Cremallera helicoidal para movimiento lineal

Hay muchos tipos de ruedas dentadas en stock. Si la aplicación requiere una gran longitud que requiere muchas cremalleras conectadas en serie, tenemos cremalleras con bordes de dientes correctamente configurados. Estos se denominan "cremalleras de engranajes de extremos mecanizados".

Hay aplicaciones en las que la cremallera de engranajes helicoidales está estacionaria mientras la cremallera se mueve y otras en las que la cremallera gira alrededor de un eje fijo mientras la cremallera se mueve. El primero se usa ampliamente en sistemas de transporte, mientras que el segundo se puede usar en sistemas de extrusión y aplicaciones de elevación/descenso.

Como elemento mecánico para convertir el movimiento rotatorio en lineal, las cremalleras a menudo se comparan con husillos de bolas. Hay pros y contras. Las ventajas de una cremallera de engranajes son su simplicidad mecánica, gran capacidad de carga, sin límite de longitud, etc. Sin embargo, una desventaja es la holgura. La ventaja de un husillo de bolas es la alta precisión y la menor holgura, mientras que las deficiencias incluyen el límite de longitud debido a la desviación.

Tipos de bastidores

Los engranajes de cremallera y piñón están disponibles en dos variaciones:

Los dientes rectos tienen el eje del diente paralelo al eje de rotación. Dientes rectos que corren paralelos al eje del engranaje. Los engranajes de dientes helicoidales brindan un acoplamiento continuo a lo largo de la longitud del diente y, a menudo, son más silenciosos y eficientes que los engranajes de dientes rectos y también ofrecen una carga más alta para el mismo ancho de cremallera. Los engranajes de dientes helicoidales se asemejan a los engranajes rectos en el plano de rotación, pero incluyen dientes que se tuercen a lo largo de una trayectoria helicoidal en la dirección axial.

Aplicaciones

Los accionamientos de cremallera helicoidal son ideales para una amplia gama de aplicaciones, incluidos los accionamientos de eje que requieren repetibilidad y posicionamiento preciso, puertas y columnas deslizantes, robots de selección y colocación, enrutadores CNC y sistemas de manipulación de materiales. Estas unidades también pueden manejar fácilmente cargas pesadas y ciclos de trabajo. Las industrias a las que se prestan servicios incluyen manejo de materiales, automatización, automotriz, aeroespacial, máquinas herramienta y robótica.

El movimiento lineal es necesario para el movimiento de las máquinas; transporta herramientas y productos de manera eficiente y controlada. Los generadores de movimiento lineal generalmente se clasifican según su velocidad axial y aceleración, fuerzas axiales contra el volumen de la estructura, durabilidad, rigidez y precisión de posicionamiento.

Dos sistemas lineales populares son los motores lineales y los accionamientos de tornillo. Las unidades de cremallera y piñón a menudo se pasan por alto como tecnología de generación anterior con precisión de posicionamiento limitada. Sin embargo, esta suposición no es válida.

Las superficies de montaje rectificadas con precisión con tolerancias estrechas, el tratamiento de superficie resistente al desgaste, los dientes de engranaje desbarbados individualmente y los diseños compactos y livianos aumentan la productividad. De hecho, los accionamientos de cremallera y piñón se comparan favorablemente con los motores lineales, así como con los husillos de bolas con eje o rosca de tierra.

Los sistemas de cremallera y piñón de nueva generación ofrecen una gran dinámica y recorridos ilimitados. Algunos de estos incluyen servo engranajes y actuadores de primera calidad con menos de 1 arcmin de espacio libre, hasta un 98,5 % de eficiencia y dimensiones mucho más compactas que las combinaciones estándar de servo y engranaje. Algunos engranajes preensamblados pueden funcionar con una precisión de hasta 10 µm, lo que garantiza seguridad y un movimiento suave.

Las aplicaciones típicas de cremallera y piñón incluyen máquinas de pórtico, transporte y embalaje que van desde unas pocas libras hasta varias toneladas. La nueva generación de juegos de cremalleras también se utiliza en máquinas para trabajar la madera, máquinas de corte de metal de alta velocidad y máquinas de ensamblaje.

Geometría y detalles de superficie

El rendimiento del bastidor ha mejorado con el progreso tecnológico general. Por ejemplo, el mecanizado y rectificado de última generación han aumentado considerablemente la precisión del mecanismo de piñón y cremallera.

