Во многих системах автоматизации серводвигатель может приводить в движение ШВП напрямую, без использования редуктора. Это связано с тем, что ход шарико-винтовой передачи уже преобразует высокоскоростное-вращение двигателя в линейное движение с более низкой-скоростью и большим-осевым усилием.
Однако это не означает, что редуктор никогда не используется с ШВП. В осях с высокой-нагрузкой, вертикальных подъемных системах, механизмах,-критичных с точки зрения безопасности, или приложениях с большим несоответствием инерции все равно можно рассмотреть возможность использования редуктора, тормоза или другой удерживающей конструкции. Правильный выбор зависит от крутящего момента двигателя, шага ШВП, требуемой скорости, нагрузки, направления монтажа и требований безопасности.
Быстрый ответ:
Большинству систем ШВП не требуется редуктор. Редуктор рассматривается только в том случае, если прямой привод двигателя не может удовлетворить требования по крутящему моменту, безопасности, скорости или инерции-.
1. Почему большинству ШВП не нужен редуктор
ШВП – это не просто компонент трансмиссии. Это уже поворотный-в-линейный механизм преобразования. Ход винта определяет, какой линейный ход достигается за один полный оборот винта.
Например, если ход шариковинтовой пары составляет 10 мм, гайка перемещается на 10 мм, когда винт поворачивается на один оборот. Если двигатель работает со скоростью 3000 об/мин, теоретическая линейная скорость составит:
Формула линейной скорости:
Линейная скорость=ход винта × скорость двигателя
10 мм/об × 3000 об/мин=30000 мм/мин=30 м/мин
Это означает, что шарико-винтовая передача уже преобразует быстрое вращение двигателя в контролируемое линейное перемещение. Меньший шаг обеспечивает меньшую скорость и большую тягу. Больший шаг обеспечивает более высокую скорость, но требует большего крутящего момента двигателя для той же тяги.
Для многих осей горизонтального позиционирования, упаковочных машин, вспомогательных осей с ЧПУ, линейных модулей и систем автоматизации достаточно выбрать правильный ход ШВП и серводвигатель. Добавление коробки передач часто увеличивает стоимость и сложность, не улучшая результат.
2. Ход шарико-винтовой передачи, скорость и усилие.
Многие инженеры сначала думают о свинце как о параметре скорости. Фактически, свинец также влияет на тягу и крутящий момент двигателя. Меньший шаг действует как более сильное механическое снижение, тогда как больший шаг лучше влияет на скорость.
| ШВП | Линейная скорость | Ударная способность | Типичное использование |
|---|---|---|---|
| Небольшой отрыв | Более низкая линейная скорость | Более высокая тяга при том же крутящем моменте двигателя | Подъемные оси, большая нагрузка, точная подача, точная регулировка |
| Средний отрыв | Сбалансированная скорость | Сбалансированная тяга | Общая автоматизация, оси с ЧПУ, упаковочное оборудование |
| Большой отрыв | Более высокая линейная скорость | Требуется больший крутящий момент двигателя для той же тяги. | Быстрая передача осей, длинный-ход, высокая-скорость позиционирования |
Полезная формула расчета крутящего момента:
Требуемая формула крутящего момента:
Т=F × свинец / (2π × η)
T=требуемый крутящий момент винта, F=требуемая тяга, шаг=шаг винта, η=КПД передачи.
3. Почему ременным и зубчатым передачам обычно нужна коробка передач
Ременные, цепные и зубчатые передачи, естественно, не обеспечивают такого же поворотного -к-линейного уменьшения, как шариковый винт. Если двигатель напрямую приводит в движение ременную систему, линейная скорость может быть слишком высокой, а доступного крутящего момента может оказаться недостаточно для нагрузки.
В системах ременной или зубчатой передачи редуктор обычно используется для:
- Уменьшите скорость двигателя до полезной выходной скорости.
- Увеличение выходного крутящего момента
- Улучшение согласования инерции между двигателем и нагрузкой
- Улучшите стабильность управления на низких-скоростях.
- Защищайте двигатель от перегрузки в определенных приложениях.
4. Проблемы, вызванные установкой редуктора на шарико-винтовую передачу
Технически возможно добавить редуктор между двигателем и ШВП. Однако, если крутящий момент и скорость двигателя уже подходят, коробка передач может создать больше проблем, чем пользы.
| Возможная проблема | Влияние на шарико-винтовую систему |
|---|---|
| Люфт | Может снизить точность и повторяемость позиционирования. |
| Крутильная упругость | Может снизить динамический отклик и повлиять на стабильность управления. |
| Дополнительная инерция | Может замедлить ускорение и снизить реакцию сервопривода. |
| Больше компонентов | Увеличивает количество ошибок при сборке и необходимость технического обслуживания. |
| Более крупная структура | Требуется больше места для установки и более сложная конструкция опоры. |
| Более высокая стоимость | Может не обеспечить достаточной практической пользы для обычной оси ШВП. |
5. Когда необходим редуктор для ШВП?
