Kodėl svarbu reguliuoti žvaigždės tarpą greičio mažintuvuose?

Žvaigždės tarpelio supratimas ir jo vaidmuo greičio mažintuvuose

Žvaigždės tarpelio apibrėžimas ir priežastys

Atbulinis ėjimas pavarų dėžėse reiškia nedidelį tarpelį tarp susikibusių dantų greičio mažintuvuose. Kam tai reikalinga? Na, iš tikrųjų tai padeda keliais tikslais. Pirma, tai suteikia vietos detalėms išsiplėsti, kai jos įkaista veikimo metu. Taip pat padeda tepalui patekti ten, kur reikia, ir neleidžia pavaroms sukibti. Dauguma pramoninių sistemų turi apie 0,025–0,1 milimetro tokio tarpo, kuris priklauso nuo to, kiek tiksliai buvo pagamintos detalės, ir nuo to, kaip skirtingi medžiagai išsiplėčia skirtingais greičiais. Naujausias 2024 metais atliktas BHI Engineering tyrimas nustatė kai ką tikrai neraminančio – beveik dvi trečiosios visų greičio mažintuvų gedimų gali būti susietos su atbulinio ėjimo nustatymo problemomis. Kai apie tai pagalvojame, tai visiškai suprantama, nes tai, ar šis tarpas yra tinkamas, tiesiogiai lemia, ar įranga toliau veiks sklandžiai, ar netikėtai suges.

Atbulinio ėjimo ir pavarų našumo koreliacija

Optimalus žingsnis užtikrina sklandų veikimą, išlaikant tikslumą. Nepakankamas tarpas sukelia perkaitimą ir greitesnį dėvėjimą, o per didelis žingsnis gali sumažinti padėties tikslumą 12–18 % keičiant kryptį. Pavyzdžiui, automatizuotose pakuotės linijose palaikyti žingsnį mažesnį nei 2 lankst. minutės yra būtina pasiekti ±0,05 mm kartojamumą didelėmis greičiais.

Ašinis ir radialinis tarpas įsikibusiuose krumpliaračiuose: žingsnio valdymo pagrindai

• Ašinis tarpas : Eina lygiagrečiai su krumpliaračių velenais ir sudaro 40–60 % bendro žingsnio įstrižaliniuose krumpliaračiuose
• Radialinis tarpas : Statmenas velenų ašims, ypač svarbus sraigto krumpliaračio ilgaamžiškumui

Tikslūs pleištai ir koniniai rolberiai leidžia reguliuoti mikronų lygiu, leidžiant pažangiausiems konstrukcijoms – tokioms kaip naudojamos chirurginėje robotikoje – pasiekti žingsnį mažesnį nei 1 lankst. minutė.

Žingsnio poveikis tikslumui ir našumui greičio mažintuvų taikymuose

Kaip žingsnis veikia tikslų padėties nustatymą greičio mažintuvuose

Atbulinis posūkis vos 2–3 lankminučių gali laikui bėgant kaupiatисi ir sukelti tikslo klaidas, viršijančias 0,15 mm robotų rankose. Kylančioje krypties keitimo mirksniu atsiranda negyvas taškas, dėl kurio servomotorams tenka papildomai stengtis, kad vėl tinkamai pradėtų judėti. Uždarojo ciklo sistemos bandydavo išspręsti šias problemas naudodamos enkoderio grįžtamąjį ryšį, tačiau tikslumui vis tiek yra riba dėl pačio mechaninio atbulinio poslinkio. Tai tampa itin svarbu vietose, tokiuose kaip puslaidininkių gamyklos, kur viskas turi sutapti su mažesniu nei 0,01 mm nuokrypiu, kad įrenginiai tinkamai veiktų.

Praktiniai padariniai: atbulinio poslinkio sukeltos netikslumos CNC mašinose

Remiantis 2023 m. paskelbtais tyrimais, apie 57 procentai šių erzinančių matmenų klaidų CNC frezavime iš tiesų atsiranda dėl greičio mažintuvo atbulinio tarpelio, viršijančio 5 lankstines minutes. Kai taip nutinka, apdirbimo metu pradeda kilti įvairios problemos. Įrankių judėjimo trajektorijos nukrypsta pjovimo kontūruose, paviršiai tampa šiurkštesni baigiamojo apdirbimo etapuose, o pastebimas padėties poslinkis, kai kartu juda kelios ašys. Žinoma, šiuolaikiniai staklių valdikliai turi skaitmeninio atbulinio tarpelio kompensavimo funkcijas, tačiau žmonės, kurie remiasi tik programinėmis priemonėmis, patiria didesnį perdavimo mechanizmų susidėvėjimą – apie 22 % dažnesniu tempu, kaip tai minėta „Precision Machining Journal“ žurnale praėjusiais metais. Tiems, kuriems svarbu ilgalaikis įrangos priežiūra, mechaniniai taisymai vis dar vaidina svarbų vaidmenį, nepaisant visų šiuolaikinių skaitmeninių galimybių.

