ในด้านระบบอัตโนมัติที่มีความแม่นยำ - ไม่ว่าจะเป็นเครื่องกัดโครงสำหรับตั้งสิ่งของขนาดใหญ่ เครื่องตัดด้วยเลเซอร์ หรือระบบเดินแกนที่เจ็ดของหุ่นยนต์ - การเคลื่อนที่เชิงเส้นที่ดูเหมือนจะสมบูรณ์แบบในแบบจำลอง CAD มักจะเผชิญกับความท้าทายในทางปฏิบัติที่รุนแรงในไซต์เวิร์กช็อป
ปัญหาที่พบบ่อยที่สุดคือ:ฟันเฟือง
แม้ว่าฟันเฟืองมักจะเกิดจากปัญหาด้านคุณภาพด้วยเกียร์ในความเป็นจริงแล้ว ฟันเฟืองในระบบแร็คเกียร์เป็นผลที่เป็นระบบจากความคลาดเคลื่อนในการผลิต ข้อผิดพลาดทางเรขาคณิตในการประกอบ และปัจจัยทางกายภาพของสิ่งแวดล้อม
ฟันเฟืองคืออะไรและข้อผิดพลาดมาจากไหน?
Backclearance หมายถึงช่องว่างระหว่างพื้นผิวฟันของเฟืองแบบตาข่าย ในสภาวะที่เหมาะสม ช่องว่างควรเป็นศูนย์ แต่เพื่อรองรับฟิล์มน้ำมันหล่อลื่นและป้องกันการติดขัดที่เกิดจากการขยายตัวทางความร้อน จำเป็นต้องรักษาช่องว่างบางอย่างไว้ นอกจากนี้ยังนำไปสู่ปัญหา "ช่องว่างที่จำเป็น" เหล่านี้กลายเป็น "ข้อผิดพลาดในการกำหนดตำแหน่ง" ในการวางตำแหน่งที่แม่นยำ
เพื่อควบคุมและแก้ไขปัญหานี้ เราต้องเข้าใจปัจจัยต้นทางสามประการก่อน
ความหนาของฟันบางลง:สถานการณ์นี้หมายถึงผู้ผลิตจงใจตัดฟันให้บางกว่าความหนาของฟันตามทฤษฎีเล็กน้อยในระหว่างการประมวลผลเพื่อให้เหลือระยะฟันเฟือง
ข้อผิดพลาดในการขว้างและการวิ่งหนี:เนื่องจากปัจจัยด้านการผลิต แม้แต่เกียร์ระดับบนสุด-ก็มีความเบี่ยงเบนระดับไมโครมิเตอร์ในพิทช์ (ความเบี่ยงเบนของพิทช์ฟันซี่เดียว) และการหมุนหนีศูนย์ในแนวรัศมี
ความแปรผันของระยะศูนย์กลาง:หากเฟือง (เฟือง) อยู่ห่างจากแร็คเล็กน้อยเนื่องจากข้อผิดพลาดในการติดตั้ง ฟันเฟืองจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ
ตัวอย่างการคำนวณเพื่อทำความเข้าใจผลกระทบของข้อผิดพลาดในการติดตั้งที่มีต่อความแม่นยำ
ในไดรฟ์แร็คแอนด์พีเนียน ความเบี่ยงเบนเล็กน้อยในระยะห่างจากศูนย์กลางจะถูกขยายอย่างมากด้วยมุมแรงดัน และแปลงเป็นการเคลื่อนที่ที่สูญเสียไปซึ่งเป็นอันตรายโดยตรง
สูตรการคำนวณมีดังนี้:
พารามิเตอร์ทั้งสามจากซ้ายไปขวาคือฟันเฟืองปกติเพิ่มเติมที่เกิดจากความผิดพลาดของระยะห่างจากศูนย์กลาง (หน่วย: มม.) ความเบี่ยงเบนระหว่างระยะห่างจากศูนย์กลางจริงกับค่าทางทฤษฎี (หน่วย: มม.) และมุมแรงดันเกียร์ (ปกติคือ 20 องศา)
การคำนวณกรณี
โมดูล: 2.0
มุมความดัน: 20 องศา
ข้อผิดพลาดในการติดตั้ง: แผ่นยึดลดเกียร์ของคุณถูกเยื้องเพียง +0.1 มม.
