Budowa windy technologicznej z wykorzystaniem listew zębatych

Najpopularniejszym zastosowaniem listew zębatych są poziome osie napędowe w maszynach CNC oraz manipulatory kartezjańskie służące przenoszeniu dużych mas w procesach technologicznych. Często wykorzystuje się je także w manipulatorach typu pick & place na ostatnich etapach produkcji, czyli paletyzacji. Jednym ze szczególnych przypadków są natomiast pionowe manipulatory potocznie zwane windami technologicznymi lub pionowymi przenośnikami.

 

Zdjęcie 1. Pionowy manipulator bazujący na listwie zębatej

 

Zasada działania i budowa manipulatorów 

 

Pionowe manipulatory bazujące na listwach zębatych składają się z kilku podstawowych komponentów:

  • konstrukcji stalowej lub aluminiowej, 
  • jeżdżącej platformy, do której przymocowane jest obciążenie, 
  • układu prowadzenia platformy. Najczęściej w postaci równoległych prowadnic liniowych z zamontowanymi na nich ruchomymi wózkami łożyskowymi, 
  • pojedynczej lub podwójnie równolegle ustawionej listwy zębatej wraz z kołami zębatymi (zębnikami) stanowiącymi układ przeniesienia napędu z ruch obrotowego silnika na ruch liniowy platformy. (Zębniki mogą być osadzone bezpośrednio na wale przekładni lub na oddzielnie ułożyskowanym wale napędowym)
  • silnika z hamulcem (np. serwosilnika) wraz z przekładnią najczęściej planetarną, stożkową, hipoidalną lub ślimakową.

 

Zalety pionowych manipulatrów bazujących na listwach zębatych 

 

Niżej omawiamy główne zalety pionowych manipulatorów bazujących na listwach zębatych APEX DYNAMICS w najbardziej optymalnej klasie jakości Q6 (materiał to wysokogatunkowa stal węglowa, uzębienie hartowane indukcyjnie i szlifowane). 

Nieograniczony zasięg przy zachowaniu stałej wysokiej prędkości liniowej. Listwy najczęściej dostępne są w odcinkach handlowych o długościach 500, 1000 oraz 2000mm. Można je łączyć szeregowo dowolną ilość razy, dbając oczywiście o prawidłowy montaż do odpowiednio przygotowanej powierzchni bazowej. Wszystkie ściany listew APEX DYNAMICS w klasie Q6 są precyzyjnie szlifowane (Ra≤0,8). Wysoką jakość wykonania zapewnia także niewielkie, bo liczone w setnych częściach milimetra, odchyłki równoległości i prostopadłości ścian (odchyłka prostoliniowości badana na certyfikowanej powierzchni pomiarowej w stanie zamocowania sięga zaledwie 0,02mm). Wszystko to ułatwia zachowanie prostoliniowości całego toru jezdnego zbudowanego z szeregowo montowanych listew zębatych. 

Co ciekawe APEX DYNAMICS  jako jedyny międzynarodowy producent, wytwarza swoje listwy zębate ściśle wg. założonej specyfikacji podanej w katalogu. Dotyczy to:

  • geometrycznej tolerancji wszystkich wymiarów, 
  • zdefiniowanej równoległości, prostopadłości i prostoliniowości, tolerancji kąta przyporu i kąta pochylenia zębów (dla listew o uzębieniu skośnym), 
  • chropowatości wszystkich powierzchni, 
  • twardości powierzchni zęba oraz grubości utwardzonej powierzchni zęba.

 

 

Zdjęcie 2. Produkcja listwy zębatej

 

Wysoka prędkość liniowa dochodząca do 5m/s umożliwia znacznie skrócenie czasu przejazdu w procesach technologicznych. Co najczęściej przekłada się na zwiększenie ilości cykli a zatem na zwiększenie wydajności produkcyjnej danego urządzenia, generuwjąc większy zysk.

Relatywnie niski poziom hałasu uzyskujemy dzięki precyzyjnie szlifowanej czynnej powierzchni zębów w klasie Q6 (wzdłużnie Ra≤1,0 a poprzecznie Ra≤0,5). Użycie uzębienie helikalnego w listwach, również pozwala obniżyć poziom hałasu wpływając pozytywnie na kulturę pracy urządzenia i aspekty BHP.

Bardzo duże siły posuwu (F2T). Listwy zębate APEX DYNAMICS wytwarzane są z wysokogatunkowej stali węglowej lub stopowej. Wszystkie nasze listwy lub ich uzębienie, poddawane są obróbce cieplnej mającej na celu zwiększenie ich wytrzymałości. Wyjątkiem w naszej ofercie są listwy ze stali nierdzewnej (SUS304) mające zastosowanie w przemyśle spożywczym lub farmaceutycznym. Najpopularniejsze listwy w klasie jakości Q6 poddawane są procesowi hartowania indukcyjnego. Dzięki temu powierzchnia zęba osiąga twardość rzędu 550±40 HV a na efektywnej głębokości zęba L osiąga twardość minimum 440±32 HV. Umożliwia to dużą obciążalność układu zazębienia (maksymalna siła posuwu są w zakresie 8kN (moduł 2) do 200kN (moduł 10) w klasach jakości Q4, Q5 i Q6 z uzębieniem helikalnym). 
Koła zębate APEX DYNAMICS produkowane są ze stali stopowej poddawanej procesowi nawęglania a następnie hartowania.