Más específicamente, algunos componentes del soporte de alta calidad están grabados con láser para un error de paso acumulativo de ± 12 µm en una longitud de 500 mm, lo que permite la selección manual de la precisión del objetivo. Esto es útil para la alineación paralela de componentes de estanterías en aplicaciones de pórtico de accionamiento doble. De hecho, este nivel de precisión permite que varios tipos de máquinas funcionen sin dispositivos de retroalimentación externos; y otros sistemas lineales requieren costosos dispositivos de retroalimentación externos para la conmutación y el posicionamiento.

Se prefiere la cremallera helicoidal con ángulo de hélice optimizado para un funcionamiento más silencioso a velocidades más altas y capacidades de carga más altas debido a la mayor relación de contacto entre dientes. El error de un paso entre los dientes helicoidales puede alcanzar los 3 µm. Un cambio de perfil de piñón o una modificación adicional evita el socavado; también equilibra las tensiones de flexión, para una mayor capacidad de carga. El engranaje helicoidal se acopla de manera suave y silenciosa, lo que ayuda a mejorar el acabado de la superficie, por ejemplo, cuando se mecanizan piezas con tolerancias estrechas.

Integración de cremallera y piñón

Hay muchas opciones para montar kits de rack. Algunos bastidores utilizan superficies de montaje especiales para garantizar la precisión, mientras que otros ofrecen un rendimiento adecuado incluso con una instalación básica. La flexibilidad natural del diseño se puede utilizar para un mejor control:a diferencia de los motores lineales de transmisión directa, los juegos de cremallera le permiten ajustar el tamaño del piñón, los engranajes y la amortiguación para estabilizar el control de circuito cerrado.

Hay trampas:demasiada separación entre el piñón y la cremallera provoca un juego que reduce la precisión. Un montaje dañado o desalineado también puede dañar los cojinetes de la caja de engranajes, lo que provoca más consumo de corriente del motor, ruido e incluso fallas. Para obtener el mejor rendimiento, el piñón debe estar lo suficientemente separado de la cremallera, montado plano y perpendicular al engranaje con una precisión de aproximadamente 25 µm para muchas aplicaciones.

Los avances en los engranajes de piñón y cremallera y la disminución de los precios de los servos significan que los servomotores suelen estar acoplados a sistemas de cremallera. Los motores paso a paso son una opción viable, pero se prefieren los servomotores por su precisión.

Precarga

A veces, los juegos de ruedas dentadas están precargados para eliminar el juego y aumentar la rigidez. Aquí, los dos engranajes se mueven en la misma cremallera. El piñón principal acciona el mecanismo como en la configuración normal; Mientras tanto, el piñón auxiliar puede generar un par para aplicar una fuerza contraria a los dientes con los que está en contacto. Así, la inercia y la resistencia evitan el contragolpe, incluso durante los cambios de carga; la rigidez del sistema también aumenta y mejora la dinámica de dirección.

Si los componentes se seleccionan correctamente, no hay deficiencias significativas en la precarga del sistema de bastidor. Por otro lado, la precarga mecánica en realidad puede reducir la rigidez general de la máquina. Por ejemplo, un piñón de resorte dividido reduciría la rigidez del sistema:

Tenga en cuenta que, a diferencia de los sistemas electrónicos de precarga más sofisticados, estos piñones de precarga tradicionales no pueden funcionar juntos; uno siempre va en contra del otro, lo que reduce ligeramente la eficiencia.

En conjuntos de bastidores más sofisticados, la precarga electrónica se mantiene al máximo mientras el sistema está parado. Los engranajes principal y auxiliar, ambos accionados activamente, presionan los dientes de las cremalleras que miran en direcciones opuestas. Luego, a medida que la máquina acelera, el piñón primario impulsa la máquina hacia adelante mientras que el piñón secundario reduce la precarga de la fuerza opuesta. Cuando el sistema desacelera a una velocidad constante, el engranaje auxiliar entra en contacto con el lado del diente que corresponde al que está acoplado al piñón principal; luego, los dos engranajes se mueven en la misma dirección y evitan el contragolpe.

Finalmente, a medida que el sistema disminuye la velocidad, el piñón auxiliar vuelve a aplicar fuerza en el lado opuesto del diente para ayudar a disminuir la carga.