對于大多數線性運動應用,傳統的皮帶或絲桿驅動系統效果很好。然而,當需要更長的線性距離時,可能會出現問題。當需要長距離線性運動時,齒輪齒條驅動系統是一個明知的選擇。這些相對簡單的系統使用皮帶輪驅動裝置沿皮帶產生張力,并且可以快速達到高速。然而,隨著這些系統達到更長的行程,可能會出現皮帶下垂的問題。無法在系統的整個長度上保持張力。
絲桿模組長度上的這種性能可能會導致振動或彈跳,從而對托架產生鞭打效應。如果特定尺寸工藝無法處理此問題,則絲桿驅動系統可能是更好的選擇。絲桿驅動系統具有固定的機械元件,可確保始終完全控制滑架并精確停止和定位。安全是絲桿驅動系統的另一個優點。由于皮帶可能斷裂,皮帶驅動系統的安全性較低。這種故障將是不受控制的,并且在垂直應用中,負載可能會掉落并損壞機器甚至人員。絲桿驅動系統不存在這個問題。即使出現故障,絲桿驅動系統也會阻止負載掉落并確保安全。
從應用中絲桿驅動系統的問題是難以達到更長的行程長度。絲桿驅動系統的長度通常可達 6 米,使用成對的軸承座來支撐絲桿并在較高轉速下阻止任何攪動效應。即使在較低的速度下,較長的螺釘也需要支撐以防止其自身重量引起的彎曲。這種軸承座支撐系統傳統上由用桿或線連接的成對的軸承座組成。這些對沿著線性運動系統一起移動。當系統需要更長的行程時,可以添加更多的軸承座對,以沿著絲桿的長度以規則的間隔支撐絲桿。最多三對甚至四對一起工作是可行的,但是超過這個數量,連接塊之間的桿或線就會變得困難。
較長的行程
實現更長行程的第一個挑戰是創建一個可以為更長絲桿提供更多支撐點的系統。一種解決方案是取消塊的連接系統,而是使用塊可以相互折疊并在需要時分離的系統。一旦塊到達設定位置,它們就會留在那里引導和支撐螺釘。在這樣的系統中,可以利用軸承座對來實現10、12或者甚至13個支撐點。這種滾珠絲杠或絲杠的支撐系統可以實現長行程,而無需彎曲或甩動。為了超過 6 米的長度,下一個挑戰是制造更長的螺絲。然而,由于可用原材料的限制,螺釘通常只能生產最長 6 米的長度。那么如何才能實現10米以上的行程長度呢?答案在于將兩個螺釘連接在一起并采用一些精確的制造技術。
絲杠和滾珠絲杠是在軋制線上制造的,每個零件的導程偏差可能略有不同。因此,為了將兩個零件連接在一起,需要克服導程偏差的差異。為了成功連接兩個絲桿,必須使用偏差盡可能最小的最高精度滾珠絲桿。滾珠絲杠必須經過精確加工,確保熱量不會進入零件并改變直徑或導程幾何形狀。即使小到 0.01 或 0.001 毫米的偏差也會給最終系統帶來問題。加工后,使用絲錐和孔將螺釘結合在一起,兩條引線之間的偏差最小。最后使用高強度粘合劑將它們固定。 (將螺釘焊接在一起會再次改變幾何形狀并產生問題。)
帶有可折疊支撐塊系統和精密制造的螺釘的螺釘驅動系統的長度可以達到 10.8 米或更長。沖程長度為 2 至 3 米的系統的最大速度約為 4,000 rpm。通常,對于較長的系統,必須大幅降低轉速以避免攪打。但是,通過額外的支撐,長達 10 米的絲桿驅動系統可以以 4,000 rpm 的速度運行。
長度應用
長行程齒輪齒條模組驅動系統廣泛應用于各行各業,以提供精確的線性定位。金屬管道和管材的自動化焊接系統就是一個很好的例子。需要在長行程上精確定位的應用中,跨度大、長距離(30米)得到有效解決。光纜的制造是一種高速、連續的生產過程,一旦停止生產就會損害所生產的光纖的質量。電纜纏繞在大卷軸上。當一個卷筒已滿時,必須迅速更換,以盡量減少產品的損失。精度和速度對于流程效率至關重要。齒輪齒條模組可以在該應用中提供這兩種功能,并且能夠處理卷軸的重負載。任何需要在垂直平面內移動重型設備的應用都受益于線性齒輪齒條的剛性和故障安全功能。例如,在飛機工業中,高精度攝像機會上下移動。螺釘安全、精確地承載重物。在此類應用中,使用齒輪齒條模組導軌系統來承受動態負載力矩。
現有系統的改進
在許多長距離直線運動應用中,齒輪齒條模組系統有兩個常見問題:要么系統無法以所需的速度運行,要么系統難以維護,因為開式齒條會吸引灰塵和碎屑,需要定期清潔。在這樣的系統中,滑架可以配備鉆孔通道并與油嘴連接。這樣就可以從單點進行潤滑,而無需打開外殼。由于該裝置無需打開,因此少量的灰塵或水可以滲入系統。即使在最惡劣的環境中,它也能受到保護。