Pritaikytas atbulinio tarpelio ribinis dydis pramoniniuose greičio mažintuvuose

Stipriai apkraunamos medžiagų transportavimo sistemos dažnai nustato ≥10 lankst. min., kad būtų išvengta užstrigimo esant smūginėms apkrovoms, taigi svarbiau laikoma ilgaamžiškumas, o ne tikslumas. Priešingai, optinio derinimo stovai reikalauja beveik nulinio žvaigždumo (<0,5 lankst. min.), kuris pasiekiamas naudojant išankstinio apkrovimo įvorės pavaras ir dvigubą enkoderių patvirtinimą.

Netinkamo žvaigždumo pasekmės greičio mažintuvų sistemose

Problemos, kurias sukelia per didelis ir per mažas žvaigždumas

Per didelis žvaigždės tarpas prisideda prie padidėjusių pozicionavimo klaidų, viršijančių 0.1 mm cNC operacijose, tuo tarpu per mažas tarpas sukelia užstrigimą, dėl kurio guolių apkrova padidėja 30–40%. Šis balansavimas dažnai lemia ankstyvą dilimą arba sumažėjusią tikslumą, prailginant vidutinę pavaros tarnavimo trukmę 18%pramoninėse aplinkose.

Padidėjęs dilimas, triukšmas ir vibracija dėl netinkamo žvaigždės tarpo valdymo

Nekontroliuojamas žvaigždės tarpas stiprina danties smūgio jėgas keičiant sukimosi kryptį, sukeliant vibracijos amplitudes aukščiau 4,5 m/s² stipriai veikiančiuose reduktoriuose. Šis „mechaninis kalimas“ greitina paviršiaus ir mikroplyšių susidarymą, dėl ko komponentai sugenda per 8 000–12 000 eksploatacijos valandų , kur kas mažiau nei standartinis 20 000 valandų tarnavimo laikas.

Išsilaikymo ir tikslumo subalansavimas: inžinerijos iššūkis greičio mažintuvų kūrime

Kad įveiktų šiuos iššūkius, gamintojai taiko sprendimus, tokius kaip dvigubi apkrauti kūginiai guoliai – kurie sumažina ašinį žaidimą 75%– elektroniniai kompensavimo sistemos, užtikrinančios ± 0.05°tikslumą, ir asimetriniai dantų profiliai, kurie išlaiko 3 lankmin tarpą veikiant apkrovai. Pasiekiant <0.001"pakartojamumą, kartu atlaikant 2 500+ Nm smūginės apkrovos reikalauja peržiūrėti tradicinius krumpliaračių sąveikos projektavimo principus.

Žvaigždžių tarpų reguliavimo metodai skirtingose greičio mažintuvų technologijose

Žvaigždžių tarpo reguliavimas tiesiaeigiuose ir srieginiuose krumpliaračių sistemose

Inžinieriai dažnai pasirenka spyruoklėmis apkrautus skeltus krumpliaračius dirbdami su tiesiaeigiais ir srieginiais krumpliaračiais, nes jie padeda išlaikyti nuolatinį dantų kontaktą nepaisant priešingų jėgų. Kai jie derinami su šiek tiek trapiniais dantų profiliais, kurių nuolydis ašyje siekia nuo 3 iki 5 laipsnių, bei kietintais plieniniais įdėklais, apie 0,05–0,15 mm storio, dauguma konfigūracijų pasiekia itin aukštą tikslumą – nuo 2 iki 5 lankstinių minučių. Realios sąlygos parodė ir įdomų dalyką: srieginiai krumpliaračiai turi apie 23 procentais mažesnį žvaigždžių tarpo kintamumą, palyginti su standartiniais tiesiaeigiais krumpliaračiais. Tai vyksta daugiausia todėl, kad dantys tarpusavyje įsikabina palaipsniui sukantis.

Srieginio krumpliaračio žvaigždžių tarpo reguliavimo technikos

Tiksli sraigto rato aksinė padėtis, naudojant mikrometrinės klasės aksines guoles, yra svarbiausias veiksnys, leidžiantis kontroliuoti žvaigždėjimą sraigtiniuose perdavimuose. 2023 m. pramonės atvejo tyrimas parodė, kad dvigubi sraigtai – su priešingais sriegio kampais – tolydiniame veikime esančiose sistemose šiluminės plėtimosi sukeliamą žvaigždėjimo kaitą sumažino 41 % lyginant su vieno sriegio konfigūracijomis.

