带传动执行机构是机电领域的重要设备,与螺旋传动相比,它具有更长的行程长度和更快的速度能力,而且比齿条和齿轮传动具有更小的惯性和更好的抗污染能力。尽管直线电机拥有比皮带更好的定位精度,但皮带驱动执行机构的性价比是难以超越的。
传统的皮带传动执行机构:简单,经济
从高速运输到基本定位,带传动执行机构已经使用了几十年。最常见的设计使用铝挤压外壳防止污染,或开放式框架设计更低的重量和降低成本。皮带通常由钢增强聚氨酯制成,配以循环球直线导轨或轮式导轨系统。
尽管带传动执行机构具有固有的多功能性,但它们仍在不断发展,制造商们推出了新的设计来减小尺寸、重量和成本,使它们能够更好地与丝杠执行机构竞争。
为了实现这一目标,这种循环球或轮式导轨被塑料或复合材料制成的滑动轴承导轨所取代,而车厢则由铝甚至热塑性塑料制成。虽然滑动轴承的负载能力比钢球或滚子轴承低,但它们确实在恶劣的环境中提供了一个好处,比它们的钢铁同行更好地抵御碎片和化学品。因为这些低成本版本并不意味着高精度定位,非加固氯丁橡胶皮带通常是合适的。
在这些设计中,不仅材料成本大大降低,而且重量和惯性也保持在最小,这意味着驱动组件-电机和变速箱-也可以缩小,进一步降低了整个系统的成本。
带驱动执行机构作为悬臂轴
当小车是静止的,而执行器主体是运动部件时,传统的配置,即电机驱动执行器末端的皮带轮,并不理想。这是因为在车厢固定,身体移动的情况下,整个电机变速箱组件必须随着执行机构体和安装的负载一起移动。
为了解决这些应用,一些制造商引入了带传动执行机构,将滑轮纳入车厢,因此电机变速箱组件直接安装到固定的车厢。从执行器的运动部分移除电机齿轮箱质量——这可能是重要的——可以减少驱动负载和反射惯性。这反过来允许执行器以更高的速度和加速度移动,以获得更动态的运动轮廓。
皮带驱动的设计,竞争滚珠丝杠的能力
虽然一些制造商专注于降低成本,使带传动执行机构更适合简单的定位任务,但另一些制造商在性能方面持相反观点,开发模仿齿条-齿轮配置的带传动设计。这些设计允许带传动执行机构实现定位精度,可以与一些滚珠丝杠相比,而不受滚珠丝杠驱动系统固有的长度和速度限制。
贝尔-艾弗曼制造的一种这样的设计,使用了两条皮带——一个固定皮带,类似于齿条-齿轮系统中的齿条,和一个“主动”皮带,通过执行器的车厢,其中包含一个驱动的小齿轮,两边都有一个托辊。
这种双带,齿条和小齿轮类似的设计的好处是,皮带只有在它围绕小齿轮骑行时处于张力,所以刚度沿整个长度是恒定的,皮带拉伸大大减少。它还减少或消除了齿隙,所以这些带驱动设计可以实现高达±10微米的单向重复性-比传统的带系统好得多,接近一些滚珠丝杠驱动。
除了新的执行机构设计之外,皮带几何形状和材料的进步也为皮带驱动执行机构开辟了新的应用领域。例如,曲线和修正曲线齿廓提供比传统梯形齿形更高的推力能力,而Kevlar-reinforced腰带提供更好的冲击和冲击阻力-和更少的拉伸给定的力量-比传统的钢加固皮带。而新的牙齿形状可以减少皮带噪音由于皮带和滑轮之间的啮合。
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