การแทนที่ลงในสูตรจะได้ผลลัพธ์:
การคำนวณแสดงให้เห็นว่าค่าชดเชยการติดตั้งเพียง 0.1 มม. ส่งผลให้สูญเสียการเคลื่อนไหวประมาณ 0.07 มม. ค่านี้จะรวมกับฟันเฟืองการผลิตของตัวแร็คเกียร์เองเพื่อเป็นส่วนหนึ่งของฟันเฟืองของระบบทั้งหมด ในการใช้งานจริงที่มีความแม่นยำ (เช่น การตัดด้วยเลเซอร์) การสูญเสียการเคลื่อนไหวดังกล่าวสามารถนำไปสู่:
- 1.รูกลมกลายเป็นวงรี
- 2. มุมคมพัฒนาขอบโค้งมนหรือตัดเกิน
- 3.จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของเส้นทางการตัดไม่สามารถปิดได้
ปัญหาที่ซ่อนอยู่: ความเรียบของระนาบอ้างอิงการติดตั้ง
แม้ว่าแร็คของคุณจะมีความเที่ยงตรงสูงมาก แต่ถ้าติดตั้งไว้บนพื้นผิวที่ไม่เรียบ ก็จะไม่สามารถใช้ประสิทธิภาพของแร็คได้อย่างเต็มที่
ชั้นวางโดยพื้นฐานแล้วเป็นแท่งเหล็กเรียว เมื่อขันด้วยโบลท์ให้แน่น จะเกิดการเสียรูปแบบยืดหยุ่นตามรูปทรงของฐานเครื่องจักร
ปัญหาคือหากมีการกระเพื่อมในความเรียบของฐานเครื่องจักร เส้นพิทช์ไลน์ของชั้นวางก็จะผันผวนตามไปด้วย ซึ่งจะส่งผลให้เกิด "จุดที่แน่น" (การรบกวน/การติดขัด) และ "จุดหลวม" (ระยะฟันเฟืองที่เพิ่มขึ้น) ในระหว่างกระบวนการ meshing
ปัญหาที่เกิดจากการดีบัก:เพื่อป้องกันการติดขัดที่ "จุดที่แน่น" โดยปกติแล้วเจ้าหน้าที่ประกอบจะถูกบังคับให้เพิ่มระยะห่างจากศูนย์กลาง ส่งผลให้เกิดการฟันเฟืองที่ "จุดหลวม" มากเกินไป
ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม: การขยายตัวทางความร้อน
For long-stroke axes (e.g., >2 เมตร) ความแปรผันของอุณหภูมิเป็นปัจจัยซ่อนเร้นที่ส่งผลต่อความแม่นยำ ด้านล่างนี้ เราใช้ตัวอย่างการคำนวณเพื่อแสดงให้เห็นผลกระทบ
สูตรมาตรฐานสำหรับการขยายตัวเชิงเส้นคือ:
รายละเอียดพารามิเตอร์ (จากซ้ายไปขวา):
- การเปลี่ยนแปลงความยาว
- ความยาวเดิม
- สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้น
- การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ
ค่าพารามิเตอร์เฉพาะสำหรับการคำนวณตัวอย่าง:
ความยาวแร็ค: 3 เมตร
การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ: 10 องศา
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนเชิงเส้นสำหรับเหล็ก: ประมาณ 11.5 μm/(m· องศา )
การแทนค่าเหล่านี้ลงในสูตรจะได้ผลลัพธ์เป็น 0.345 มม. ซึ่งหมายความว่าชั้นวางของคุณยาวขึ้น 0.345 มม. ข้อผิดพลาดระยะพิทช์สะสมนี้อาจทำให้ตัวเข้ารหัสของเซอร์โวมอเตอร์ระบุว่าเครื่องจักรอยู่ที่ตำแหน่ง X ในขณะที่ตำแหน่งทางกายภาพที่แท้จริงของชั้นวางเบี่ยงเบนไป 0.345 มม. สำหรับการใช้งานที่มีความแม่นยำสูง- จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องพิจารณาการควบคุมอุณหภูมิให้คงที่หรือการใช้การตอบสนองแบบลูปปิด-เต็มรูปแบบด้วยตัวเข้ารหัสเชิงเส้น
ทำอย่างไรจึงจะมีระยะฟันเฟืองเป็นศูนย์หรือต่ำ?
