Crémaillère hélicoïdale pour mouvement linéaire

Il existe de nombreux types de pignons en stock. Si l'application nécessite une grande longueur qui nécessite de nombreuses crémaillères connectées en série, nous avons des crémaillères avec des bords de dents correctement configurés. Celles-ci sont appelées "crémaillères d'extrémité usinées".

Il existe des applications où la crémaillère hélicoïdale est stationnaire pendant que la crémaillère se déplace et d'autres où la crémaillère tourne autour d'un axe fixe pendant que la crémaillère se déplace. Le premier est largement utilisé dans les systèmes de transport, tandis que le second peut être utilisé dans les systèmes d'extrusion et les applications de levage/abaissement.

En tant qu'élément mécanique permettant de transformer le mouvement rotatif en mouvement linéaire, les crémaillères sont souvent comparées à des vis à billes. Il y a des avantages et des inconvénients. Les avantages d'une crémaillère sont sa simplicité mécanique, sa grande capacité de charge, l'absence de limite de longueur, etc. Un inconvénient cependant est le jeu. L'avantage d'une vis à billes est la haute précision et le faible jeu, tandis que les inconvénients incluent la limite de longueur due à la déflexion.

Types de racks

Les engrenages à crémaillère et pignon sont disponibles en deux variantes :

Les dents droites ont l'axe de la dent parallèle à l'axe de rotation. Dents droites parallèles à l'axe de l'engrenage. Les engrenages à dents hélicoïdales offrent un engagement continu sur toute la longueur des dents et sont souvent plus silencieux et plus efficaces que les engrenages à dents droites et offrent également une charge plus élevée pour la même largeur de crémaillère. Les engrenages à denture hélicoïdale ressemblent à des engrenages droits dans le plan de rotation, mais incluent des dents qui sont tordues le long d'une trajectoire hélicoïdale dans la direction axiale.

Applications

Les entraînements à crémaillère hélicoïdale sont idéaux pour une large gamme d'applications, y compris les entraînements d'axes nécessitant un positionnement et une répétabilité précis, les portes et colonnes coulissantes, les robots pick &place, les routeurs CNC et les systèmes de manutention. Ces variateurs peuvent également gérer facilement des charges et des cycles de service élevés. Les secteurs desservis comprennent la manutention, l'automatisation, l'automobile, l'aérospatiale, les machines-outils et la robotique.

Le mouvement linéaire est nécessaire au mouvement des machines; transporte les outils et les produits de manière efficace et contrôlée. Les générateurs de mouvement linéaire sont généralement classés en fonction de leur vitesse et accélération axiales, des forces axiales contre le volume de la structure, de la durabilité, de la rigidité et de la précision de positionnement.

Deux systèmes linéaires populaires sont les moteurs linéaires et les entraînements à vis. Les entraînements à crémaillère et pignon sont souvent négligés en tant que technologie de génération précédente avec une précision de positionnement limitée. Cependant, cette hypothèse n'est pas valide.

Des surfaces de montage rectifiées avec précision avec des tolérances serrées, un traitement de surface résistant à l'usure, des dents d'engrenage ébavurées individuellement et des conceptions compactes légères augmentent la productivité. En fait, les entraînements à crémaillère et pignon se comparent favorablement aux moteurs linéaires ainsi qu'aux vis à billes avec un filetage d'arbre ou de terre.

Les systèmes à pignon et crémaillère de nouvelle génération offrent une dynamique élevée et des distances de déplacement illimitées. Certains d'entre eux incluent des servo-engrenages et des actionneurs de qualité supérieure avec moins de 1 minute d'arc de jeu, jusqu'à 98,5 % d'efficacité et des dimensions beaucoup plus compactes que les combinaisons standard de servo et d'engrenage. Certains engrenages pré-assemblés peuvent fonctionner avec une précision jusqu'à 10 µm, ce qui garantit la sécurité et un mouvement fluide.

Les applications typiques à crémaillère et pignon incluent les machines à portique, de transport et d'emballage allant de quelques livres à plusieurs tonnes. La nouvelle génération d'ensembles de crémaillères est également utilisée dans les machines à bois, les machines de découpe de métaux à grande vitesse et les machines d'assemblage.

Géométrie et détails de surface

Les performances du rack se sont améliorées avec le progrès technologique global. Par exemple, l'usinage et le meulage de pointe ont considérablement augmenté la précision du mécanisme à crémaillère et pignon.

