Einführung in Linear- und Rotationsbewegungskomponenten
Was ist Linearbewegung?
Lineare Bewegung ist typischerweise definiert als die natürliche Bewegung eines Objekts, das sich entlang einer geraden Linie bewegt. Es ist eine der grundlegendsten Bewegungsformen, die mathematisch mit einer einzigen räumlichen Dimension beschrieben wird. Eine Bewegung entlang einer Linie wird als Translation bezeichnet, wobei sich alle Punkte eines sich bewegenden Körpers gleichmäßig in dieselbe Richtung bewegen. Ein allgemeines Beispiel für eine lineare Bewegung ist ein Auto, das in einer geraden Linie entlang einer Straße fährt.
Was ist Drehbewegung?
Eine Drehbewegung, die allgemein als kreisförmige Bewegung bezeichnet wird, ist eine Art physischer Bewegung, die auftritt, wenn sich ein Objekt um eine Achse dreht oder dreht. Wiederum am Beispiel eines Autos, während das Fahrzeug selbst in einer linearen Bewegung (d. h. rückwärts oder vorwärts) fährt, zeigen die Räder eine Drehbewegung, wenn sie sich um eine Achse drehen.
Auswahl linearer und rotierender Bewegungskomponenten
Nach dem Aufkommen der Desktop-Fertigung wie dem 3D-Druck sind Menschen Objekten und Produkten, die diese präzisen mechanischen Komponenten enthalten, näher als je zuvor. Die Hauptoptionen für lineare und rotierende Komponenten, die eine genaue Bewegung ermöglichen, sind in den meisten Anwendungen Leitspindeln, Riemenantriebe und Zahnräder.
Diese Optionen bieten alle unterschiedliche Stärken und Schwächen wie Kosten, Positioniergeschwindigkeit und Wiederholbarkeit. Im Folgenden finden Sie einen kurzen Überblick über diese Komponenten, ihre allgemeine Verwendung und Links zu weiteren technischen Informationen.
Leitspindeln
Leitspindeln, auch Power-Schrauben genannt, sind eine Bewegungssteuerungskomponente, mit der die Drehbewegung der Mutter oder der Schraube in eine lineare Bewegung umgewandelt wird. Da Leitspindeln Drehbewegungen in lineare Bewegungen umsetzen, werden sie daher oft als Translationsschrauben bezeichnet.
Leitspindeln werden häufig in Robotik- und Hobbymaschinen eingesetzt und eignen sich für Anwendungen, bei denen genaue Bewegungen oder hohe Lasten übertragen werden müssen.
Ähnlich wie Standardmuttern und Bolzen, Leitspindelmuttern und Leitspindeln verwenden ein schraubenförmiges Gewinde, allerdings mit einer Gewindeform, die eher zur Kraftübertragung als zum Befestigen von Teilen ausgelegt ist.
Leitspindeln sind in einer Vielzahl von Größen erhältlich, mit einer Reihe von Leitwerten, die unterschiedliche Bewegungsgrade für eine Umdrehung bieten. Die Steigung einer Leitspindel wird durch die Steigung des Gewindes multipliziert mit der Anzahl der Gewindeanfänge definiert. Hier ist die Steigung als der Abstand zwischen den Kämmen oder Spitzen von 2 benachbarten Gewinden definiert, während die Anfänge die Anzahl der „Zähne“ oder unabhängige Ausgangspunkte auf der Schraube selbst sind.
Dank dieses Wertebereichs können Leitspindeln sowohl für Anwendungen mit hohem Drehmoment als auch für Anwendungen mit niedriger Drehzahl und hoher Geschwindigkeit und hoher Präzision spezifiziert werden. Ein kontrastierendes Beispiel für diese verschiedenen Anwendungen wäre der Vergleich der in einem Schraubstock verwendeten Leitspindel mit der in einem DVD-Laufwerk-Lesekopf betriebenen Leitspindel.
Die Hauptnachteile der Verwendung eines Leitspindelsystems sind höhere Kosten im Vergleich zu anderen Lösungen wie einem Riemenantriebssystem und das Spiel; das Spiel zwischen zusammenpassenden Komponenten innerhalb eines Mechanismus, das eine freie Bewegung verursachen kann, die zu Bewegungsverlust führt.
Unser Artikel über Leitspindeln und Spiel geht näher darauf ein und bietet Lösungen, um ein Spiel in Leitspindelsystemen zu verhindern.
Riemen-Triebwerke
Bei Maschinen Riemenantriebe bestehen typischerweise aus einem Paar Riemenscheiben, die durch ein flexibles, kreisförmiges Band (Riemen) verbunden sind. Generell übertragen sie die Drehkraft von einem Ort zum anderen, beispielsweise bei der Geschwindigkeitsreduzierung einer Bohrmaschine.
Riemenantriebe werden in einer Vielzahl von Produkten eingesetzt, von der Unterhaltungselektronik bis hin zu Automobilanwendungen, und können Drehbewegungen über große Entfernungen übertragen. In der Regel sind sie leichter, leiser und arbeiten effizienter als Gears und bieten gleichzeitig eine kostengünstigere Lösung.