ในฐานะผู้มีประสบการณ์ผู้ผลิตชั้นวางแบบกำหนดเองHansheng นำเสนอโซลูชั่นต่อไปนี้เพื่อกำจัดฟันเฟืองหรือฟันเฟืองต่ำ
เกียร์คู่ช่วยลดฟันเฟือง
รูปแบบนี้ใช้เกียร์ขนาดเล็กสองตัว เฟืองหนึ่งขับเคลื่อนด้วยเฟืองหลัก และอีกเฟืองใช้แรงบิดพรีโหลดแบบย้อนกลับผ่านสปริง มอเตอร์แรงบิด หรือกลไกที่ปรับได้ จึงช่วยลดระยะฟันเฟืองในทิศทางไปข้างหน้าและถอยหลัง แต่ต้นทุนสูงและโครงสร้างทางกลมีความซับซ้อน
การผลิตที่มีความแม่นยำสูง
ด้วยการปรับปรุงความแม่นยำของชั้นวางเกียร์ตั้งแต่ระดับการยึดเฟืองเกียร์ธรรมดา (เช่น DIN 9-10) ไปจนถึงระดับการกัดหรือการเจียรที่มีความแม่นยำ (เช่น DIN 5-6) จึงสามารถลดข้อผิดพลาดของระยะพิทช์และโปรไฟล์ได้โดยพื้นฐาน
ทำไมช่องว่างด้านหลังถึงลดลงได้? เหตุผลก็คือ ความแม่นยำของฟันซี่เดียวที่สูงมากทำให้วิศวกรสามารถกำหนดระยะห่างของศูนย์กลางที่แคบลงได้ ทำให้สามารถปรับระยะห่างของศูนย์กลางให้เป็นค่าทางทฤษฎีที่แคบลงได้อย่างปลอดภัยในระหว่างการประกอบ ทำให้ได้ระยะฟันเฟืองที่เล็กลงโดยไม่ต้องกังวลกับการรบกวนหรือความเสี่ยงในการติดขัดที่เกิดจากการสะสมของข้อผิดพลาด
อ่านเพิ่มเติม
-------------------------จะเลือกตัวเลือกต่างๆ เช่น วัสดุ โมดูลัส และการรักษาความร้อนสำหรับชั้นวางเกียร์ได้อย่างไร
รายการตรวจสอบการออกแบบแบ็คแลชต่ำ-
ก่อนที่จะสรุปการออกแบบการเคลื่อนที่เชิงเส้นครั้งต่อไปของคุณ ให้ทำตามรายการตรวจสอบนี้
คำนวณภาระ
คุณได้เลือกโมดูล (M) ที่ถูกต้องเพื่อลดการโก่งตัวของฟันภายใต้ภาระหรือไม่?
ตรวจสอบความเรียบของพื้นผิว
พื้นผิวติดตั้งได้รับการขัดสีตามเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนที่เข้ากันได้กับคลาสชั้นวางหรือไม่
เลือกกระบวนการที่เหมาะสม
คุณใช้ชั้นวาง Hobbed (มาตรฐาน) หรือ Milled (แม่นยำ) หรือไม่? (ดูของเราแร็คเกียร์แบบกำหนดเองความสามารถสำหรับรายละเอียด)
จับคู่ปีกนก
คุณใช้เฟืองที่มีความแม่นยำเท่ากันหรือดีกว่าแร็คหรือไม่?
การชดเชยความร้อน
For strokes >2m คุณคำนึงถึงการขยายตัวหรือไม่?
คำถามที่พบบ่อย
ฟันเฟืองของแร็คเกลียวเล็กกว่าแร็คตรงหรือไม่?
