Śruba kulowa czy listwa zębata - porównanie

 

W zależności od typu aplikacji napędowej, ruch obrotowy może być wykorzystany do bezpośredniego wykonania danego procesu lub zachodzi konieczność zamiany ruchu obrotowego na ruch liniowy. 

Spójrzmy szerzej na ten drugi typ aplikacji napędowych i sposoby zamiany ruchu obrotowego na ruch liniowy. Możemy tutaj rozróżnić trzy rozwiązania: 

  1. koła i pas zębaty, 
  2. koło i listwy zębate, 
  3. nakrętka i śruba kulowa

W tym artykule porównamy cechy charakterystyczne oraz przedstawimy mocne i słabe strony rozwiązania na listwie zębatej oraz na śrubie kulowej jako układów liniowych o najwyższej dokładności pozycjonowania.

 

Rozwiązanie oparte na śrubie kulowej 

 

Rozwiązanie oparte na śrubie kulowej składa się z ułożyskowanej na obu końcach śruby kulowej oraz unieruchomionej nakrętki w kierunku obrotowym. Dzięki czemu podczas obrotu śrubą, nakrętka wykonuje ruch liniowy o taką długość, ile wynosi skok gwintu.

 

 

 

Zdjęcie 1. Układ napędowy oparty na śrubie kulowej 

 

Rozwiązanie oparte na listwie zębatej

 

Natomiast układ liniowy z napędem na listwie zębatej składa się z koła zębatego zamontowanego na ułożyskowanym wale obrotowym (najczęściej wale przekładni) i listwy zębatej zamocowanej na stałe do podłoża. Jeden obrót koła zębatego wraz z wałem napędowym wykonuje przesuw liniowy o wartości równej średnicy podziałowej koła pomnożonej przez liczbę π . 

Już z samej konstrukcji obu tych rozwiązań nasuwa się ich podstawowa cecha charakterystyczna, a mianowicie: w układzie na śrubie kulowej napęd jest statyczny, a ruch liniowy wykonuje tylko nakrętka wraz z przesuwanym elementem roboczym natomiast w układzie napędowym na listwie zębatej to listwa zębata jest statyczna, a ruch liniowy wykonuje koło zębate i siłą rzeczy również cały napęd w postaci silnika lub silnika z przekładnią. W konsekwencji wymusza to zastosowanie odpowiednio dłuższych kabli i prowadnika kablowego.

 

 

 

 

Zdjęcie 2. Układ napędowy oparty listwie zębatej i zębniku

 

Wspomniana wcześniej dokładność wykonania obu rozwiązań przekłada się na wysoką precyzję pozycjonowania, gdzie w przypadku śruby kulowej jest to nawet 10µm, natomiast na listwie zębatej możemy uzyskać dokładność pozycjonowania do 15µm + luz międzyzębny przekładni, jeśli ta jest zastosowana.

 

Maksymalna prędkość liniowa

 

Jednym z podstawowych parametrów charakteryzujących powyższe rozwiązania i rzutujące na ich zastosowanie, jest maksymalna prędkość liniowa. Jej wartość dla śruby kulowej wynosi ok. 1,5m/s natomiast dla listwy zębatej jest to ok. 5m/s (uwzględnia się tylko standardowe rozwiązania). Ponadto wartość maksymalnej prędkości liniowej jest stała w funkcji długości listwy zębatej. Zaś w przypadku zastosowania śruby kulowej parametr ten znacząco spada w funkcji jej długości i z uwagi na ugięcie śruby oraz tzw. prędkość rezonansową (od długości ok. l=1200mm prędkość maksymalna śruby kulowej znacząco spada), co stanowi jej podstawową wadę dla dynamicznych i szybkich aplikacji napędowych.

 

Głośność pracy

 

Kolejnym aspektem jaki musimy wziąć pod uwagę przy porównaniu śruby kulowej i listew zębatych jest hałas emitowany podczas pracy. W szybkich aplikacjach napędowych rozwiązaniem wypadającym lepiej są listwy zębate. Przy prędkości obrotowej śruby powyżej n=2000 obr./min jej głośność pracy jest 3-4 razy większa w stosunku do listwy zębatej, przy takiej samej prędkości liniowej (listwa zębata o zębach skośnych szlifowanych), co bezpośrednio przekłada się na komfort pracy przy maszynie/urządzeniu. 

 

Aspekt ekonomiczny 

 

Co ze względami ekonomicznymi? Przy rozwiązaniu z listwą zębatą weźmy pod uwagę, że podczas budowy aplikacji należy uwzględnić jeszcze koszt przekładni. Wówczas oba te rozwiązania możemy uznać za porównywalne cenowo.

Bazując na zdobytej wiedzy oraz doświadczeniach z naszymi klientami możemy śmiało stwierdzić, iż układ liniowy na śrubie kulowej będzie korzystniejszym rozwiązaniem wszędzie tam, gdzie konieczna jest wysoka precyzja pozycjonowania, ale z maksymalnym przejazdem do L=1000mm i prędkością maksymalną do 1m/s. Natomiast we wszelkich aplikacjach napędowych o wysokiej dynamice ruchu i/lub przejazdach powyżej 1m, optymalnym rozwiązaniem będzie zastosowanie listwy zębatej.

Jeśli potrzebujesz pomocy w wyborze rozwiązania lub masz dodatkowe pytania skontaktuj się z naszymi inżynierami sprzedaży. 

37 lat doświadczenia
35 oddziałów na świecie
ponad 20700 zadowolonych klientów