정밀 리니어 모션 시스템을 위한 헬리컬 기어 랙

많은 종류의 스프로킷이 재고로 있습니다. 여러 랙을 직렬로 연결해야 하는 긴 길이가 필요한 용도에는 올바르게 구성된 치면이 있는 랙이 있습니다. 이들은 "머시닝 엔드 기어 랙"이라고 불립니다.

헬리컬 기어 랙이 고정되어 있고 랙이 움직이는 용도와, 랙이 고정된 축을 중심으로 회전하면서 랙이 움직이는 용도가 있습니다. 전자는 이송 시스템에 널리 사용되고, 후자는 압출 시스템과 리프트/강하 용도에 사용될 수 있습니다.

회전 운동을 직선 운동으로 전달하는 기계 요소로서 기어 랙은 종종 볼스크류와 비교됩니다. 장단점이 있습니다. 기어 랙의 장점은 기계적 단순성, 큰 하중 지지 용량, 길이 제한 없음 등입니다. 단점은 백래시입니다. 볼스크류의 장점은 높은 정밀도와 낮은 백래시이며, 단점은 처짐으로 인한 길이 제한입니다.

랙 유형

랙 앤 피니언 기어는 두 가지 변형으로 제공됩니다:

직진 치형은 치축이 회전 축과 평행합니다. 기어 축과 평행하게 직진하는 치형. 헬리컬 치형 기어는 치길이를 따라 연속적인 맞물림을 제공하며 직진 치형 기어보다 더 조용하고 효율적이며 동일한 랙 폭에서 더 높은 하중을 제공합니다. 헬리컬 치형 기어는 회전 평면에서 스퍼 기어와 유사하지만 축 방향으로 헬리컬 경로를 따라 꼬인 치형을 포함합니다.

응용

헬리컬 기어 랙 드라이브는 정밀 위치결정과 반복성이 필요한 축 드라이브, 슬라이딩 게이트와 기둥, 픽 앤 플레이스 로봇, CNC 라우터, 자재 취급 시스템 등 광범위한 용도에 이상적입니다. 이 드라이브는 중하중과 듀티 사이클도 쉽게 처리할 수 있습니다. 대상 산업에는 자재 취급, 자동화, 자동차, 항공우주, 공작 기계, 로봇공학이 포함됩니다.

리니어 모션은 기계 이동에 필요하며, 툴과 제품을 효율적이고 제어된 방식으로 이송합니다. 리니어 모션 생성기는 일반적으로 축 방향 속도와 가속도, 구조 부피 대비 축 방향 힘, 내구성, 강성, 위치결정 정밀도로 순위가 매겨집니다.

인기 있는 두 가지 리니어 시스템은 리니어 모터와 스크류 드라이브입니다. 랙 앤 피니언 드라이브는 위치결정 정밀도가 제한된 이전 세대 기술로 간과되기 쉽습니다. 그러나 이 가정은 유효하지 않습니다.

엄격한 공차의 정밀 연마 마운팅 표면, 내마모 표면 처리, 개별 디버링된 기어 치형, 경량 컴팩트 설계가 생산성을 높입니다. 사실 랙 앤 피니언 드라이브는 축이나 어스 스레드가 있는 리니어 모터 및 볼스크류와 유리하게 비교됩니다.

신세대 랙 앤 피니언 시스템은 높은 역학성과 무제한 이동 거리를 제공합니다. 이들 중 일부는 1아크분 미만의 클리어런스, 최대 98.5% 효율, 표준 서보 및 기어 조합보다 훨씬 컴팩트한 치수를 가진 프리미엄 품질 서보 기어와 액추에이터를 포함합니다. 일부 사전 조립 기어는 10μm 정밀도로 작동할 수 있어 안전하고 부드러운 움직임을 보장합니다.

일반적인 랙 앤 피니언 응용에는 몇 파운드에서 수 톤까지의 갠트리, 이송, 포장 기계가 포함됩니다. 신세대 랙 세트는 목공 기계, 고속 금속 절삭 기계, 조립 기계에도 사용됩니다.

기하학 및 표면 디테일

랙 성능은 전반적인 기술 진보로 향상되었습니다. 예를 들어 최첨단 가공과 연삭은 랙 앤 피니언 메커니즘의 정밀도를 크게 높였습니다.