พูดอย่างเคร่งครัด ฟันเฟืองส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความทนทานต่อความหนาของฟันและระยะห่างจากศูนย์กลาง และไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับลักษณะของฟัน อย่างไรก็ตาม เฟืองเกลียวมีอัตราการสัมผัสที่สูงกว่า เนื่องจากการมีส่วนร่วมของฟันเฟืองหลายซี่ในการประกบกัน ข้อผิดพลาดระหว่างพื้นผิวฟันจึงเป็นค่าเฉลี่ย ดังนั้นในการใช้งานจริง ความเรียบของชั้นวางเฟืองเกลียวจะสูงกว่าฟันตรงมาก ทำให้มี "ความแม่นยำในการสัมผัส" ที่ดีกว่า และเหมาะสำหรับการใช้งานที่มีความเร็วสูง-มากกว่า
ฉันสามารถกำจัดฟันเฟืองอย่างรุนแรงโดยออกแรงกดบนเฟืองเล็ก (ลดระยะห่างจากศูนย์กลาง) ได้หรือไม่
ไม่แนะนำอย่างยิ่งให้ทำเช่นนั้น เว้นแต่คุณจะใช้ชั้นวางเครื่องเจียรที่มีความแม่นยำเกรด DIN 5/6
หากความแม่นยำของชั้นวางต่ำ (เช่น DIN ระดับ 9) ข้อผิดพลาดของระยะฟันจะมีขนาดใหญ่ การกดแรงอาจทำให้เกิดการรบกวน (การพันกัน) ในส่วนของเกียร์และเกิดข้อผิดพลาดขนาดใหญ่ ส่งผลให้เกิดการสั่นสะเทือนอย่างรุนแรง เสียงรบกวน การสึกหรอของเกียร์เร็วขึ้น และแม้กระทั่งความเสียหายต่อแบริ่งกระปุกเกียร์ ชั้นวางที่มีความแม่นยำสูง-เท่านั้นจึงทำให้สามารถกำหนดระยะห่างจากศูนย์กลางได้น้อยมากโดยไม่เกิดการติดขัด
การหล่อลื่นมีผลกระทบต่อฟันเฟืองหรือไม่?
มีการหล่อลื่นที่ดีจะทำให้เกิดฟิล์มน้ำมันขนาดไมโครเมตรอยู่ระหว่างผิวฟัน ฟิล์มน้ำมันนี้ไม่เพียงแต่ลดการสึกหรอเท่านั้น แต่ยังมีบทบาทในการ "เติม" ที่อ่อนแอในระดับหนึ่ง โดยเป็นบัฟเฟอร์ผลกระทบระหว่างการเปลี่ยนทิศทาง เราขอแนะนำให้ใช้ระบบหล่อลื่นอัตโนมัติในการใช้งานที่มีความแม่นยำ โดยมีเกียร์หล่อลื่นแบบโพลียูรีเทนที่ให้การจ่ายน้ำมันอย่างต่อเนื่อง
อะไรคือความแตกต่างระหว่างชั้นวางเกียร์ DIN 6 และ DIN 10 ในการใช้งานจริง?
ความแตกต่างนั้นใหญ่มาก โดยทั่วไปความคลาดเคลื่อนของระยะพิทช์รวมของชั้นวาง DIN Class 6 จะถูกควบคุมภายใน 0.03-0.04 มม. ต่อเมตร และระดับ DIN 10 อาจสูงถึง 0.15 มม. หรือสูงกว่านั้นด้วยซ้ำ สำหรับเครื่องมือกล CNC ที่ต้องการการวางตำแหน่งที่แม่นยำ ชั้นวางเกียร์ DIN 10 อาจส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดแบบไม่เชิงเส้นซึ่งไม่สามารถชดเชยได้ด้วยอัลกอริธึมควบคุม
อ้างอิง
ISO 1328-1:2013
ดิน 3962 / ดิน 3967
ความคลาดเคลื่อนของฟันเฟืองทรงกระบอก ความคลาดเคลื่อนสำหรับการเบี่ยงเบนของรอยฟัน
อักม่า 2015-1-A01
ระบบการจำแนกประเภทความแม่นยำ - การวัดเส้นสัมผัสของเฟืองทรงกระบอก