Riemenantriebe werden häufig verwendet, um Zahnradgetriebe zu ersetzen, in Anwendungen, bei denen die Kraft entweder über eine große Entfernung oder über einen komplexen Weg wie den Nockenriemen in einem Motor übertragen werden muss.
Ein weiteres Beispiel für einen Riemenantrieb aus der Praxis wäre ein Förderband, eine Anwendung, bei der 2 oder mehr Riemenscheiben einen Riemen bewegen, der so ausgelegt ist, dass er eine Last kontinuierlich zwischen zwei Punkten trägt.
Riemen sind ein wartungsarmes Gerät und wenn die richtige Spannung aufrechterhalten wird, benötigen sie bis zum Ende ihrer Lebensdauer wenig bis gar keine Aufmerksamkeit. Keilriemen sind für die Übertragung größerer Lasten als Flachriemen ausgelegt, neigen jedoch immer noch zum Schlupf bei hoher Belastung. Dies führte zur Entwicklung von Synchronriemen, auch bekannt als Zahnriemen, die schnell zu einem beliebte Wahl in der Hobby-Robotik und bei Fahrzeugantrieben.
Diese Art von Zahnriemen kann aufgrund ihres Direktantriebs eine höhere Bewegungsgeschwindigkeit aufnehmen, jedoch unter Einbußen bei geringerer Präzision. Dadurch eignen sie sich am besten für Bewegungen mit geringem Drehmoment und hoher Geschwindigkeit. Das Vorhandensein eines geringen Spiels hat zu ihrer Verwendung in Laserschneidern und anderen Anwendungen mit geringer Belastung geführt.
Gänge
Gänge sind mechanische Geräte mit geschnittenen Zähnen, die so konstruiert sind, dass sie mit kompatiblen Zahnteilen in Eingriff stehen, um ein Drehmoment zu übertragen, auch bekannt als Rotationskraft.
Die Konstruktion der Verzahnung hat sich in den letzten Jahren stark weiterentwickelt, um sicherzustellen, dass die Teilkreise - der hypothetische Kreis, der direkt in den Zahnprofilen des Zahnrads verläuft und den Punkt darstellt, an dem die Bewegung durch das Zahnradsystem übertragen wird - von ineinandergreifenden Zahnrädern. arbeiten reibungslos, ohne während der Drehung zu verrutschen.
Ein Beispiel dafür, wo Zahnräder gefunden werden können, ist ein Uhrwerk, bei dem Stirnräder verwendet werden, um die Kraft von einer gewickelten Feder auf die angetriebenen Merkmale zu übertragen. Der hohe Wirkungsgrad der Konstruktion eines Stirnradgetriebes ermöglicht die Übertragung dieser Energie mit geringem Leistungsverlust.
Ein Räderwerk ist ein mechanisches System, das aus zwei oder mehr ineinandergreifenden Zahnrädern besteht, die nacheinander arbeiten, um eine Drehbewegung zu übertragen. Das Eingangsrad oder „Antriebszahnrad“ überträgt die Kraft auf das Ausgangsrad (das „angetriebene Zahnrad“), indem es in die entgegengesetzte Richtung gedreht wird. Dies steht häufig unter dem Einfluss einer Energiequelle wie eines Motors oder eines Motors.
Das Übersetzungsverhältnis eines Getriebes, auch als Übersetzungsverhältnis bekannt, wird berechnet, indem die Anzahl der Zähne des Antriebszahnrads durch die Anzahl der Zähne des Ausgangszahnrads dividiert wird. D. h. ein Antriebsrad mit 45 Zähnen und ein Ausgangsrad mit 15 Zähnen würden einer Übersetzung entsprechen von 3:1. Dies bedeutet, dass sich bei jeder Umdrehung des Antriebsrads das Abtriebsrad dreimal dreht.
Zahnräder sind typischerweise kreisförmig, wobei die Zähne am Außendurchmesser des Rades vorhanden sind. Innenverzahnungen weisen jedoch Zahnradzähne innerhalb des Rades auf innerer Durchmesser. Diese Art von Getriebe wird üblicherweise in einem Planetengetriebe verwendet, das normalerweise in Anwendungen wie Getrieben zu finden ist, die ein hohes Maß an Drehmoment- und Drehzahlreduzierung erfordern, bei denen jedoch der Platz begrenzt ist und das Gewicht eine entscheidende Rolle spielt.
Eine Zahnstange ist eine gerade Stange mit geschnittenen Zähnen auf einer Seite, die so ausgelegt ist, dass die Zahnräder ineinandergreifen können. Diese Komponenten, die allgemein als Zahnstangensystem bekannt sind, arbeiten als einfacher Linearantrieb zusammen und übertragen die Drehbewegung in eine lineare Bewegung.
Weitere Informationen zu den Zahnrädern und Grundlagen von Accu finden Sie in unserem Artikel Einführung in Zahnräder.