คำแนะนำข่าว WBM สัปดาห์ที่ 4 มีนาคม 2024 - เหนือกว่าตลับลูกปืน: ปลดปล่อยศักยภาพของร่องลูกบอลในการออกแบบหุ่นยนต์

เมื่อผู้ออกแบบระบบการเคลื่อนไหวต้องการการเคลื่อนไหวแบบหลายแกนที่ซับซ้อน ความเร็วสูง พวกเขาอาจคิดถึงแขนหุ่นยนต์ที่บรรจุหีบห่อไว้ล่วงหน้าอย่างประณีตก่อน หรือหากต้องการเพียงไม่กี่แกน ก็อาจกำหนดค่าโปรไฟล์หรือรางกลมสำหรับแต่ละแกนแยกกัน แต่การซ่อนระหว่างตัวเลือกเหล่านั้นเป็นเทคโนโลยี ball spline ที่เรียบง่ายและผ่านการพิสูจน์แล้ว โซลูชันการเคลื่อนที่หลายแกนนี้มีมานานหลายปีแล้ว และยังคงมีความเกี่ยวข้องอย่างมากกับแผนการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนในปัจจุบัน เส้นโค้งของลูกบอลใช้สถาปัตยกรรมที่เป็นเอกลักษณ์ซึ่งรวมการเคลื่อนที่แบบหมุนและเชิงเส้นไว้บนเพลาเดียว สิ่งนี้ทำให้พวกเขามีความยืดหยุ่นมากขึ้นในการปรับใช้แผนการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนในพื้นที่แคบกว่า โดยให้ข้อตกลงแบบสองต่อหนึ่งในการควบคุมการเคลื่อนไหว

บูรณาการการเคลื่อนที่แบบหมุนและเชิงเส้น

เส้นโค้งของลูกบอลช่วยให้สามารถเคลื่อนที่ได้ทั้งเชิงเส้นและแบบหมุน ซึ่งทำได้โดยใช้เพลาทั่วไปที่มีการเคลื่อนไหวอิสระสองครั้ง (รูปที่ 2) เพลาประกอบด้วยร่องกราวด์ตามแนวแกนที่เรียกว่า "ร่องฟัน" ตามความยาว นอกจากนี้ยังรวมถึงน็อตบอลสไปลน์ที่เคลื่อนไปตามร่องกราวด์ตามแนวแกน การล็อคการเคลื่อนที่แบบหมุน หรือโหลดโมเมนต์ในแนวรัศมี

เพื่อขับเคลื่อนการหมุนตามแนวแกน จะต้องหมุนน็อตสไปลน์บอล น็อตตัวนี้บรรจุลูกบอลหลายชุดเพื่อให้เคลื่อนที่อย่างอิสระตามแนวแกน (กล่าวคือ น็อตสามารถเลื่อนไปตามเพลาได้โดยมีการเสียดสีน้อยที่สุด) เมื่อหมุน ลูกบอลเหล่านี้จะออกแรงตั้งฉากกับเพลาผ่านร่องที่ตัดแบบร่องฟันแล้วหมุน

ในการขับเคลื่อนการเคลื่อนที่เชิงเส้น เพลาร่องจะเคลื่อนไปข้างหน้าหรือข้างหลังโดยใช้ตัวกระตุ้นเชิงเส้นเหมือนกับลูกสูบ เนื่องจากลูกปืนหมุนภายในร่อง (แทนที่จะเลื่อน) ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานและการสึกหรอที่ต่ำกว่าจะสร้างการเคลื่อนที่เชิงเส้นที่ราบรื่นและแม่นยำและมีความเร็วสูงขึ้น

เนื่องจากการยึด/ส่วนรองรับ การจัดเรียงนี้ยังต้านทานการโหลดแบบบิด (เช่น เพลาต้านทานการหมุน เว้นแต่จะขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์) หากมีการจ่ายแรงบิดภายนอกกับเพลาในขณะที่เพลากำลังขยาย/ถอยกลับ/อยู่นิ่ง น็อตสไปลน์จะรองรับเพลาดังกล่าวและต้านทานโหลดนั้น

ประโยชน์

การใช้พื้นที่ที่ดีขึ้น

การบีบอัดแกนหลายแกนเป็นแกนเดียวทำให้ร่องลูกกลิ้งประหยัดพื้นที่มากกว่าโซลูชันตลับลูกปืนแบบเดิม ส่งผลให้มีส่วนประกอบและชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวน้อยลง บวกกับความสามารถในการรับน้ำหนักที่มากขึ้นภายในพื้นที่นั้นมากกว่าตลับลูกปืนเชิงเส้นที่เทียบเคียงได้

