Βασικές Δομικές Αρχές

Βασικά Εξαρτήματα

• Κοχλίας: Ένας κύριος άξονας με ελικοειδείς αυλακώσεις, που συνήθως διαθέτει τραπεζοειδή ή κυκλικά τόξα σπειρώματα.
• Παξιμάδι: Ενσωματώνει πλανητικούς κυλίνδρους ή σφαιρίδια που εμπλέκονται με τον κοχλία.
• Πλανητικοί Κύλινδροι: Πολλαπλοί κύλινδροι που εκτελούν πλανητική κυλιόμενη κίνηση μεταξύ του κοχλία και του παξιμαδιού, επιτρέποντας τη μετάδοση ισχύος.
• Συγκρατητήρας/Κλωβός: Σταθεροποιεί τις αξονικές και περιφερειακές θέσεις των κυλίνδρων για να εξασφαλίσει ομοιόμορφη κατανομή δύναμης.
• Τελικά Καπάκια: Αποτρέπει την αποκόλληση των κυλίνδρων και παρέχει λειτουργίες λίπανσης και στεγανοποίησης.

Μηχανισμός Λειτουργίας

• Περιστροφή κοχλία με γραμμική κίνηση παξιμαδιού (η πιο κοινή εφαρμογή).
• Περιστροφή παξιμαδιού με γραμμική κίνηση κοχλία (χρησιμοποιείται σε ηλεκτρομηχανικούς ενεργοποιητές).
• Διπλή κίνηση παξιμαδιού αντίστροφης φοράς (για μετάδοση υψηλής ακαμψίας, χωρίς κενά).
   
  Σε αντίθεση με τα κοχλιοειδή με σφαιρίδια που βασίζονται στην επαφή σημείου, το PRS υιοθετεί επαφή γραμμής μέσω κυλίνδρων, γεγονός που ενισχύει σημαντικά την ακαμψία και την ικανότητα φόρτισης.

Βασικές Σκέψεις Σχεδιασμού

Σχεδιασμός Κύριων Παραμέτρων

• Βήμα (P): Επιλέγεται με βάση τις απαιτήσεις ταχύτητας και ακρίβειας, με τυπικό εύρος 1–20mm.
• Ονομαστική Διάμετρος (D): Υπολογίζεται σύμφωνα με τις απαιτήσεις φορτίου και ακαμψίας, που κυμαίνονται από 10–100mm.
• Αριθμός Κυλίνδρων (n): Περιορίζεται από την εσωτερική διάμετρο του παξιμαδιού και το μέγεθος του κυλίνδρου, συνήθως 3–12.
• Γωνία Επαφής (α): Τυπικά 45° για την εξισορρόπηση των αξονικών και ακτινικών φορτίων, με ρυθμιζόμενο εύρος 30°–60°.
• Γωνία Έλικας (λ): Υπολογίζεται ως λ=arctan(P/(πD)), που κυμαίνεται από 2°–10°.

Υπολογισμοί Αντοχής και Ακαμψίας

• Δυναμική Βαθμολογία Φορτίου (C): Συμμορφώνεται με το πρότυπο ISO 3408-5, υπολογίζεται από τον τύπο C=fc·(i·n)^0.7·dr^2.9·cos²α, όπου fc είναι ο συντελεστής υλικού, dr είναι η διάμετρος του κυλίνδρου και i είναι ο αριθμός των αποτελεσματικά φορτισμένων κυλίνδρων.
• Αξονική Ακαμψία (K): Υπολογίζεται ως K=(πEdr²)/(4L), με E (ελαστικό μέτρο του χάλυβα) περίπου 210GPa.
• Κρίσιμη Ταχύτητα (nc): Προσδιορίζεται για την αποφυγή συντονισμού, που σχετίζεται με την ακαμψία (K) του συστήματος και τη μάζα (m) των κινούμενων εξαρτημάτων.

Επιλογή Υλικού και Θερμική Επεξεργασία

• Κοχλίας/Παξιμάδι: Χάλυβας χρωμίου υψηλού άνθρακα (GCr15) σβησμένος σε HRC 58-62; ανοξείδωτος χάλυβας 17-4PH για διαβρωτικά περιβάλλοντα.
• Κύλινδροι: Κεραμικό νιτρίδιο του πυριτίου (Si₃N₄) για εφαρμογές υψηλής ταχύτητας, ελαφρού φορτίου; σκληρυμένος χάλυβας ρουλεμάν SUJ2 για γενική χρήση.
• Συγκρατητήρας: Πολυαιθεραιθεροκετόνη (PEEK) για αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες; κράμα χαλκού (χάλκινο) για αυτο-λιπαντική απόδοση.

Βαθμοί Ακρίβειας

• P0: Σφάλμα επανατοποθέτησης ≤5μm, κατάλληλο για μηχανήματα εξαιρετικής ακρίβειας.
• P1: Σφάλμα επανατοποθέτησης ≤10μm, που χρησιμοποιείται σε ενεργοποιητές αεροδιαστημικής.
• P3: Σφάλμα επανατοποθέτησης ≤30μm, ιδανικό για βιομηχανικά ρομπότ.
• P5: Σφάλμα επανατοποθέτησης ≤50μm, εφαρμόσιμο σε γενικό εξοπλισμό αυτοματισμού.

Κρίσιμες Διαδικασίες Κατασκευής

Τεχνολογία Τροποποίησης Σπειρώματος

• Τροποποίηση προφίλ: Μειώνει τη συγκέντρωση τάσης στις άκρες.
• Αντιστάθμιση βήματος: Αντισταθμίζει τα σφάλματα θερμικής παραμόρφωσης.

Λίπανση και Σφράγιση

• Μέθοδοι λίπανσης: Λίπανση με γράσο (για εφ' όρου ζωής συντήρηση) και λίπανση με ομίχλη λαδιού (για συνθήκες εργασίας υψηλής ταχύτητας).
• Σχεδιασμοί στεγανοποίησης: Σφράγιση λαβύρινθου (για την πρόληψη της σκόνης) και σφράγιση μαγνητοϋδροδυναμικής (για περιβάλλοντα κενού).

Προφόρτιση και Εξάλειψη Κενών

• Προφόρτιση διπλού παξιμαδιού: Εφαρμόζει προφόρτιση μέσω ρύθμισης φλάντζας ή ελατηρίων.
• Μεταβλητό βήμα μονό παξιμάδι: Δομή αυτο-προφόρτισης (π.χ., SKF TorqueTube).

Προηγμένες Τεχνολογίες Κατασκευής

• Σκληρή τόρνευση + λείανση: Επιτρέπει την κατεργασία ακριβείας των σπειρωμάτων κοχλία.
• Διαμόρφωση με κύλιση: Ενισχύει την σκληρότητα της επιφάνειας των κυλίνδρων.
• 3D εκτύπωση: Διευκολύνει τις προσαρμοσμένες ελαφριές δομές (π.χ., παξιμάδια από κράμα τιτανίου).

Τυπικές Εφαρμογές

Αεροδιαστημική

Βιομηχανικά Ρομπότ

Ηλεκτρομηχανικοί Ενεργοποιητές

Μηχανήματα βαρέως τύπου

Συμπέρασμα