Здесь мы подробно рассмотрим, что вызывает занос в поворотных системах. Затем мы анализируем конструкции кулачковых толкателей с одним и двумя роликами.
Автор: Георг Бартош • Президент | Intech Power-Core
Для производственного оборудования с подвижными подсистемами износ может стать серьезной головной болью. Это особенно верно для тех, которые оснащены традиционными металлическими кулачковыми приводами, подшипниками и другими механическими элементами. Как мы увидим далее, полимерные компоненты могут быть превосходной альтернативой, поскольку они предотвращают износ металла по отношению к металлу, а также загрязнение конечных изделий жиром.
Учитывайте износ, связанный с заносом. Занос возникает, когда разница скоростей вдоль контактирующих поверхностей приводит к скольжению металлических деталей друг по другу. Это, в свою очередь, ускоряет повреждение оборудования из-за износа и в конечном итоге может привести к непредвиденному простою машины. Для многих производителей (особенно тех, которые производят конечную продукцию оптом) даже небольшие перебои могут иметь серьезные последствия, включая пропущенные сроки отгрузки и потерю клиентов.
При использовании традиционных металлических кулачковых толкателей решением проблемы заноса является интенсивная смазка контактных поверхностей — иногда вплоть до чрезмерной смазки. Но это создает свои собственные проблемы, включая загрязнение, вызванное, например, попаданием посторонней смазки. Более того, внешние системы смазки являются дорогостоящими, трудоемкими в обслуживании и неустойчивыми.
Напротив, кулачковые толкатели, оснащенные усовершенствованными полимерными элементами, по своей сути самосмазываются, что позволяет избежать этих ловушек. Кроме того, кулачковые толкатели с полимерными элементами подходят для новых и инновационных механических конструкций.
Рассмотрим упаковочную машину, оснащенную большим поворотным столом диаметром 70 дюймов для транспортировки картонных упаковок между двумя точками. Кулачковые толкатели поддерживают вращающуюся часть поворотного стола. Кулачковые толкатели установлены на нижней неподвижной поверхности стола, изготовленной из плоских стальных пластин.
Конструкция предусматривала использование кулачковых толкателей диаметром 1,75 дюйма, несущих среднюю нагрузку в 380 фунтов, но смазка была невозможна. Таким образом, производитель выбрал полимерные кулачковые толкатели диаметром 1,75 дюйма, не содержащие смазки и эквивалентные металлу.
Поначалу производитель был удовлетворен производительностью поворотной системы. Но со временем повышение температуры, связанное с трением, привело к износу. Более конкретно, поверхности кулачковых толкателей стали шероховатыми. Полимер медленно расширялся, и радиальная составляющая силы трения приводила к соскальзыванию наружного кольца с подшипников. Необходимо было найти новое решение.
Причиной повреждения стал занос. Это произошло из-за того, что внутренний и внешний диаметры кулачкового толкателя приходились на разные диаметры поворотного стола. Это приводило к выделению тепла, ускоряло износ и сокращало срок службы кулачковых толкателей. Рассмотрим рисунок, озаглавленный «Детализация зоны заноса«. За каждый оборот поворотного стола точки 1 и 2 на кулачковом толкателе должны были проходить разное расстояние. В точке 1 он прошел 193,55 дюйма, в то время как в точке 2 он должен был пройти 200,15 дюйма. чтобы достичь того же углового положения, что и точка 1. Поскольку линейная скорость всех точек кулачкового ролика одинакова, плавный поворот привел к тому, что ролик во второй точке прошел всего 193,55 дюйма. для каждого оборота поворотного стола. Занос компенсировался на оставшейся части дистанции.
В конечном счете, занос — и вызванный им ущерб — привели к неработоспособности всей системы, потребовав от производителя заказать новые детали, а также затрат на вождение и драгоценное время.
Исходя из расчетов, расстояние заноса между точками 1 и 2 равно 6,6 дюйма. Учитывая внутреннюю границу ширины кулачкового ролика в точке 1, расстояние заноса увеличивается по мере приближения к внешней границе в точке 2, как показано на детальном рисунке зоны заноса.
Кроме того, поворотный стол вращается на тысячи оборотов, что экспоненциально увеличивает общую дистанцию заноса. Такое скольжение приводит к износу из-за трения, сокращая срок службы ролика.
Поскольку смазка поворотного стола была невозможна, производителю потребовалось альтернативное решение для предотвращения заноса кулачковых толкателей. Именно тогда конструкция с двумя роликами была определена как наиболее подходящее решение. Этот кулачковый толкатель, который является более эффективным и долговечным, включает в себя два ролика, установленных на одном валу — каждый из них оснащен прецизионным шарикоподшипником и независимо вращается на поворотном столе.
