠支撐,會(huì )被滑架拉著(zhù)行走,最后面的支撐會(huì )落到型材上的第一個(gè)凹槽里面,然后倒數第二個(gè)會(huì )落到第二個(gè)凹槽里,以此類(lèi)推,這樣會(huì )保證所有的凹槽處都會(huì )有有絲杠支撐。


這種支撐系統可以在保持絲杠的較高旋轉速度進(jìn)而實(shí)現直線(xiàn)單元在長(cháng)行程下運行而不會(huì )彎曲或擺動(dòng)。要想超過(guò)6米的長(cháng)度,下一個(gè)挑戰是制作一個(gè)更長(cháng)的絲杠。

然而,由于原料的限制,絲杠通常只能生產(chǎn)到6米長(cháng)。那么,如何才能達到超過(guò)10米的行程長(cháng)度呢?

答案在于將兩個(gè)絲杠通過(guò)螺紋連接在一起,并使用一些非常精確的制造技術(shù)。


梯形和滾珠絲杠是在軋制生產(chǎn)線(xiàn)上制造的,每一個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)出來(lái)可能略有不同。因此,為了將兩個(gè)絲杠連接在一起,需要克服螺紋偏差方面的差異。為了成功地連接兩個(gè)絲杠,必須使用精度最高、偏差最小的絲杠。這就需要絲杠進(jìn)行精密加工。一旦加工過(guò)程達到了要求的精度,就可以使用螺紋連接將兩個(gè)絲杠之間的偏差降到最小。這就保證了拼接絲杠和單根短絲杠基本沒(méi)有區別。最后使用高強度膠水固定,因為任何熱連接或焊接都會(huì )再次改變幾何形狀并產(chǎn)生問(wèn)題。


采用可分離絲杠支撐系統和精密制造的長(cháng)行程絲杠的解決方案意味著(zhù)行程長(cháng)度可以達到10米以上。一個(gè)行程長(cháng)度為2 - 3米的直線(xiàn)單元可以3/4000rpm的最大轉速運行。


通常情況下,對于行程較長(cháng)的系統,轉速必須大大降低,以避免絲杠擺動(dòng),但Thomson解決了這個(gè)問(wèn)題,利用這些額外的絲杠支撐,在3/4000rpm的速度下,將行程長(cháng)度保持在10米以上。

客戶(hù)的收益有:剛性絲杠系統,長(cháng)行程和高運動(dòng)速度。



哪些應用需要長(cháng)行程絲杠單元

長(cháng)行程的絲杠傳動(dòng)系統廣泛應用于工業(yè)領(lǐng)域,以提供精確的直線(xiàn)運動(dòng)控制.


在焊接系統中,焊槍需要非常精確的定位。在使用高性能的材料的應用中,如鈦的焊接是在真空中進(jìn)行的,以避免金屬氧化。在這些應用中,像長(cháng)管這樣的部件需要長(cháng)行程的絲杠驅動(dòng)系統。


汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)中的一些應用,如在工位之間移動(dòng)機器人焊接臂,也需要長(cháng)行程的直線(xiàn)運動(dòng)。雖然速度可能不是運輸機器人手臂的關(guān)鍵因素,長(cháng)行程和非常精確的定位是必需的。

在汽車(chē)工業(yè)和其他幾個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)域,也有許多應用,需要在組裝站之間轉移材料。

通常,這些的組件的拾取和放置必須提供精確定位,而絲杠驅動(dòng)再次提供了一個(gè)很好的解決方案。


光纜的制造是一種高速應用,一旦停止就會(huì )危害到所生產(chǎn)的光纖的質(zhì)量。電纜被卷繞到大卷軸上,當一個(gè)卷軸滿(mǎn)了的時(shí)候,需要盡快更換,以盡可能減少產(chǎn)品在這個(gè)連續過(guò)程中的損失。精度和速度對于生產(chǎn)效率是至關(guān)重要的,長(cháng)絲杠驅動(dòng)可以滿(mǎn)足這兩個(gè)要求,以及對應重負荷卷軸的能力。


任何需要在垂直平面移動(dòng)重型設備的應用都得益于線(xiàn)性絲杠的剛性和故障安全功能。

例如,在飛機工業(yè)中,絲杠安全地、精確地移動(dòng)用于質(zhì)量保證的高精度攝像機。在這種情況下,采用特殊的大直徑鋼球的滾珠導向系統來(lái)承擔動(dòng)態(tài)載荷


改善現有的直線(xiàn)系統

長(cháng)行程的直線(xiàn)運動(dòng)單元還可以替代許多現有的傳統系統驅動(dòng)應用,例如行程長(cháng)度在5 米以上的應用,通常這類(lèi)傳統的絲杠驅動(dòng)會(huì )存在以下兩個(gè)問(wèn)題:

1. 系統速度變慢,不能以所需的速度或者較高的速度運行。

2. 開(kāi)放式的系統,無(wú)密封。

由于開(kāi)放的絲杠會(huì )帶來(lái)灰塵和碎屑,因此這類(lèi)系統很難維護,需要定期清洗,以避免滾珠螺母過(guò)早失效。


這種應用中,Thomson可分離絲杠支撐系統意味著(zhù)絲杠可以以更高的速度運行。防塵和可靠性問(wèn)題可以使用密封系統解決,保護絲杠并減少維護要求。


如下圖所示的封閉式直線(xiàn)單元,防止灰塵和碎屑進(jìn)入,不需要定期清洗,可以保持最佳的性能和可靠性。


WM40直線(xiàn)運動(dòng)單元

在這樣的直線(xiàn)單元中,滑架可以配備潤滑通道。這使得油脂可以從一個(gè)單一的點(diǎn)進(jìn)入滾珠導軌和滾珠絲杠,而不必打開(kāi)密封系統。


Thomson的設計能迅速實(shí)現全面的維護。由于該密封裝置不需要打開(kāi),所以只有非常有限的灰塵或水可以滲透系統,因此即使在最骯臟的環(huán)境中,直線(xiàn)單元也能得到保護。


直線(xiàn)運動(dòng)系統使用的滾珠絲杠比皮帶系統可以提供更大的的負載能力。


Thomson創(chuàng )新的可分離絲杠支撐系統,避免了絲杠的擺動(dòng)和彎曲,同時(shí)使系統能夠以較高的速度運行。長(cháng)行程直線(xiàn)絲杠驅動(dòng)系統提供精確定位,快速,安全的操作。而且在密封的型材中運行時(shí),它們即使在惡劣的環(huán)境中,都可以持續可靠的運行且極少維護。


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