구체적으로, 일부 고품질 스탠드 구성품은 500mm 길이에서 누적 피치 오차 ±12μm로 레이저 에칭되어 목표 정밀도를 수동 선택할 수 있습니다. 이는 듀얼 드라이브 갠트리 응용에서 랙 구성품의 평행 정렬에 유용합니다. 사실 이 수준의 정밀도는 여러 유형의 기계가 외부 피드백 장치 없이 작동할 수 있게 하며, 다른 리니어 시스템은 컴뮤테이션과 위치결정을 위해 비싼 외부 피드백 장치가 필요합니다.

최적화된 헬릭스 앵글의 헬리컬 랙은 더 높은 치접촉비로 인해 고속에서 더 조용한 작동과 더 높은 하중 용량이 선호됩니다. 헬리컬 치형 간 1피치 오차는 3μm에 도달할 수 있습니다. 피니언 프로파일 시프트 또는 애드넘 수정은 언더컷을 방지하고, 굽힘 응력을 균형 잡아 더 높은 하중 용량을 제공합니다. 헬리컬 기어링은 부드럽고 조용하게 맞물리며 - 예를 들어 타이트한 공차 부품 가공 시 표면 마감 개선에 도움이 됩니다.

랙-앤-피니언 통합

랙 키트 마운팅에는 많은 옵션이 있습니다. 일부 랙은 정밀도를 보장하기 위해 특수 마운팅 표면을 사용하는 반면, 다른 랙은 기본 설치에서도 적절한 성능을 제공합니다. 설계의 자연스러운 유연성은 더 나은 제어에 사용될 수 있습니다: 다이렉트 드라이브 리니어 모터와 달리 랙 세트는 피니언 크기, 기어, 댐핑을 조정하여 폐루프 제어를 안정화할 수 있습니다.

함정도 있습니다: 피니언과 랙의 과도한 간격은 백래시를 유발하여 정밀도를 낮춥니다. 손상되거나 정렬되지 않은 마운트는 기어박스 베어링을 손상시킬 수 있습니다 - 모터 전류 증가, 소음, 심지어 고장 발생. 최상의 성능을 위해 피니언은 랙으로부터 충분히 이격되어 평평하게 장착되고, 많은 응용에서 약 25μm 정밀도로 기어에 수직이어야 합니다.

랙 앤 피니언 기어의 발전과 서보 가격 하락으로 서보 모터가 일반적으로 랙 시스템과 결합됩니다. 스테퍼 모터도 실행 가능하지만 정밀도를 위해 서보 모터가 선호됩니다.

프리로딩

때때로 스프로킷 세트는 백래시를 제거하고 강성을 높이기 위해 프리로드됩니다. 여기서는 두 기어가 같은 랙 위를 움직입니다. 메인 피니언이 정상 구성에서 메커니즘을 구동하는 동안, 보조 피니언 기어가 접촉 중인 치형에 반력을 생성하여 토크를 가할 수 있습니다. 이로 인해 관성과 저항이 백래시를 방지하며, 하중 변경 시에도 시스템 강성이 증가하고 조향 역학이 개선됩니다.

구성품이 올바르게 선택되면 랙 시스템 프리로딩에 큰 단점은 없습니다. 반면 기계적 프리로드는 실제로 기계 전체 강성을 감소시킬 수 있습니다. 예를 들어 스플릿 스프링 로드 피니언은 시스템 강성을 감소시킵니다.

더 정교한 전자 프리로드 시스템과 달리, 이 전통적 프리로드 피니언은 함께 작동할 수 없습니다. 하나는 항상 다른 하나에 반대 방향으로 작동하여 효율을 약간 감소시킵니다.

더 정교한 랙 세트에서는 시스템 정지 시 전자 프리로드를 최대로 유지합니다. 메인과 보조 기어(둘 다 능동 구동)는 반대 방향을 향한 랙 치형에 압력을 가합니다. 그런 다음 기계가 가속하면 주 피니언이 기계를 앞으로 구동하면서 보조 피니언이 반대 힘의 프리로드를 감소시킵니다. 시스템이 일정 속도로 감속하면 보조 기어가 메인 피니언과 결합된 치형 측면에 접촉합니다. 그러면 두 기어가 백래시를 방지하면서 같은 방향으로 움직입니다.

마지막으로 시스템이 감속하면 보조 피니언이 치형 반대쪽에 힘을 가하여 하중 감속을 돕습니다.