Helical Gear Rack for Precise Linear Motion Systems

Ada banyak jenis sprocket yang tersedia di stok. Jika aplikasi memerlukan panjang panjang yang membutuhkan banyak rack yang dihubungkan secara berurutan, kami memiliki rack dengan tooth edges yang dikonfigurasi dengan benar. Ini disebut sebagai "machined end gear racks".

Ada aplikasi di mana helical gear rack diam sementara rack bergerak dan lainnya di mana rack berputar di sekitar sumbu tetap sementara rack bergerak. Yang pertama digunakan luas dalam sistem transportasi, sementara yang kedua dapat digunakan dalam sistem ekstrusi dan aplikasi lift / lower.

Sebagai elemen mekanis untuk mentransfer gerak putar menjadi gerak linier, gear racks sering dibandingkan dengan ball screws. Ada keuntungan dan kerugian. Keuntungan gear rack adalah kesederhanaan mekanisnya, kapasitas beban yang besar, tidak ada batasan pada panjang, dll. Salah satu kerugian adalah backlash. Keuntungan ball screw adalah presisi tinggi dan backlash rendah sementara kekurangannya termasuk batasan panjang karena defleksi.

Rack Types

Rack and pinion gears tersedia dalam dua variasi:

Straight teeth memiliki tooth axis sejajar dengan axis rotasi. Straight teeth yang berjalan sejajar dengan axis gear. Helical teeth gears memberikan keterlibatan kontinu sepanjang panjang gigi dan seringkali lebih tenang dan lebih efisien daripada straight tooth gears dan juga menawarkan loading yang lebih tinggi untuk lebar rack yang sama. Helical tooth gears mirip dengan spur gears di bidang rotasi, tetapi mencakup gigi yang dilingkari di arah sumbu.

Applications

Helical gear rack drives ideal untuk berbagai macam aplikasi, termasuk axis drives yang memerlukan positioning dan repeatabilitas yang presisi, sliding gates dan columns, pick & place robots, CNC routers, dan material handling systems. Drives ini juga dapat dengan mudah menangani beban berat dan duty cycles. Industri yang dilayani mencakup material handling, otomatisasi, otomotif, penerbangan, mesin perkakas, dan robotika.

Linear motion diperlukan untuk gerakan mesin; transportasi alat dan produk dengan cara yang efisien dan terkontrol. Linear motion generators biasanya diranking berdasarkan axial velocity dan acceleration, axial forces terhadap volume struktur, daya tahan, kekakuan, dan akurasi positioning.

Dua sistem linier populer adalah linear motors dan screw drives. Rack and pinion drives sering diabaikan sebagai teknologi generasi sebelumnya dengan akurasi positioning yang terbatas. Namun, asumsi ini tidak valid.

Precision-ground mounting surfaces dengan toleransi ketat, surface treatment yang tahan aus, gear teeth yang individu dibersihkan dan desain ringan dan kompak meningkatkan produktivitas. Faktanya, rack and pinion drives bandingkan baik dengan linear motors serta ball screws dengan shaft atau earth thread.

Generasi baru rack and pinion systems menawarkan dinamika tinggi dan jarak perjalanan yang tidak terbatas. Beberapa di antaranya mencakup servo gears dan actuators berkualitas premium dengan kurang dari 1 arcmin clearance, hingga 98,5% efisiensi, dan dimensi yang jauh lebih kompak dibandingkan kombinasi servo dan gear standar. Beberapa gear yang sudah dirangkaikan dapat bekerja dengan akurasi hingga 10 mikrometer, yang memastikan keamanan dan gerakan yang mulus.

Aplikasi rack and pinion yang umum mencakup gantry, transport, dan mesin kemasan yang berkisar dari beberapa pound hingga beberapa ton. Generasi baru rack sets juga digunakan dalam mesin kayu, mesin pemotong logam kecepatan tinggi dan mesin perakitan.

Geometry and Surface Details

Kinerja rack telah meningkat dengan kemajuan teknologi secara keseluruhan. Misalnya, machining dan grinding terbaru telah meningkatkan akurasi mekanisme rack and pinion secara signifikan.