Хотя большинству осей с шарико-винтовой передачей не требуется редуктор, в некоторых особых случаях он может быть полезен.
| Состояние | Редуктор нужен? | Причина |
|---|---|---|
| Горизонтальная ось средней-нагрузки | Обычно нет | Часто бывает достаточно подходящего серводвигателя и шарико-винтовой пары. |
| Высокая нагрузка с очень маленьким шагом | Может быть | Требуемый крутящий момент двигателя может превышать возможности прямого-привода. |
| Вертикальная ось Z | Может быть | Необходимо оценить безопасность удержания при отключении питания. |
| Большое несоответствие инерции | Может быть | Редуктор может помочь улучшить согласование инерции в некоторых системах. |
| Ограниченный размер двигателя | Может быть | Редуктор может увеличить доступный выходной крутящий момент, когда выбор двигателя ограничен пространством. |
| Высокоскоростная-ось позиционирования | Обычно нет | Коробки передач могут снизить динамический отклик и увеличить инерцию. |
6. Безопасность вертикальной оси: коробка передач — не единственное решение
Для вертикальных осей основной проблемой является не только крутящий момент. Безопасность при отключении электроэнергии также важна. Редуктор может помочь увеличить удерживающий момент, но его не следует рассматривать как единственное защитное устройство.
В зависимости от конструкции машины инженеры также могут учитывать:
- Сервомоторный тормоз
- Механический тормоз
- Структура противовеса
- Предохранительная гайка или механический стопор
- Выключение-выключения, удержание конструкции
- Правильный ход ШВП и выбор крутящего момента двигателя.
7. Пример выбора реального двигателя: коробка передач не требуется.
Рассмотрим типичную горизонтальную ось позиционирования:
| Нагрузка | 30 кг |
| Линейная скорость | 300 мм/с |
| Ускорение | 0.5 g |
| Гладить | 800 мм |
| Точность позиционирования | ±0,02 мм |
| ШВП | Ø20 мм, свинец 10 мм |
| Эффективность передачи | 0.9 |
Шаг 1: Оцените необходимую тягу. Для этого горизонтального применения, с учетом ускорения и практического запаса, необходимая тяга составляет около 250 Н.
Шаг 2: Рассчитайте необходимый крутящий момент на валу винта:
Т=250 × 0,01/(2π × 0,9) ≈ 0,44 Нм
Серводвигатель мощностью 400 Вт с номинальным крутящим моментом выше 1 Нм имеет достаточный запас крутящего момента для этого применения.
Шаг 3: Проверьте требования к скорости. ШВП с ходом 10 мм требует около 1800 об/мин для достижения скорости 300 мм/с:
300 мм/с ÷ 10 мм/об=30 об/с=1800 об/мин
Это находится в пределах рабочего диапазона скоростей многих сервосистем. В этом примере практичным является прямой привод, и коробка передач не требуется.
8. Коробка передач или прямой привод? Таблица быстрых решений
| Вопрос | Если да | Направление выбора |
|---|---|---|
| Достаточно ли крутящего момента двигателя? | Да | Прямой привод обычно предпочтительнее. |
| Соответствует ли ход винта требуемой скорости? | Да | Редуктор обычно не требуется |
| Ось вертикальна или критична-безопасности? | Да | При необходимости проверьте тормоз, удерживающий механизм или коробку передач. |
| Нагрузка очень велика, а свинец очень мал? | Да | Прежде чем принять решение, рассчитайте запас крутящего момента |
| Снизит ли коробка передач эффективность позиционирования? | Да | Избегайте коробки передач, если возможен прямой привод. |
9. Какую информацию должны предоставить покупатели?
Чтобы решить, нужен ли редуктор для ШВП, сначала необходимо подтвердить следующую информацию:
- Вес нагрузки
- Горизонтальное или вертикальное направление монтажа
- Требуемая линейная скорость
- Требование ускорения
- Длина хода
- Диаметр и ход шарико-винтовой передачи
- Требуемая точность позиционирования
- Мощность серводвигателя и номинальный крутящий момент
- Рабочий цикл и рабочее время
- Требование безопасности при потере мощности или вертикальном удержании
10. Поддержка выбора соответствующей шарико-винтовой передачи
В большинстве случаев выбор правильного шага ШВП, крутящего момента двигателя, опорного узла и муфты более важен, чем установка редуктора. Хорошо подобранная-система шариковых винтов может снизить стоимость, сэкономить место и улучшить динамический отклик.
Сопутствующие варианты продукта DLY:
- Шариковый винтдля станков с ЧПУ, систем автоматизации и линейных модулей
- ШВП СФУдля стандартных приложений линейного перемещения
- Шарико-винтовая передача с высокой нагрузкойдля более мощных и более тяжелых осей машин
- Поддержка шарикового винтавключая подразделения поддержки BK/BF, FK/FF и EK/EF
- Муфтадля двигателя и шарико-винтового соединения
Заключение
Большинству систем ШВП не требуется редуктор, поскольку ход винта уже преобразует вращение двигателя в контролируемую линейную скорость и полезную тягу. Для многих осей автоматизации правильно выбранный серводвигатель и шариковый винт могут обеспечить достаточный крутящий момент, скорость и характеристики позиционирования без дополнительного снижения.
Редуктор следует рассматривать только в том случае, если прямой привод не соответствует требованиям по крутящему моменту, вертикальной безопасности, согласованию инерции или специальным требованиям по установке. В других случаях добавление коробки передач может увеличить люфт, стоимость, размер и инерцию, одновременно снижая динамический отклик.
Лучшее решение — рассчитать необходимую тягу, крутящий момент двигателя, скорость вращения винта и запас прочности, прежде чем решить, нужен ли редуктор.
Нужна помощь в выборе комбинации шарико-винтовой передачи и двигателя?
Пожалуйста, поделитесь информацией о нагрузке, скорости, ходе, шаге ШВП, направлении установки, требованиях к точности и информации о двигателе. DLY может помочь определить, нужен ли вашей оси ШВП прямой привод, опора редуктора или другой винт.
Электронная почта: dlyexport2@dlybearing.com
Вацап: +86 16605788856
