직선 운동용 헬리컬 기어 랙

많은 종류의 스프로킷이 있습니다. 애플리케이션에 직렬로 연결된 많은 랙이 필요한 긴 길이가 필요한 경우 올바르게 구성된 톱니 가장자리가 있는 랙이 있습니다. 이를 "가공된 엔드 기어 랙"이라고 합니다.

랙이 이동하는 동안 헬리컬 기어 랙이 고정되어 있는 애플리케이션과 랙이 이동하는 동안 고정 축을 중심으로 랙이 회전하는 애플리케이션이 있습니다. 전자는 운송 시스템에 널리 사용되는 반면 후자는 압출 시스템 및 리프트/로우 애플리케이션에 사용할 수 있습니다.

회전을 직선 운동으로 전달하는 기계적 요소로서 기어 랙은 종종 볼 나사에 비유됩니다. 장단점이 있습니다. 기어 랙의 장점은 기계적 단순성, 큰 하중 전달 용량, 길이 제한 없음 등입니다. 그러나 한 가지 단점은 백래시입니다. 볼스크류의 장점은 고정밀도와 낮은 백래시이며 단점으로는 처짐으로 인한 길이 제한이 있습니다.

랙 유형

랙 및 피니언 기어는 두 가지 변형으로 제공됩니다.

직선 톱니는 회전축과 평행한 톱니 축을 가지고 있습니다. 기어 축과 평행한 직선 톱니. 헬리컬 톱니 기어는 톱니 길이를 따라 지속적으로 맞물리며 직선 톱니 기어보다 더 조용하고 효율적이며 동일한 랙 폭에 대해 더 높은 하중을 제공합니다. 헬리컬 톱니 기어는 회전 평면에서 평 기어와 유사하지만 축 방향으로 나선형 경로를 따라 꼬인 톱니를 포함합니다.

응용 프로그램

헬리컬 기어 랙 드라이브는 정밀한 위치 지정 및 반복성을 요구하는 축 드라이브, 슬라이딩 게이트 및 기둥, 픽 앤 플레이스 로봇, CNC 라우터 및 자재 취급 시스템을 포함한 광범위한 애플리케이션에 이상적입니다. 또한 이러한 드라이브는 무거운 부하와 듀티 사이클을 쉽게 처리할 수 있습니다. 제공되는 산업에는 자재 취급, 자동화, 자동차, 항공 우주, 공작 기계 및 로봇 공학이 포함됩니다.

기계의 움직임에는 직선 운동이 필요합니다. 도구와 제품을 효율적이고 통제된 방식으로 운송합니다. 선형 모션 생성기는 일반적으로 축 속도 및 가속도, 구조 체적에 대한 축력, 내구성, 강성 및 위치 정확도에 따라 순위가 매겨집니다.

널리 사용되는 두 가지 선형 시스템은 선형 모터와 나사 드라이브입니다. 랙 및 피니언 드라이브는 위치 정확도가 제한된 이전 세대 기술로 간과되는 경우가 많습니다. 그러나 이 가정은 유효하지 않습니다.

엄격한 공차, 내마모성 표면 처리, 개별적으로 디버링된 기어 톱니 및 경량 소형 설계로 정밀 연마된 장착 표면은 생산성을 높입니다. 사실, 랙 및 피니언 드라이브는 샤프트 또는 접지 나사산이 있는 볼 나사뿐만 아니라 선형 모터와 비교하여 유리합니다.

차세대 랙 및 피니언 시스템은 높은 역동성과 무제한 이동 거리를 제공합니다. 이들 중 일부는 1 arcmin 미만의 클리어런스, 최대 98.5% 효율, 표준 서보 및 기어 조합보다 훨씬 더 컴팩트한 치수를 가진 프리미엄 품질의 서보 기어 및 액추에이터를 포함합니다. 일부 사전 조립된 기어는 최대 10 µm의 정확도로 작동할 수 있어 안전과 부드러운 움직임을 보장합니다.

일반적인 랙 및 피니언 애플리케이션에는 수 파운드에서 수 톤에 이르는 갠트리, 운송 및 포장 기계가 포함됩니다. 차세대 랙 세트는 목공 기계, 고속 금속 절단 기계 및 조립 기계에도 사용됩니다.

형상 및 표면 세부 정보

랙의 성능은 전반적인 기술 발전과 함께 향상되었습니다. 예를 들어, 최첨단 가공 및 연삭으로 랙 및 피니언 메커니즘의 정밀도가 크게 향상되었습니다.