Plus précisément, certains composants de support de haute qualité sont gravés au laser pour une erreur de pas cumulée de ± 12 µm sur une longueur de 500 mm, permettant une sélection manuelle de la précision de la cible. Ceci est utile pour l'alignement parallèle des composants de rayonnage dans les applications de portique à double entraînement. En fait, ce niveau de précision permet à plusieurs types de machines de fonctionner sans dispositifs de rétroaction externes; et d'autres systèmes linéaires nécessitent des dispositifs de rétroaction externes coûteux pour la commutation et le positionnement.

La crémaillère hélicoïdale avec angle d'hélice optimisé est préférée pour un fonctionnement plus silencieux à des vitesses plus élevées et des capacités de charge plus élevées en raison du rapport de contact des dents plus élevé. L'erreur d'un pas entre les dents hélicoïdales peut atteindre 3 µm. Un changement de profil de pignon ou une modification complémentaire empêche la contre-dépouille ; il équilibre également les contraintes de flexion, pour une capacité de charge plus élevée. L'engrenage hélicoïdal s'engage en douceur et en silence, ce qui contribue à améliorer la finition de surface, par exemple lors de l'usinage de pièces à tolérances serrées.

Intégration à crémaillère

Il existe de nombreuses options pour le montage des kits de rack. Certains racks utilisent des surfaces de montage spéciales pour assurer la précision, tandis que d'autres offrent des performances adéquates même avec une installation de base. La flexibilité naturelle de la conception peut être utilisée pour un meilleur contrôle :contrairement aux moteurs linéaires à entraînement direct, les jeux de crémaillères vous permettent d'ajuster la taille du pignon, les engrenages et l'amortissement - pour stabiliser le contrôle en boucle fermée.

Il y a des pièges :un trop grand écartement du pignon et de la crémaillère provoque des jeux qui diminuent la précision. Un support endommagé ou mal aligné peut également endommager les roulements de la boîte de vitesses, ce qui entraîne une plus grande consommation de courant du moteur, du bruit et même des pannes. Pour de meilleures performances, le pignon doit être suffisamment espacé de la crémaillère, monté à plat et perpendiculaire à l'engrenage avec une précision d'environ 25 µm pour de nombreuses applications.

Les progrès des engrenages à crémaillère et pignon et la baisse des prix des servomoteurs signifient que les servomoteurs sont généralement couplés à des systèmes à crémaillère. Les moteurs pas à pas sont une option viable, mais les servomoteurs sont préférés pour leur précision.

Préchargement

Parfois, les ensembles de pignons sont préchargés pour éliminer le jeu et augmenter la rigidité. Ici, les deux engrenages se déplacent sur la même crémaillère. Le pignon principal entraîne le mécanisme comme dans la configuration normale; Pendant ce temps, le pignon auxiliaire peut générer un couple pour appliquer une contre-force aux dents avec lesquelles il est en contact. Ainsi, l'inertie et la résistance évitent le jeu, même lors des changements de charge; la rigidité du système augmente également et améliore la dynamique de la direction.

Si les composants sont sélectionnés correctement, il n'y a pas de défauts significatifs dans le préchargement du système de rack. D'autre part, la précharge mécanique peut en fait réduire la rigidité globale de la machine. Par exemple, un pignon à ressort fendu réduirait la rigidité du système :

A noter que contrairement aux systèmes électroniques de précharge plus sophistiqués, ces pignons de précharge traditionnels ne peuvent pas fonctionner ensemble; l'un va toujours à l'encontre de l'autre, ce qui réduit légèrement l'efficacité.

Dans les ensembles de crémaillères plus sophistiqués, la précharge électronique est maintenue au maximum lorsque le système est à l'arrêt. Les engrenages principaux et auxiliaires - tous deux activement alimentés - appuient sur les dents des crémaillères orientées dans des directions opposées. Puis, à mesure que la machine accélère, le pignon primaire entraîne la machine vers l'avant tandis que le pignon secondaire réduit la précharge de la force opposée. Lorsque le système décélère jusqu'à une vitesse constante, le pignon auxiliaire entre en contact avec le côté de la dent qui correspond à celui qui est accouplé au pignon principal; alors les deux engrenages se déplacent dans le même sens tout en évitant le jeu.

Enfin, à mesure que le système ralentit, le pignon auxiliaire revient à appliquer une force sur le côté opposé de la dent pour aider à ralentir la charge.