Для дальнейшего минимизации износа каждый ролик также имеет небольшую коронку. Это уменьшает контакт ролика с поворотным столом с линии соприкосновения до точки соприкосновения. Поскольку оба ролика могут работать независимо друг от друга с разной линейной скоростью, они могут преодолевать различные расстояния за счет чистого прокатывания, полностью устраняя сопротивление трению и занос.
Как показано в расчетах, все точки кулачкового толкателя с одним роликом должны перемещаться с одинаковой постоянной скоростью, что приводит к проскальзыванию ролика на 6,6 дюйма. чтобы преодолеть необходимое расстояние. Замена этой конструкции на сдвоенные кулачковые толкатели позволяет обоим роликам вращаться независимо с разной скоростью. В результате они могут преодолевать разные расстояния, чтобы покрыть один и тот же угол поворота поворотного стола.
Таким образом, с момента своего внедрения двухкулачковые толкатели успешно устранили занос в этой системе поворотных столов — без какой-либо смазки. Это более чем вдвое увеличило срок службы кулачковых толкателей по сравнению с однороликовой конструкцией.
В дополнение к применению в упаковке, эта конструкция с двойным кулачковым толкателем подходит для любого ротационного применения.
Увеличение количества одиночных роликов — например, до трех — также увеличит грузоподъемность.
Теперь давайте рассчитаем величину заноса при использовании стандартного однороликового кулачкового толкателя. Далее приводится количественный анализ проскальзывания кулачкового толкателя в нашем примере применения поворотного стола. Здесь кулачковый толкатель с одним роликом остается неподвижным при вращении поворотного стола. Как уже упоминалось, из-за опасений загрязнения применять смазку для уменьшения износа между толкателем кулачка и поверхностью поворотного стола было невозможно.
В этих расчетах используется неподвижный цилиндрический ролик, находящийся в контакте с круглой стальной пластиной, которая вращается со скоростью 101 об/мин. Во—первых, мы можем проанализировать поведение при качении крайних точек ролика — точки 1 и точки 2, как показано на рисунке под названием «Занос одного ролика«. Поскольку ролик плоский, он образует линию соприкосновения со столом. Точки 1 и 2 обозначают две крайние точки линии. Все точки вдоль линии имеют равные линейные скорости; в этой области между двумя точками и происходит занос.
Точка 1 имеет диаметр поворотного стола 61,67 дюйма. со скоростью вращения ролика, равной 3560 об/мин. Диаметр ролика составляет 1,75 дюйма. Наша цель состоит в том, чтобы рассчитать величину заноса, который происходит в этой системе, где:
Диаметр поворотного стола в точке 1 (дюйм.) = dt1
Диаметр поворотного стола в точке 2 (дюйм.) = dt2
Скорость, с которой вращается поворотный стол (об/мин) = nt
Диаметр толкателя (дюйм.) = dr
Линейная скорость поворотного стола (м/сек) = Vt
Количество оборотов, которые ролик совершит в точке 1 за один оборот поворотного стола = Nr1
Количество оборотов, которые ролик совершит в точке два за один оборот поворотного стола = Nr2
Число оборотов поворотного стола = Nt
Линейная скорость ролика (м/сек) = Vr
Угловая скорость ролика в точке 1 (рад/сек) = w1
Скорость, с которой вращается ролик в точке 1 (об/мин) = nr
Расстояние, которое проходит ролик в точке 1 за один оборот поворотного стола (дюйм.) = L1
Расстояние, которое проходит ролик в точке 2 за один оборот поворотного стола (дюйм.) = L2
Расстояние скольжения ролика за один оборот поворотного стола (дюйм.) = Ls
Чтобы найти расстояние, пройденное роликом в точке 1 за один оборот поворотного стола, мы должны найти скорость ролика в точке 1. Для этого мы можем использовать следующую формулу:
Vr1 = ( dr / два ) × w1 = ( dr / два ) × ( два × π × nr )
Vr1 = 8,287 м/сек
Чтобы рассчитать количество оборотов, совершаемых роликом за один оборот поворотного стола, мы можем использовать:
Nr1 × dr = Nt × dt1
Nr1 = 35,239 оборотов ≈ 35,2 оборота
Далее мы можем рассчитать расстояние, пройденное роликом за один оборот поворотного стола, используя следующую формулу:
L1 = ( Nr1 ) · ( π · dr )
L1 = 193,55 дюйма.
Количество оборотов, совершаемых во всех точках контакта ролика, одинаково, но расстояние, пройденное в точке 2 поверхности стола, различно. Таким образом, мы можем рассчитать расстояние, которое ролик прошел бы в точке 2 за один оборот поворотного стола, если бы он свободно вращался по диаметру (dt2).