ความสามารถในการรับน้ำหนักที่สูงขึ้น

ร่องกราวด์ที่กว้างและแม่นยำเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนัก และปรับปรุงความแข็งแกร่งและความแข็งสำหรับการรองรับการรับน้ำหนักโมเมนต์มากเป็นสองเท่าของชุดตลับลูกปืนแบบดั้งเดิม เส้นโค้งของลูกบอลยังกระจายน้ำหนักได้มากขึ้นตามความยาวของเพลา ซึ่งช่วยให้รับน้ำหนักได้สูงกว่าตลับลูกปืนทั่วไป ซึ่งอาจขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของความเค้นเฉพาะที่มากกว่า ร่องฟันของลูกปืนยังดีกว่าเมื่อมีโหลดนอกศูนย์กลาง ซึ่งพบได้ทั่วไปในการเปลี่ยนเครื่องมือและการหยิบและวาง

แรงเสียดทานเล็กน้อย

ระบบนำทางลูกบอลให้การเคลื่อนไหวที่แทบไม่มีแรงเสียดทานผ่านการสัมผัสที่แม่นยำกับจุดสัมผัสของลูกบอลกลิ้งซึ่งนำทางโดยร่องเพลาแบบร่องและร่องภายในน็อต

ความเร็วที่สูงขึ้น

บอลสไปลน์ต้องการแรงเพียงเล็กน้อยเท่านั้นเพื่อแทนที่น็อตสไปลน์ในแนวแกน ในขณะเดียวกันก็ส่งแรงบิดและลดแรงเสียดทานให้เหลือน้อยที่สุด ส่งผลให้มีความเร็วเพิ่มขึ้นประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับบอลสกรูแบบเดิมและการทำงานราบรื่นยิ่งขึ้น เส้นโค้งของลูกบอลสามารถรองรับความเร็วสูงสุด 2 เมตร/วินาที

ความแม่นยำสูงและแม่นยำ

ร่องฟันของลูกบอลให้ความแม่นยำและแม่นยำสูงในการวางตำแหน่ง ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการการควบคุมที่แม่นยำ การฟันเฟืองเป็นศูนย์ทำให้ไม่มีการหมุนหรือสูญเสียการเคลื่อนไหวเมื่อเปลี่ยนทิศทาง ร่องโค้งของลูกบอลรักษาความแม่นยำและแรงเสียดทานต่ำแม้ภายใต้ภาระหนัก

ติดตั้งและบำรุงรักษาง่าย

การติดตั้งทำได้ง่าย โดยทั่วไปต้องใช้รูเจาะหยาบและรูยึดที่เจาะและต๊าปเกลียวเพื่อยึดน็อตหน้าแปลน หรือรูเจาะหยาบและรูสลักสำหรับน็อตกลม การออกแบบที่เรียบง่ายทำให้ร่องลูกปืนง่ายต่อการแก้ไขปัญหาและซ่อมบำรุง ทีมบำรุงรักษาสามารถดึงร่องสลักออกจากเพลา หล่อลื่นและใส่กลับเข้าไปใหม่ได้ ในขณะที่รางโปรไฟล์และบอลสกรูต้องการการบำรุงรักษาที่สูงกว่า

มีความทนทานสูง

ร่องเพลาลูกปืนมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าตลับลูกปืนทั่วไปบางรุ่น เนื่องจากมีจุดสัมผัสลูกปืนเพิ่มขึ้น ซึ่งช่วยลดความเครียดและเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนัก ยิ่งลูกบอลมีความเครียดน้อยลง ก็จะรับภาระได้หนักมากขึ้นในขณะที่ต้านทานการสึกหรอและให้ประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอ

ร่องลูกปืนมักจะมีซีลและฝาครอบป้องกันที่ปกป้องตลับลูกปืนจากสิ่งปนเปื้อน เช่น ฝุ่นและเศษเล็กเศษน้อย ช่วยยืดอายุการใช้งานให้ยาวนานยิ่งขึ้น สถาปัตยกรรมร่องของลูกบอลมีความสามารถในการรับน้ำหนักที่ปลอดภัยจากทุกมุม ไม่เหมือนตลับลูกปืนแนวรัศมี ซึ่งลูกบอลจะต้องอยู่ในตำแหน่งอย่างระมัดระวังเพื่อให้น้ำหนักสมดุล

ประหยัดต้นทุน

การประหยัดล่วงหน้ามีความสำคัญมากสำหรับการเคลื่อนไหวสองแกน และการประหยัดจะคูณด้วยปริมาณที่มากขึ้น บอลสไปลน์มีราคาถูกกว่าระบบหลายแกนแบบแพ็คเก็จอย่างมาก การมีส่วนประกอบและชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวน้อยกว่าทำให้ประหยัดกว่าชุดประกอบรางโปรไฟล์ ทนทานต่อการรับน้ำหนักโมเมนต์ได้ดีกว่าเมื่อเทียบกับราคา และต้องการการเตรียมพื้นผิวในการติดตั้งน้อยกว่า ค่าใช้จ่ายของ Ball Splines นั้นเหมือนกับการประกอบรางกลม แต่ใช้พื้นที่น้อยกว่าและมีแกนน้อยกว่า ในระยะยาว มีส่วนประกอบน้อยลงที่ต้องการการบำรุงรักษา ประหยัดเวลาและเงิน

