Come fa un sistema di sterzo a rotazione a controllare il carico?

Cos'è un sistema di rotazione? Si tratta di un'unità compatta e sigillata che combina un cuscinetto di rotazione, un ingranaggio e un alloggiamento, consentendo a un unico componente di ruotare sotto carico e mantenere la posizione. Un sistema di sterzo con sistema di rotazione utilizza questa unità per far ruotare una piattaforma, un assale o un braccio, mentre lo stesso cuscinetto sopporta il peso e le forze di ribaltamento.

La domanda che gli ingegneri si pongono più spesso è semplice: è il motore dello sterzo a sopportare il carico, o qualcos'altro? In breve: il carico è sopportato dal cuscinetto, mentre l'ingranaggio trasmette solo la coppia di rotazione. Invertire queste due funzioni porta a cuscinetti sottodimensionati e motori sovradimensionati.

Come un sistema di sterzo a rotazione distribuisce il suo lavoro

UNunità di rotazioneHa due funzioni all'interno di un unico alloggiamento. Le piste di rotolamento della ruota dentata sostengono la struttura. La vite senza fine e i denti dell'ingranaggio la fanno ruotare.

Questa suddivisione è il motivo per cui queste unità funzionano bene nei sistemi di sterzo compatti. Non sono necessari un cuscinetto di oscillazione separato, un riduttore e un telaio di montaggio. Il percorso di carico è integrato in un unico componente, il che riduce anche la catena di tolleranze da gestire.

C'è un compromesso. Poiché il cuscinetto e l'ingranaggio condividono lo stesso alloggiamento, una superficie di montaggio non ottimale influisce su entrambi. Errori di planarità sulla flangia di montaggio possono aumentare l'attrito di rotolamento nella pista di rotolamento e modificare contemporaneamente il gioco dell'ingranaggio. Torneremo su questo punto nella sezione di verifica.

Percorso della coppia: dall'albero di ingresso, attraverso la vite senza fine, fino alla ruota dentata di rotazione.

La coppia si muove in una catena retta. Ogni stadio cambia velocità e forza e ogni stadio vede un diverso tipo di carico. La tabella seguente segue il percorso in una tipica unità a vite senza fine, come unatrasmissione a vite senza fine.

Palcoscenico	Che succede	Carico trasportato	Cosa controllare
1. Albero di ingresso (motore o motore idraulico)	Fornisce rotazione ad alta velocità e bassa coppia	Solo coppia; piccole reazioni dei cuscinetti alle estremità dell'albero a vite senza fine	Interfaccia motore, chiavetta o scanalatura, carichi all'estremità dell'albero
2. Albero a vite senza fine	Converte la rotazione dell'albero in forza tangenziale sui denti dell'ingranaggio	Forza di contatto del dente più spinta assiale lungo l'asse della vite senza fine	Disposizione del cuscinetto reggispinta, lubrificazione, regolazione del gioco
3. Denti dell'ingranaggio sulla ruota dentata	Riduci la velocità e moltiplica la coppia; spingi l'anello in giro	Carico tangenziale del dente dovuto alla resistenza dello sterzo	Resistenza dei denti, schema di contatto, usura nel tempo
4. Piste di rotolamento dell'anello di rotazione	Guidare la rotazione e mantenere i due anelli concentrici	Carichi assiali, radiali e ribaltanti dalla struttura	Tipo di pista di rotolamento, capacità nominale statica e dinamica
5. Flange di montaggio e bulloni	Trasferire i carichi al telaio e alla parte rotante	Tutti i carichi strutturali, come la tensione e il taglio dei bulloni	planarità della flangia, grado del bullone, precarico

Il punto chiave è la differenza tra la fase 3 e la fase 4. I denti dell'ingranaggio subiscono solo la forza necessaria a vincere la resistenza dello sterzo, come l'attrito, l'inerzia e qualsiasi spinta laterale sulla ruota o sulla piattaforma. Le piste di rotolamento subiscono tutto il resto.

Come il rapporto tra vermi e quadro generale cambia la situazione

Un elevato rapporto di trasmissione a vite senza fine permette una grande moltiplicazione della coppia da un motore di piccole dimensioni. Tuttavia, riduce anche la velocità e l'efficienza. Una trasmissione a vite senza fine singola spesso garantisce uno sterzo lento e fluido, ma le perdite per attrito implicano una maggiore potenza in ingresso per ottenere la stessa coppia in uscita.