Используя те же процессы и формулы, что и выше, мы можем найти расстояние, пройденное роликом в точке 2 за один оборот поворотного стола, вычислив его линейную скорость, а также количество оборотов, которые ролик совершил бы за один оборот поворотного стола. Сделав это, мы получаем значения:
Nr2 = 36,38 оборотов ≈ 36,4 оборота
L2 = 200,15 дюйма.
Поскольку значения расстояния различны для обеих точек ролика, мы можем заключить, что между точками 1 и 2 происходит занос для компенсации.
Чтобы найти расстояние скольжения за один оборот поворотного стола в точке 2, мы можем использовать следующее уравнение:
Ls = L2 — L1
Ls = 200,15 дюйма — 193,55 дюйма.
Ls = 6,6 дюйма.
Таким образом, ролик скользит на 6,6 дюйма между точками 1 и 2 при каждом обороте поворотного стола.
Теперь давайте проведем анализ альтернативного решения с двойным кулачковым повторителем. Для этого количественного анализа:
Диаметр ролика (дюйм.) = dr
Диаметр поворотного стола в точке контакта роликов 1 (дюйм.) = dt1
Диаметр поворотного стола в точке контакта роликов 2 (дюйм.) = dt2
Скорость, с которой вращается поворотный стол (об/мин) = nt
Линейная скорость поворотного стола (м/сек) = Vt
Количество оборотов ролика на один оборот поворотного стола = Nr1
Количество двух оборотов ролика на оборот поворотного стола = Nr2
Число оборотов поворотного стола = Nt
Линейная скорость ролика (м/сек) = Vr1
Линейная скорость второго ролика (м/сек) = Vr2
Угловая скорость вращения ролика (рад/сек) = w1
Угловая скорость второго ролика (рад/сек) = w2
Скорость, с которой вращается один ролик (об/мин) = n1
Скорость, с которой вращается второй ролик (об/мин) = n2
Расстояние, которое проходит один ролик за один оборот поворотного стола (дюйм.) = L1
Расстояние между двумя перемещениями ролика за один оборот поворотного стола (дюйм.) = L2
Для этих расчетов мы можем заменить один ролик на два ролика — первый ролик и второй ролик — одинакового диаметра (dr = 1,750 дюйма), вращающихся рядом друг с другом с разными угловыми скоростями и числом оборотов в зависимости от их расстояния от оси поворотного стола. Опять же, это проиллюстрировано на рисунке, озаглавленном «Занос с одним роликом«. Поскольку ролики увенчаны, мы рассчитаем скорость каждого ролика, используя диаметр контакта в точке 1 (dt1) и точке 2 (dt2).
Чтобы найти расстояние, которое проходит ролик за один оборот поворотного стола, мы должны найти скорость первого ролика: мы можем использовать следующую формулу:
Vr1 = ( dr / 2 ) × w1 = ( dr / 2 ) × ( 2 × π × n1 )
Vr1 = 8,315 м/сек
Чтобы рассчитать количество оборотов, совершаемых роликом one за один оборот поворотного стола, мы можем воспользоваться формулой:
Nr1 × dr = Nt × dt1
Nr1 = 35,417 оборотов ≈ 35,4 оборота
Далее мы можем рассчитать расстояние, пройденное роликом one за один оборот поворотного стола, используя формулу:
L1 = ( Nr1 ) × ( π · dr )
L1 = 194,523 дюйма.
Используя те же процессы и формулы, что и выше, мы можем найти расстояние, которое проходит ролик номер два за один оборот поворотного стола, вычислив линейную скорость ролика номер два, а также количество его оборотов за один оборот поворотного стола. Сделав это, мы получаем значения:
Vr2 = 8,510 м/сек
Nr2 = 36,2 оборота
L2 = 198,919 дюйма.
Это расстояние, которое каток проходит за два хода, используя только плавное вращение с более высокой скоростью — без какого-либо заноса. В этом решении мы наблюдаем, что скорость второго ролика выше скорости первого ролика, демонстрируя, что оба ролика могут свободно вращаться без какого-либо сопротивления или заноса.
Вернитесь к рисунку, озаглавленному «Подробная информация о зоне заноса«. В первой модели, использующей конструкцию с одним роликом, все точки ролика перемещались с одинаковой постоянной скоростью, в результате чего ролик проскальзывал на максимальное расстояние 6,6 дюйма. чтобы преодолеть это расстояние.
Напротив, использование двух роликов позволяет обоим роликам независимо вращаться с разной скоростью, а также преодолевать разные расстояния, чтобы покрыть один и тот же угол, проходимый поворотным столом. Конструкция с коронкой обеспечивает точечный контакт, и в результате снимаются связанные с трением нагрузки на кулачковые толкатели, снижается износ и продлевается срок службы компонентов.
Силовое ядро Intech | intechpower.com
Свежие комментарии