การใช้งาน

นักออกแบบการเคลื่อนไหวที่ผสมผสานการเคลื่อนที่เชิงเส้นและแบบหมุนควรประเมินเทคโนโลยีร่องของลูกบอลเพื่อดูว่าการกำหนดค่าบนเพลาเดียวกันนั้นมีประโยชน์หรือไม่ ต่อไปนี้คือตัวอย่างการใช้งานบางส่วนในระบบอัตโนมัติในโรงงาน การขนส่ง และการดูแลสุขภาพ/การวิจัยที่ใช้ประโยชน์จากฟังก์ชันบอลสไปน์:

ระบบอัตโนมัติในโรงงาน

การประกอบแบบหยิบและวางที่ทำซ้ำได้ เช่น การวางตำแหน่งวัตถุเซมิคอนดักเตอร์ความเร็วสูง โดยแขนจะหยิบสิ่งของจากขั้นตอนการประกอบ หมุนและวางไว้บนอีกชิ้นหนึ่ง

การวางตำแหน่งเครื่องมือ CNC ในการตัดเฉือนและการกัด

อุปกรณ์บรรจุภัณฑ์เพื่อการควบคุมกลไกการบรรจุและปิดฝาที่แม่นยำ

การขนส่ง

การควบคุมเครื่องบิน เช่น การใช้ลิ้นปีกผีเสื้อและการปรับปีกผีเสื้อ

ยานพาหนะทางทหารเพื่ออำนวยความสะดวกในการหมุน การยกปืน และการบังคับเลี้ยวของยานพาหนะ

การดูแลสุขภาพและการวิจัย

หุ่นยนต์เพื่อช่วยในขั้นตอนการผ่าตัด

อุปกรณ์สร้างภาพทางการแพทย์เพื่ออำนวยความสะดวกในการเคลื่อนที่ที่แม่นยำของเครื่องซีทีสแกน หรืออุปกรณ์รับภาพที่มีความแม่นยำสูงอื่นๆ

การวิเคราะห์ทางห้องปฏิบัติการ เช่น ระยะกล้องจุลทรรศน์ และการวางตำแหน่งตัวอย่าง

ผู้จำหน่ายบางรายเสนอคำแนะนำออนไลน์เพื่อช่วยนักออกแบบเครื่องจักรในการปรับปรุงร่องฟันของลูกกลิ้งสำหรับการใช้งานของตน ตัวอย่างเช่น เครื่องมือเลือกร่องฟันของลูกปืนตัวหนึ่งมีตัวช่วยการมองเห็นที่ให้ผู้ใช้กำหนดค่าได้ดีที่สุดภายในไม่กี่นาที

ค้นหาสถานที่ของพวกเขา

ร่องลูกกลิ้งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับนักออกแบบเครื่องจักรที่ต้องการการเคลื่อนที่บนหลายแกน เมื่อเปรียบเทียบกับระบบหลายแกนแบบแพ็กเกจ บอลสไปลน์ต้องการพื้นที่น้อยกว่าและสามารถใช้งานได้ที่ความเร็วสูงกว่า โดยมีแรงเสียดทานน้อยกว่า ความแม่นยำมากขึ้น อายุยืนยาวและคาดเดาได้มากขึ้น และบำรุงรักษาง่ายขึ้น พวกเขายังสามารถมีราคาถูกลง

แม้ว่าร่องฟันของลูกบอลอาจเข้ามาแทนที่แขนหุ่นยนต์ที่บรรจุไว้ แต่ประสิทธิภาพของพื้นที่และระยะฟันเฟืองเป็นศูนย์ทำให้สามารถใช้เป็นส่วนประกอบของชุดประกอบเหล่านั้นได้ ซึ่งอาจขยายระยะชักในแนวตั้งหรือช่วยรับภาระในแนวรัศมีและแนวแกนที่หนักขึ้น

เนื่องจากการดำเนินธุรกิจมีความซับซ้อนมากขึ้น และการเปลี่ยนแปลงทางดิจิทัล ความก้าวหน้าของ AI และความคล่องตัวทำให้มีแกนการเคลื่อนไหวมากขึ้นในกลยุทธ์ระบบอัตโนมัติ ประสิทธิภาพที่เป็นเอกลักษณ์และความอเนกประสงค์ของ ball spline อาจได้รับความเคารพอย่างที่สมควรได้รับในที่สุด

 

(https://www.powertransmission.com)