L'efficienza è anche alla base dell'autobloccaggio. Molti ingranaggi a vite senza fine resistono alla retromarcia perché l'attrito nell'ingranamento è elevato rispetto all'angolo di elica. Questo aiuta a mantenere una posizione anche a motore spento. Non è una garanzia, quindi per vibrazioni, urti o per esigenze di sicurezza critiche, il freno rimane la scelta progettuale più comune.

Carichi assiali, radiali e ribaltanti: cosa influenza lo sterzo e cosa no.

Sul cuscinetto agiscono tre carichi strutturali. Nessuno di essi deve passare attraverso la vite senza fine. La tabella mostra dove si distribuisce ciascun carico e se influisce sulla coppia di sterzata.

Tipo di carico	Direzione	Trasportato da	Effetto sulla coppia di sterzata
Assiale	Lungo l'asse di rotazione (peso, forza verticale)	Piste di scorrimento ed elementi rotanti	Aumenta l'attrito volvente, quindi la coppia necessaria per avviare la rotazione aumenta
Radiale	Lateralmente, trasversalmente all'asse (spinta laterale, vento, forza laterale della ruota)	Piste di rotolamento; l'alloggiamento degli ingranaggi supporta l'anello	È possibile spostare l'ingranaggio se lo spazio libero è eccessivo.
Momento di ribaltamento	Forza di ribaltamento da un carico decentrato	Lati opposti della pista, un lato in compressione, l'altro scarico	Ha la maggiore influenza sulla durata del cuscinetto; può anche deformare l'anello e modificare il gioco.

Il momento ribaltante è quello che sorprende di più. Un piccolo peso posizionato lontano dall'asse crea una grande forza di ribaltamento. La dimensione del cuscinetto viene solitamente determinata da questo momento, non dal peso verticale.

La vite senza fine considera solo la resistenza allo sterzo. In pratica, tuttavia, i carichi strutturali modificano comunque la coppia di sterzata necessaria. Un carico assiale elevato aumenta l'attrito di rotolamento e il carico di momento può inclinare leggermente l'anello. Ecco perché dimensioniamo il motore con un margine rispetto al calcolo della sola sterzata.

Come interagiscono i parametri chiave

Nessun singolo valore numerico è sufficiente a stabilire se un'unità funzionerà. Diversi parametri interagiscono tra loro. Ecco quelli più importanti nella fase di progettazione.

• Tipologia di pista di rotolamento e capacità di momento.Un diametro maggiore della pista di rotolamento gestisce un momento di ribaltamento maggiore, ma aumenta il peso e il costo. È adatto a piattaforme con carico alto o decentrato. Non è di aiuto se la struttura di montaggio è troppo flessibile per sfruttare tale capacità.
• Verme singolo contro verme doppio.UNtrasmissione a doppia vite senza fineIl carico sui denti viene distribuito su due punti di ingranamento. Questo è adatto a coppie di sterzata più elevate o a esigenze di gioco ridotto. Aggiunge un albero in più da sigillare e allineare, quindi non è un aggiornamento standard per impieghi leggeri.
• Gioco e precisione.Un gioco minore consente un posizionamento più preciso, ma aumenta anche l'attrito e l'usura della rete se l'allineamento non è corretto. Specifica la precisione effettivamente necessaria al tuo circuito di controllo, anziché il valore più preciso disponibile.
• Tenuta e ambiente.I nostri azionamenti di rotazione sono disponibili con grado di protezione fino a IP66 e classificazione anticorrosione fino a C4H. Una maggiore tenuta aumenta l'attrito delle guarnizioni, il che incrementa leggermente la coppia di avviamento. Per ambienti polverosi, umidi o costieri, questo compromesso è solitamente vantaggioso.
• Materiale.Acciaio legato, acciaio legato forgiato, ghisa sferoidale e acciaio inossidabile: ognuno si adatta a diverse condizioni di carico, velocità e corrosione. Scegliete in base alle condizioni di lavoro, non solo in base al prezzo.

Non confrontare valori provenienti da fonti diverse come se fossero equivalenti. La capacità statica, la capacità dinamica e la coppia di tenuta vengono misurate in base a presupposti differenti. Chiedi a quale condizione si riferisce ciascun valore.

Errori comuni che modificano il progetto

Dopo 30 anni di esperienza nella progettazione di sistemi di trasmissione di potenza, noto che gli stessi errori si ripetono già nelle prime fasi di progettazione. Sono proprio questi errori che, in seguito, costano di più da correggere.