보다 구체적으로 말하면, 일부 고품질 스탠드 구성 요소는 500mm 길이에 걸쳐 ± 12 µm의 누적 피치 오류에 대해 레이저 에칭되어 대상 정확도를 수동으로 선택할 수 있습니다. 이것은 듀얼 드라이브 갠트리 애플리케이션에서 랙 구성 요소의 병렬 정렬에 유용합니다. 사실, 이러한 수준의 정밀도로 인해 외부 피드백 장치 없이 여러 유형의 기계를 실행할 수 있습니다. 및 기타 선형 시스템에는 정류 및 위치 지정을 위해 값비싼 외부 피드백 장치가 필요합니다.

최적화된 나선 각도의 나선형 랙은 높은 톱니 접촉 비율로 인해 더 높은 속도와 더 높은 부하 용량에서 더 조용한 작동을 위해 선호됩니다. 나선형 톱니 사이의 한 피치 오차는 3μm에 이를 수 있습니다. 피니언 프로파일 이동 또는 부록 수정은 언더컷을 방지합니다. 또한 더 높은 부하 용량을 위해 굽힘 응력의 균형을 유지합니다. 헬리컬 기어링이 부드럽고 조용하게 맞물리므로 공차가 엄격한 부품을 가공할 때와 같이 표면 조도를 개선하는 데 도움이 됩니다.

랙 앤 피니언 통합

랙 키트를 장착하기 위한 여러 옵션이 있습니다. 일부 랙은 정확성을 보장하기 위해 특수 장착 표면을 사용하는 반면, 다른 랙은 기본 설치로도 적절한 성능을 제공합니다. 설계의 자연스러운 유연성은 더 나은 제어를 위해 사용될 수 있습니다. 직접 구동 선형 모터와 달리 랙 세트를 사용하면 피니언 크기, 기어 및 댐핑을 조정하여 폐쇄 루프 제어를 안정화할 수 있습니다.

함정이 있습니다. 피니언과 랙의 간격이 너무 넓으면 정확도가 떨어지는 플레이가 발생합니다. 마운트가 손상되거나 잘못 정렬되면 기어박스 베어링도 손상되어 더 많은 모터 전류 소모, 소음, 심지어 고장이 발생할 수 있습니다. 최상의 성능을 위해 피니언은 랙에서 충분히 떨어져야 하고 평평하게 장착되어야 하며 많은 응용 분야에서 약 25µm의 정확도로 기어에 수직이어야 합니다.

랙 및 피니언 기어의 발전과 서보 가격의 하락은 일반적으로 서보 모터가 랙 시스템에 결합된다는 것을 의미합니다. 스테퍼 모터는 실행 가능한 옵션이지만 정밀도 때문에 서보 모터가 선호됩니다.

미리 로드

때때로 스프로킷 세트는 유격을 제거하고 강성을 높이기 위해 미리 로드됩니다. 여기에서 두 개의 기어가 같은 랙에서 움직입니다. 메인 피니언은 일반 구성에서와 같이 메커니즘을 구동합니다. 한편, 보조 피니언 기어는 토크를 발생시켜 맞물리는 톱니에 역력을 가할 수 있습니다. 따라서 관성과 저항은 부하가 변경되는 동안에도 백래시를 방지합니다. 시스템 강성은 또한 조향 역학을 증가시키고 향상시킵니다.

구성 요소를 올바르게 선택하면 랙 시스템을 미리 로드하는 데 큰 단점이 없습니다. 반면에 기계적 예압은 실제로 기계의 전체 강성을 감소시킬 수 있습니다. 예를 들어, 분할 스프링 장착 피니언은 시스템의 강성을 감소시킵니다.

보다 정교한 전자 예압 시스템과 달리 이러한 기존 예압 피니언은 함께 작동할 수 없습니다. 하나는 항상 다른 하나와 반대 방향으로 이동하므로 효율성이 약간 떨어집니다.

보다 정교한 랙 세트에서는 시스템이 고정되어 있는 동안 전자 예압이 최대로 유지됩니다. 메인 및 보조 기어(둘 다 능동적으로 작동됨)는 반대 방향을 향한 랙의 톱니를 누릅니다. 그런 다음 기계가 가속됨에 따라 1차 피니언은 기계를 앞으로 구동하고 2차 피니언은 반대 힘의 예압을 감소시킵니다. 시스템이 일정한 속도로 감속할 때 보조 기어는 메인 피니언에 결합된 톱니에 해당하는 측면에 접촉합니다. 그러면 두 개의 기어가 같은 방향으로 이동하면서 백래시를 방지합니다.

마지막으로 시스템 속도가 느려지면 보조 피니언이 치아의 반대쪽에 힘을 가하여 하중을 늦추는 데 도움이 됩니다.