Lineární jednotky: 8 výhod ozubeného hřebenu a pastorku

28.3.2018 | Jak vytvořit horizontální nebo vertikální přímočarý pohyb s minimálními vůlemi? Jinými slovy – od točivého pohybu k lineárnímu (přímočarému)? Každý technik to bezpochyby ví, ale pouze odborník na technologie mechanických pohonů zná všechny možnosti i s navazujícími výhodami a nevýhodami. V tomto článku popisujeme řadu možností, které Vám mohou pomoci zvolit správný způsob lineárního pohybu.

Nejčastěji používané náhony lineární posuvové soustavy
Tyto následující možnosti jsou nejčastěji používány k realizaci lineárního pohybu:

  • pohybový šroub a matice,
  • synchronní (ozubený) řemen,
  • ozubený hřeben a pastorek,
  • lineární motor,
  • tlačný řetěz.

Pohon pohybovým šroubem a maticí

Pohybový šroub je vlastně závitová tyč, po níž se pohybuje matice dopředu a nazpět. V případě rotace šroubu nebo matice lze dosáhnout lineárního pohybu. Matice je nejčastěji osazena kuličkami, díky kterým dochází k menšímu tření, a je možné její vyšší zatížení. Právě z tohoto důvodu se tato kombinace nazývá kuličkový šroub s maticí. Pokud není použit kuličkový šroub, pak je závit často „zešikmen“ a odborně nazývá trapézový nebo také lichoběžníkový šroub.

Šroubový pohon je snadný mechanický způsob pro omezené lineární posuvy. Největší nevýhodou je omezená délka a rychlost posuvu díky vibracím. Kuličkový šroub bývá nejčastěji srdcem aktuátoru. Typickým příkladem použití trapézových šroubů jsou zvedáky automobilů.

Pohon synchronním (ozubeným) řemenem

Synchronní řemen je napnut přes soustavu řemenic příp. kladek, kde ozubení řemene zabraňuje jeho proklouznutí. Synchronní řemen je velmi často srdcem celého tzv. lineárního modulu, kde pohybující se část je ukotvena k řemenu. Ozubený řemen může být použit také k přenosu otáčivého pohybu bez nebo s převodováním.  Pomocí velikosti řemenice lze podstatně ovlivnit výsledný točivý moment a rychlost. V případě potřeby vyšších točivých momentů jsou také využívány převodovky snižující rychlost a zvyšující točivý moment.

Speciálně pro synchronní (ozubené) řemeny představil APEX DYNAMICS řadu PL (přímé) nebo PLR (úhlové) planetové převodovky s výkonnými ložisky a kompaktním designem.  Výhodou tohoto systému je levné a jednoduché řešení. Naopak nevýhodou je žádoucí napnutí řemene a vyskytující se nepřesnosti ve spojitosti s (mnohdy limitním) natahováním ozubeného řemene. Nejznámějším příkladem lineárního synchronního řemene je polohování tiskové hlavy tiskáren nebo pohon elektrických garážových vrat, typickou aplikací rotačních jednotek se synchronním řemenem jsou rozvody spalovacích motorů.

Ozubený hřebeny a pastorek

Přesné ozubené kolo (pastorek) se pohybuje vpřed i vzad po ozubeném hřebenu, což je ve skutečnosti rozvinuté ozubené kolo. Ozubené hřebeny jsou nejčastěji v délkách od 500 mm do 2000 mm a lze je navzájem napojovat do libovolných délek a v případě správné montáže neklesá přesnost.

Nespornou výhodou je, že lze zároveň pohybovat několika pastorky po jednom hřebenu, což umožňuje pohyb v různých směrech současně, nebo lze pohybovat dvěma pastorky současně stejným směrem s výslednou dvojnásobnou silou. Pastorek je nejčastěji připevněn k převodovce, která zvyšuje točivý moment a redukuje rychlost. Nejznámějšími aplikacemi jsou pohony posuvných bran nebo portálové CNC stroje.

Lineární motor

Lineární motor je pohon, který je podobně jako elektrický motor, založen na střídavém magnetickém poli. V podstatě jde o elektromotor s rozvinutým statorem. Namísto rotačního pohybu tento typ motoru vytváří lineární pohyb a v zásadě může být tak dlouhý, jak je zapotřebí.Lineární motor se skládá z (teoreticky nekonečně) dlouhé řady elektromagnetů. Objekt, který má být poháněn, je tvořen permanentními magnety nalepenými na ocelové podložce.

Přivedením řídicího proudu do vinutí elektromagnetů vznikne magnetické pole mezi oběma částmi, které vyvolá silové účinky, jež rozpohybují zařízení „klouzavým pohybem“ na magnetických vlnách.  Výhodou jsou rychlosti přesahující 20m/s a odpadnutí nutnosti převodování. Vzhledem k velmi vysokým nákladům na materiál, potřebné technologie a nízkému momentu není tento druh pohonu tak častým. Nejznámějším příkladem lineárního motoru jsou vysokorychlostní vlaky typu Maglev (magnetická levitace).

Tlačné řetězy

Řetěz se skládá ze speciálně tvarovaných spojů, které díky své geometrii zajišťují, že nedojde k ohnutí řetězu pod zatížením. Pohon zajišťuje speciální ozubené kolo, přes které je řetěz vytlačován. Je důležité počítat s faktem a zároveň jednou z nevýhod, že druhý konec těchto typů řetězů nelze použít. To je důvodem, proč se tyto řetězy často používají k tlačenému posuvu.  První provedení tlačného řetězu a jeho aplikace popsal již Leonardo da Vinci, ale průmyslově byl aplikován až v druhé světové válce. Typickým příkladem tlačných řetězů jsou zdvižné stoly.

Srovnávací tabulka

V tabulce níže můžete vidět silné a slabé stránky jednotlivých soustav, které jsme představili v textu výše. Hodnocení je následující (“-“ nejhorší; “0“ neutrální; “+“ nejlepší).

  1. Hřeben a pastorek
  2. Lineární motor
  3. Pohybový šroub a matice, synchronní (ozubený) hřeben, tlačný řetěz