Lebih spesifik, beberapa komponen standar berkualitas tinggi di-etch laser dengan cumulative pitch error ± 12 mikrometer pada panjang 500 mm, yang memungkinkan pemilihan manual target akurasi. Ini berguna untuk parallel alignment komponen racking dalam aplikasi dual drive gantry. Faktanya, tingkat presisi ini memungkinkan beberapa jenis mesin berjalan tanpa external feedback devices; dan sistem linier lainnya memerlukan external feedback devices yang mahal untuk komutasi dan positioning.

Helical rack dengan helix angle yang dioptimalkan dipilih untuk operasi yang lebih tenang pada kecepatan yang lebih tinggi dan kapasitas beban yang lebih tinggi karena tooth contact ratio yang lebih tinggi. Error satu pitch di antara helical teeth dapat mencapai 3 mikrometer. Pinion profile shift atau addendum modification mencegah undercut; ia juga menyeimbangkan bending stress, untuk kapasitas beban yang lebih tinggi. Helical gearing terlibat dengan mulus dan tenang yang membantu meningkatkan surface finish, misalnya, saat memproses bagian dengan toleransi ketat.

Rack-and-Pinion Integration

Ada banyak opsi untuk pemasangan rack kits. Beberapa rack menggunakan special mounting surfaces untuk memastikan akurasi, sementara yang lain memberikan performa yang memadai bahkan dengan instalasi dasar. Fleksibilitas alami desain dapat digunakan untuk kontrol yang lebih baik: berbeda dengan direct drive linear motors, rack sets memungkinkan Anda untuk menyesuaikan pinion size, gears dan damping untuk menstabilkan closed-loop control.

Ada tantangan: spasi yang terlalu banyak antara pinion dan rack menyebabkan play yang menurunkan akurasi. Mount yang rusak atau tidak teratur juga dapat merusak gearbox bearings yang menyebabkan lebih banyak arus motor, kebisingan dan bahkan kegagalan. Untuk performa terbaik, pinion harus cukup terpisah dari rack, dipasang datar, dan tegak lurus terhadap gear dengan akurasi sekitar 25 mikrometer untuk banyak aplikasi.

Kemajuan dalam rack and pinion gears dan penurunan harga servo berarti servo motors biasanya dikaitkan dengan rack systems. Stepper motors adalah opsi yang layak, tetapi servomotors dipilih karena presisi mereka.

Preloading

Kadang-kadang sprocket sets di-preload untuk menghilangkan play dan meningkatkan kekakuan. Di sini, kedua gear bergerak pada rack yang sama. Main pinion menggerakkan mekanisme seperti dalam konfigurasi normal; Sementara, auxiliary pinion gear dapat menghasilkan torsi untuk menerapkan counter force pada teeth yang ia kontak. Oleh karena itu, inersia dan resistensi mencegah backlash, bahkan selama perubahan beban; kekakuan sistem juga meningkat dan meningkatkan steering dynamics.

Jika komponen dipilih dengan benar, tidak ada kekurangan signifikan dalam preloading rack system. Di sisi lain, mechanical preload sebenarnya dapat mengurangi kekakuan keseluruhan mesin. Misalnya, split spring loaded pinion akan mengurangi kekakuan sistem:

Perhatikan bahwa, berbeda dengan electronic preload systems yang lebih canggih, traditional preload pinions ini tidak dapat bekerja bersama; satu selalu berlawanan dengan yang lain, yang sedikit mengurangi efisiensi.

Dalam rack sets yang lebih canggih, electronic preload dipertahankan pada maksimum saat sistem diam. Main dan auxiliary gears - keduanya secara aktif dipower - menekan teeth pada racks yang menghadap ke arah yang berlawanan. Kemudian, saat mesin mempercepat, primary pinion menggerakkan mesin maju sementara secondary pinion mengurangi preload dari gaya berlawanan. Ketika sistem melambat ke kecepatan konstan, auxiliary gear masuk kontak dengan sisi tooth yang sesuai dengan yang terhubung ke main pinion; kemudian kedua gear bergerak ke arah yang sama sambil mencegah backlash.

Akhirnya, saat sistem melambat, auxiliary pinion kembali menerapkan gaya pada sisi berlawanan tooth untuk membantu melambatkan beban.