Поддержание контроля в вертикальных шарико-винтовых передачах

Apr 18, 2024

Этот шарико-винтовой тормоз имеет пружинное зацепление. В случае потери мощности он автоматически включит нагрузку. Необходимо повторно подать питание, чтобы снять тормоз с нагрузки. Фото любезно предоставлено Nexen Group Inc.

Тормоз ШВП прикреплен к концу ШВП с помощью муфты, которая может компенсировать небольшое осевое смещение. Фото любезно предоставлено Nexen Group Inc.

В некоторых случаях вертикального подъема серводвигатель приводит в движение шариковый винт. Тормоз серводвигателя с фланцевым креплением, установленный между двигателем и подъемным фланцем, удерживает шариковый винт и предотвращает обратное движение. Фото любезно предоставлено Nexen Group Inc.

Высокоэффективные ШВП будут иметь обратный ход при вертикальном подъеме, что требует тормоза для удержания груза. Фото любезно предоставлено THK

Высокоэффективные ШВП идеально подходят для точного и высокоскоростного линейного позиционирования. Однако обратное движение может стать проблемой, особенно если ШВП находится в вертикальном положении. Если шарико-винтовая передача не будет удерживаться должным образом, груз может быстро упасть и нанести ущерб полезной нагрузке, машине и работникам.

Чтобы этого не произошло, у инженеров есть несколько вариантов. Один из способов — использовать противовесы, расположенные над тросовыми шкивами, чтобы компенсировать вес нагрузки, приходящейся на шарико-винтовую передачу. Эта конструкция не идеальна. Он занимает место, имеет много компонентов и не оказывает удерживающего усилия непосредственно на ШВП.

Жесткие упоры являются еще одним вариантом, но они могут повредить ШВП, если они не установлены должным образом или не контролируются правильно. Жесткий упор создает сильную контактную нагрузку, которая может деформировать резьбу шарика, снизить прочность шарикоподшипников, повредить систему возврата и заклинить шариковую гайку на винте.

Третий вариант – стопорные пружины. Они вставляются в зазор между шариковой гайкой и шариковым винтом. Если шарики сильно повреждены, свободное место займет стопорная пружина. Повышенное трение, создаваемое пружиной, предотвращает свободное падение груза или обратное вращение винта.

Другой метод — использовать механизмы, такие как зажимы или тормоза в виде суппорта, для зажатия винта. Этот метод в некоторой степени эффективен, но может повредить ШВП и ухудшить ее точность. Эти конструкции также занимают много места.

Ограничитель выбега, или собачка, предотвращает повреждение в результате случайного выбега на любом конце ШВП. Однако нельзя полагаться на остановки для собак в качестве первичной защиты. Этот тип останова следует использовать только в качестве резервной защиты. Движение должно быть остановлено системой управления узла и удержано тормозом при отключении питания, например шариковинтовым тормозом. В большинстве линейных приводов используются тормоза на двигателях или направляющих. Эти тормоза устанавливаются на двухвальных двигателях или на валу, поддерживающем шкив.

Одна из наиболее распространенных ошибок в управлении движением возникает при проектировании приводов с ШВП или ременным приводом для вертикального применения. Обычно обе системы имеют механический КПД 90 процентов. В случае потери мощности двигатель не имеет удерживающего момента, что приводит к падению нагрузки вниз.

Крутящий момент обратного привода Tb можно рассчитать как Tb = PLe/2π, где L — шаг винта (в дюймах), P — нагрузка в фунтах, а e — константа механического КПД.

Некоторое внутреннее трение в системе может выдерживать небольшие нагрузки, но бесштоковые приводы обычно дают обратный ход даже при небольшом усилии. Факторами, препятствующими обратному движению, являются механическая неэффективность (включая противодействующие силы, приложенные к нагрузке); статическое трение в подшипниках и системе привода; снижение неэффективности (от ремня ГРМ или шестерен); и крутящий момент, необходимый для вращения вала вручную, когда двигатель отключен.

Также свою роль играет шаг винтовой системы. ШВП с шагом 2 оборота на дюйм имеет меньший обратный привод, чем винт с шагом 5 оборотов на дюйм. Это связано с тем, что отношение момента трения к осевой удерживающей силе составляет F = 2πTfp; где Tf — момент трения, а p — шаг ШВП.