1. "Il motore sostiene il peso."No. Il motore fornisce solo la coppia di sterzata. Dimensionarlo in base al carico strutturale comporterebbe uno spreco di costi e di spazio.
2. "Autobloccante significa che non è necessario il freno."L'autobloccaggio dipende dallo stato di attrito della rete. Vibrazioni o urti possono ridurlo. Per un bloccaggio critico per la sicurezza, è necessario aggiungere un freno.
3. "Un cuscinetto più grande è sempre più sicuro."Un anello più grande richiede una struttura di montaggio più rigida. Su un telaio flessibile, la capacità extra non è utilizzabile.
4. "Il carico verticale determina le dimensioni."Solitamente, a determinarlo sono il carico decentrato e il momento ribaltante.

Per verificare l'affermazione di un fornitore, richiedete la base di valutazione del carico, il tipo di pista di rotolamento, i dati relativi alla dentatura dell'ingranaggio e il metodo di ispezione. Le prove derivanti dall'ispezione dimensionale possono confermare la geometria, ma solo una prova di carico mostra come l'unità si comporta sotto momento flettente. Eseguiamo ispezioni tridimensionali CMM e prove di carico dinamico, descritte sul nostro sito.controllo qualità dell'azionamento di rotazionepagina. La nostra struttura certificata ISO 9001:2015 conserva questi documenti, disponibili su richiesta.

Applicazioni reali: dove il controllo del carico dello sterzo è fondamentale

Progetti reali mostrano come funziona la ripartizione del carico sul campo. Si tratta di casi studio dei nostri clienti, descritti nel loro contesto specifico.

• Sterzo a ruote per impieghi gravosi, Houston, Texas.Un produttore di macchinari per l'ingegneria ha ordinato 150 unità di riduttori a doppia vite senza fine WED17-104-25HR. Lo sterzo delle ruote comporta elevate forze laterali e urti, quindi la ripartizione del carico sui denti tra le due viti senza fine è adatta all'applicazione. Vedi il nostroMercoledì, movimento di rotazioneallineare.
• Pinze forestali, Columbia Britannica.Un produttore di attrezzature forestali ha acquistato 30 unità del modello WED14-86-25BHR.5 con una precisione di 0,13° o superiore. I carichi della pinza sono disassati e variabili, quindi la capacità di momento e il gioco ridotto sono entrambi fattori importanti.
• Gru portuali, Corea del Sud.Un produttore di attrezzature portuali ha effettuato un ordine ripetuto per 20 unità di riduttori a vite senza fine WEA9-62-25HR. Le specifiche richiedevano una precisione di tracciamento entro 0,15°, grado di protezione IP65 e autobloccaggio.

I tre casi utilizzano diversi tipi di trasmissione per diversi carichi di sterzata. Questa è la lezione principale: adattare la disposizione degli ingranaggi alla coppia e al modello di urto, e adattare il cuscinetto al momento.

Cosa preparare prima di richiedere un preventivo

Nella fase concettuale, alcuni dati di input consentono a un ingegnere di fornire un suggerimento utile. Senza di essi, qualsiasi modello specifico rimarrebbe una mera supposizione.

• Carico assiale, carico radiale e momento ribaltante, con la distanza del centro di carico dall'asse
• Coppia di sterzata, velocità di rotazione e ciclo di lavoro richiesti
• Precisione di posizionamento o bersaglio di gioco
• Requisiti di tenuta: solo statica, oppure con vibrazione e urto
• Ambiente: polvere, acqua, sale, intervallo di temperatura
• Rigidità del telaio di montaggio e planarità della flangia che è possibile ottenere
• Ingresso di azionamento: motore elettrico o idraulico e interfaccia

I prodotti standard partono da un MOQ di 1 set, mentre i prodotti personalizzati da 5 set. Gli ordini di campioni sono benvenuti per i test. In genere inviamo una proposta tecnica entro 24 ore e il ciclo di produzione standard è di 9 giorni. Se la gamma standard non rientra nel tuo budget,trasmissione di rotazione personalizzataè possibile modificare il rapporto, l'interfaccia o la tenuta.

La nostra garanzia di qualità estesa di 2 anni copre i difetti di fabbricazione confermati con sostituzione gratuita e i nostri ingegneri rispondono alle domande tecniche entro 48 ore. Se stai confrontando il lato del cuscinetto da solo, inizia con il nostrocuscinetto di rotazionequindi, valuta come l'unità di trasmissione e l'anello si integrano nel tuo progetto.