 

 

Zdjęcie 3. Produkcja listwy zębatej - hartowanie indukcyjne

 

Wysoka sztywność układu zazębienia umożliwia szybkie pozycjonowanie w układzie sprzężenia zwrotnego silnika wyposażonego w enkoder. Jest to niewątpliwe ważna cecha listew zębatych w porównaniu do znacznie mniej sztywnych układów bazujących na łańcuchach.

Duża elastyczność i optymalizacja doboru. Dzięki dużej różnorodności w konfiguracji finalnego układu przeniesienia napędu na listwach zębatych, możemy optymalnie dobrać rozmiar i przełożenie przekładni a także moc silnika. Do wyboru mamy moduły zębów od 2 do 10 oraz uzębienie proste i skośne i aż do 8 rodzajów zębników. 

Nasze zębniki dedykowane są, nie tylko do klasycznych pełnych wałów z wpustem lub drążonych (gładkich lub z rowkiem wpustowym) ale także to wałów wieloklinowych typu „Spline” (DIN5480) oraz do flansz „robotycznych” (EN ISO 9409-1-A). Tak szeroki wybór w wielu przypadkach pozwala uniezależnić ilość zębów zębnika (średnicę podziałową) od gabarytów przekładni. W klasycznych przekładniach z wałem pełnym, im większy jest moment znamionowy przekładni tym większy staje się jej gabaryt a co za tym idzie, średnica wału wyjściowego (determinując większą liczbę zębów zębnika a często też większy moduł uzębienia).

Bezpieczeństwo i trwałość. Układ przeniesienia napędu bazujący na listwach zębatych jest znacznie bezpieczniejszy niż bazujący na łańcuchach lub pasach zębatych. Uszkodzenie pojedynczego zęba listwy zębatej lub zębnika teoretycznie nadal umożliwia zazębienie się i zatrzymanie na kolejnych. Najczęściej stosowane uzębienie hartowane umożliwia przenoszenie bardzo dużych sił posuwu F2T wynikających z maksymalnego przenoszonego momentu obrotowego T2B danego zębnika w kontakcie z konkretnym modelem listwy zębatej APEX (wartości te są precyzyjnie określone w katalogu). Dodatkowo określony jest także moment awaryjnego zatrzymania T2NOT o wartości dwukrotnie większej niż T2B, który może wystąpić nawet do 1000 razy w okresie teoretycznej trwałości danego układu listwy i zębnika. Warto nadmienić, że listwy APEX DYNAMICS mają trwałość 20000 h przy określonych założeniach wskazanych w katalogu.

Dostępność. Prawdopodobnie APEX DYNAMICS jest jedynym producentem precyzyjnych listew zębatych na Świecie, który w swych magazynach fabrycznych ma prawie 100 000 listew i zębników. Czas dostawy dostępnych produktów z fabryki to średnio 2-3 tygodnie a z lokalnego magazynu w Polsce to kilka dni.

 

Istotne czynniki warunkujące użycie elementów 

 

Listwy zębate jak również pionowe manipulatory na nich bazujące oprócz niewątpliwych zalet mają również cechy, które należy wziąć pod szczególną uwagę. Główną z nich jest konieczność podnoszenia silnika i przekładni wraz z zębnikiem na niej osadzonym. W szczególnych przypadkach, kiedy masa zespołu napędowego stanowi znaczny procent całkowitej masy podnoszonej, odczuwalnie zwiększaone zostaje zapotrzebowanie na moment obrotowy. Taka sytuacja może mieć miejsce w dynamicznych aplikacjach o bardzo dużych prędkościach i przyśpieszeniach. W takim przypadku nawet relatywnie mała podnoszona masa, wymaga dużego momentu obrotowego a co za tym idzie relatywnie mocnego, ciężkiego silnika i ciężkiej przekładni o niskim przełożeniu. Oferowane przez nas przekładnie planetarne, podobnie jak współczesne silniki serwo, charakteryzują się jednak duża gęstością momentu. Jest to niewątpliwy atut takich rozwiązań w porównaniu do klasycznych motoreduktorów.

Dodatkową cechą jaką należy wziąć pod uwagę jest konieczność smarowania listew zębatych, (szczególnie w pionowych układach może występować zwiększone zapotrzebowanie na smar). Warto w takich aplikacjach zainstalować automatyczny system smarowania wyposażony w poliuretanowy zębnik poruszający się w tandemie z zębnikiem napędowym. W naszej ofercie znajduje się właśnie taki system automatycznego smarowania Smart Lubrication System dzięki, któremu możemy nie tylko smarować listwę ale również prowadnice liniowe i inne łożyska w aplikacji. 

 

 

Zdjęcie 4. System smatrowania (Smart Lubrication System)

 

Nasi inżynierowie chętnie spotkają się z Państwem i porozmawiają o Państwa aplikacji. Dobierzemy nie tylko listy zębate wraz z zębnikiem, ale także przekładnie planetarne oraz system automatycznego smarowania. Mamy także duże doświadczenie w wstępnych doborach serwonapędów, które często w kolejnym kroku wymagają już tylko akceptacji ich producentów. 

Serdecznie zapraszamy do kontaktu

_____________________________

Zobacz także: 

Smart Lubrication System - centralny system smarowania

Montaż listew zębatych a dokładność pozycjonowania

37 lat doświadczenia
35 oddziałów na świecie
ponad 20700 zadowolonych klientów