Kūginiai pavarų mechanizmai: žvaigždėjimo valdymas dėka tikslios suderinimo ir priderinimo

Hipoidiniai ir spiraliniai kūginiai krumpliaračiai surinkimo metu reikalauja sub-0,01 mm tikslumo aksinio kalibravimo, kurį užtikrina didelės standumo kūginiai rolėtiniai guoliai, gebantys išlaikyti 15–20 kN spindulinius apkrovimus. Šiuolaikinės CNC šlifavimo technologijos modifikuoja dantų profilius, kad būtų ištaisoma iki 82 % dėl netikslios suderinimo kylančio žvaigždėjimo, taip pagerinant našumą automobilių diferencialuose.

Ašinio atstumo modifikavimas kaip žvaigždėjimo valdymo strategija

Šis metodas koreguoja velenų nominalųjį ašių atstumą (C faktorius = 0,25–0,4 × modulis), o planetarinei pavarų dėžei su lazeriu išlygiuotomis slydimo sistemomis pasiekiamas 1,8 mikronų tikslumas pozicijavime.

Konstrukcijos inovacijos mažo išėjimo greičio mažintuvams

Inžineriniai sprendimai išėjimo mažinimui greičio mažintuvuose

Šiandienos pavaros konstrukcija mažina atbulinį žingsnį daugiausia optimizuodama geometriją ir taikydama mechaninės kompensacijos technikas. Dvigubos pavaros išankstinio apkrovimo sistema užtikrina, kad dantys visą laiką liestųsi per visą veikimo ciklą, dėl ko kampinis poslinkis geriausiose kokybės vienetuose sumažėja iki mažiau nei 3 lankstinės minutės. Surinkimo metu inžinieriai gali reguliuoti pleistrų rinkinius ir naudoti išcentrinius guolius, kad viskas būtų idealiai suderinta. Kai kurios sistemos netgi turi skaldytas pavaras su spyruoklinėmis detalėmis, kurios laikui bėgant automatiškai kompensuoja dėvėjimąsi. Visos šios skirtingos metodikos kartu sujungtos užtikrina apie ±0,01 laipsnio kartojamumą. Toks tikslumas yra labai svarbus kuriant, pavyzdžiui, puslaidininkių gamybos įrangą ar pramoninius robotus, kur mažiausi judesiai lemia visą skirtumą.

Be atbulinio žingsnio sraigtinės pavaros konstrukcijos ir jų privalumai

Naujausia varželinių pavarų technologija įveikia atbulinį poslinkį dėka išradingų konstrukcinių ypatybių, tokių kaip poromis veikiantys varželiai, dirbantys priešingomis kryptimis, ir pavaros, kurios išlygina sukimo momentų apkrovas. Kai du varželiai išdėstyti priešingomis sraigtinėmis kryptimis, jie efektyviai neutralizuoja erzinančias ašines jėgas, tuo pačiu išlaikydami dantų sukibimą visą veikimo laiką. Šis požiūris įveikia seną dilemą, kai inžinieriai turėjo rinktis tarp efektyvumo ir minimalaus atbulinio poslinkio. Lauko tyrimai parodė, kad šios pažangios sistemos sumažina energijos nuostolius, vadinamus histereze, apie 62 procentais, palyginti su įprastomis varželinėmis pavaromis, ir išlaiko tikslumą ilgiau nei 15 tūkstančių valandų nuolatinio naudojimo. Kadangi šios pavaros automatiškai prisitaiko veikimo metu, jos ypač gerai tinka taikymams, kuriuose svarbiausi mažiausi judesiai, pavyzdžiui, saulės baterijų sekliuose, kuriems reikia tiksliai sekti saulės judėjimą, arba sudėtingose medicininės diagnostikos vaizdavimo sistemose, kur net mikroniniai paklaidų dydžiai gali turėti didelės reikšmės.

Pažangios medžiagos ir išankstinio apkrovimo technikos tikslumio greičio mažintuvuose

Naujos medžiagos leidžia pasiekti geresnį atbulinį poslinkį, neprarandant konstrukcinės vientisumo. Kai paviršių kietinantys maraging plieno krumpliaračiai gauna DLC danga, panašią į deimantą, jie tarnauja apie 40 procentų ilgiau nei įprasti karburizuoto plieno krumpliaračiai esant tokiai pačiai apkrovai. Naujausi hibridiniai išankstinio apkrovimo sprendimai derina Belleville spyruokles su hidrodinaminiais guoliais, kad krumpliaračiai liktų tinkamai subalansuoti net tada, kai temperatūra smarkiai svyruoja nuo minus 40 laipsnių Celsijaus iki 120 laipsnių Celsijaus. Tokios pažangios kombinacijos leidžia aviacijos kokybės krumpliaračių reduktoriams išlaikyti mažiau nei vieną lanko minutę atgalinio poslinkio, tuo pačiu patirdami staigius smūgius, kurie siekia penkis kartus viršytį jų normalią darbinę sukimo momentą.