Bir dişli kutusu, pinyon ve dişli çubuk sistemi, eklemli bir robot için 7. ekseni, yani yanal hareketi sağlıyor.
Bir mezura birkaç santimetre dışarı çekildiğinde bıçak rijit kalır. Çekmeye devam edildiğinde bir noktadan sonra esnemeye ve sallanmaya başlar, sonunda bükülür. Mühendislerin uzun yol eksenleri tasarlamasında iyi bildiği bir sorundur bu.
Makinelerde hassas doğrusal hareket oluşturmanın üç ana yolu vardır: dişli çubuk ve pinyon, bilyalı vida ve lineer motor. Bu yazıda dişli çubuk ve pinyonun en iyi seçim olduğu durumlar ve diğerlerinin daha uygun olabileceği durumlar ele alınacak.
Üç teknolojinin anlaşılması
Dişli çubuk ve pinyon, döner bir dişli olan pinyonun dişli bir çubuğa, yani dişli çubuğa kenetlenmesiyle çalışır. Kuruma bağlı olarak dişli çubuk hareket ederken pinyon sabit kalabilir ya da pinyon tertibatı sabit bir dişli çubuk boyunca ilerleyebilir.
Bilyalı vida benzer bir prensiple çalışır. Esasen hassas dişli bir mil ile üzerinde kayan bir somundan oluşur. Mil döndürüldüğünde somun doğrusal olarak ileri geri hareket eder; somun sabit tutulursa mil hareket eder.
Lineer motor farklı bir yaklaşım kullanır. Elektrikli bir motorun açılıp düzleştirilmiş hali gibi düşünülebilir. Bir parça kalıcı mıknatıs ve elektromıknatısları tutar, hareketli parça ise karşılık gelen mıknatıslara sahiptir. Servo kontrolörün verdiği girişle manyetik etkileşim yükü düz bir çizgide hareket ettirir.
Dişli çubuk ve pinyon karşısında bilyalı vidalar
Kısa mesafelerde dişli çubuk ve pinyon ile bilyalı vidalar aynı alanda yarışır; hatta bilyalı vidalar daha yüksek hassasiyet sunabilir. Makinenin düzenine bağlı olarak yönelimleri de bazı tasarımlara daha kolay uyum sağlayabilir.
Ancak mezura gibi bilyalı vidanın da mil boyutuna bağlı olarak yaklaşık 2-3 metre civarında bir uzunluğu vardır ve bu noktadan sonra sorunlar başlar.
GAM'de servo dişli redüktörler ve diğer hareket kontrol bileşenleri üreten ABD merkezli bir üreticide kıdemli tasarım mühendisi olan Matt Ruggles diyor ki: "Bilyalı vidalarda uzun mesafelere girildiğinde kementlenme olarak adlandırılan bir olgu ortaya çıkar. Temelde bilyalı vida bir ip atlama ipine dönüşür ve bu sistemde tüm sorunlara yol açabilir: erken aşınma, titreşim, bazen de yıkıcı arıza."
Bilyalı vidaların aksine dişli çubuk ve pinyon uzunluk için çok kolay özelleştirilebilir.
Ruggles'a göre avantaj şudur: "Dişli çubuk ve pinyon temelde sonsuza kadar ölçeklenebilir. Bir parça dişli çubuğu kısaltabilir ya da çok daha uzun bir yol elde etmek için birden fazla dişli çubuk parçasını bir araya getirebilirsiniz."
Dişli çubuk ve pinyon karşısında lineer motorlar
Lineer motorların iki ana avantajı vardır: hız ve son derece hassas kontrol. Ancak lineer motor manyetik akıya dayandığı için rijitliği yönetmek daha zor olabilir. Mıknatıslar başka komplikasyonlar da getirir.
Ruggles diyor ki: "Kurulum yapan kişilerin cebindeki anahtarların mıknatıslanmasına tanık olduğum durumlar oldu. Birden bilezik eşyaları toplamaya başladığında bu oldukça sakıncalı olabiliyor. Çalıştıkları ortamda talaş ve diğer döküntüleri toplama eğilimi de gösterebiliyorlar."
Her iki teknoloji de daha uzun mesafelere ölçeklenebilir, ancak lineer motoru uzatmanın metre başına maliyeti çok daha yüksektir; kullanılan kalıcı mıknatıslar ve elektromıknatıslar pahalıdır, dişli çubuğa bir bölüm daha eklemekle kıyaslanamaz. Lineer motorlar konumda kalmak için sürekli güç gerektirir ve güç tüketimleri sahip oldukları besleme kuvvetiyle doğrudan ilişkilidir.
Buna karşılık dişli çubuk ve pinyon mıknatıslı değildir. Geri sürme kuvvetleri sayesinde motor durar durmaz sistem konumunu korur ve yerleşik motor freni geri kalanını sürekli güç çekmeden halleder. Bileşenler de genellikle daha uygun fiyatlıdır.
Ruggles'a göre: "Dişli çubuk ve pinyonu, genellikle bir dişli kutusu ve bir motor satın almanız gerekir, ancak bu birleşik maliyet genellikle lineer motor uygulamasından daha azdır. Maliyet, paket boyutu ve güç tüketimi için çok daha rijit bir sistem ve çok daha yüksek besleme kuvvetleri elde edebilirsiniz."
Dişli çubuk ve pinyonun zayıf kaldığı bir ortam vardır: temiz odalar. Dişli dişlerinin düzgün çalışması için yağlamaya ihtiyacı vardır, bu da çevreye açık gres anlamına gelir. Bu durum kapaklar, contalar ve doğru yağlayıcı seçimiyle azaltılabilir, ancak karmaşıklık ekler.
Bilyalı vidaların da aynı sorunu vardır, ancak körükler ve benzer çözümlerle korunabilirler. Lineer motorların dışarıya açık hareketli parçası yoktur, bu yüzden mühürleme ya da kaplama ihtiyacı olmaz ve bu da tıbbi veya yarı iletken üretimi gibi temiz oda ortamları için en iyi uyumu sağlar.
GAM, birleştirilebilen standart bir metre uzunluğunda dişli çubuk satar ve daha kısa uzunluklarda kesim de yapabilir. Daha uzun çubuklar özel siparişle temin edilebilir. Bileşen seçimi sürecinde çalışan mühendislere GAM ekibi, her uygulama için doğru bileşenleri ve miktarları belirlemede yardımcı olabilir.
Ruggles diyor ki: "Koydunuzun karşılığını alırsınız. Zaman ayırıp hassas ve dikkatli kurarsanız dişli çubuk ve pinyon, bilyalı vida vb. çok iyi çalışır. Şeyleri birbirine yapıştırırsanız sorun yaşayabilirsiniz."
