วิธีการทำให้สายพานซิงโครนัสมีความแม่นยำสูงในการกำหนดตำแหน่ง

ความแม่นยำในการวางตำแหน่งสูง" หมายถึง

ในญี่ปุ่น การลดลงของประชากรที่ทำงานจะทำให้ต้องมีการประหยัดแรงงานในการผลิตมากขึ้นกว่าที่เคย และหุ่นยนต์อุตสาหกรรมคาดว่าจะมีการใช้มากขึ้นในบริบทนี้ หุ่นยนต์อุตสาหกรรมจำเป็นต้องทำการเคลื่อนไหวที่ซ้ำ ๆ และส่วนขับเคลื่อนของหุ่นยนต์ต้องมีความแม่นยำสูงในการกำหนดตำแหน่ง
"ความแม่นยำสูงในการกำหนดตำแหน่ง" ในกลไกการส่งกำลังหมายถึง เมื่อ pully ขับเคลื่อนบนด้านขับทำการหมุนหนึ่งรอบหรือหมุนกลับไปกลับมา pully ที่ขับเคลื่อนบนด้านที่ถูกขับก็จะหมุนตามจำนวนรอบเดียวกัน (ตำแหน่งเดียวกัน)

กราฟด้านล่างแสดงผลการทดสอบโดยใช้เครื่องเข้ารหัส (encoder) วัดความเร็วการหมุนของปีกผ้าพันคอที่ขับเคลื่อน (เส้นสีน้ำเงิน) และปีกผ้าพันคอที่ถูกขับ (เส้นสีแดง) ในกระบวนการเพิ่มความเร็วถึง 40 ม./วินาทีจากจุดเริ่มต้นของการขับเคลื่อนสายพานในระบบการขับเคลื่อนสายพานซิงโครนัส ความแตกต่างระหว่างความเร็วรอบของปีกผ้าพันคอที่ขับเคลื่อนและปีกผ้าพันคอที่ถูกขับเรียกว่า ความแตกต่างของเฟส (phase difference) จากกราฟสามารถเห็นได้ว่า เมื่อปีกผ้าพันคอที่ขับเคลื่อนเริ่มหมุน ปีกผ้าพันคอที่ถูกขับก็เริ่มเคลื่อนที่ผ่านสายพาน แต่จะมีการหน่วงเล็กน้อยเนื่องจากความยืดหยุ่นของสายพาน เพราะสายพานมีความยืดหยุ่น จึงเกิดการหน่วงเล็กน้อย หลังจากนั้น ปีกผ้าพันคอที่ขับเคลื่อนจะถูกดึงโดยสายพาน และอาจเกิดการพุ่งเกินความเร็วรอบของปีกผ้าพันคอที่ขับได้ ความแตกต่าง (พื้นที่) ระหว่างปีกผ้าพันคอที่ขับเคลื่อน (เส้นสีน้ำเงิน) และปีกผ้าพันคอที่ถูกขับ (เส้นสีแดง) เป็นหนึ่งในตัวชี้วัดการตอบสนอง และยิ่งพื้นที่นี้เล็กลงเท่าไร มอเตอร์ก็จะตอบสนองต่อการส่งออกของมอเตอร์และถ่ายโอนพลังงานไปยังด้านที่ถูกขับเคลื่อนได้เร็วขึ้น ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งของเครื่องจักร

Revolution (rotational) speed (rpm)

เงื่อนไขการทดสอบ

ด้านขับ: 24 ฟัน
ด้านขับเคลื่อน: 24 ฟัน
0→240รอบต่อนาที
Load torque: xN・m

Time (m/s)

ในกลไกต่าง ๆ เช่น หุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่ต้องการการเร่งความเร็วอย่างรวดเร็ว การหยุดกระทันหัน และการหมุนกลับไปกลับมา การเปลี่ยนแปลงในรอบความเร็วในการหมุนจะเกิดขึ้นบ่อยครั้งในระยะเวลาอันสั้น และความแตกต่างของเฟสนี้มีผลกระทบอย่างมากต่อความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งของเครื่องจักร ในบทความนี้ เรากำหนดว่า "ความแตกต่างของเฟสที่น้อยลง = การตอบสนองและความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งที่ดีกว่า" และอธิบายกลไกการส่งกำลังที่แนะนำและจุดที่ควรพิจารณาในการเลือกผลิตภัณฑ์เพื่อให้ได้ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งที่สูง

กลไกการส่งกำลังที่แนะนำสำหรับความแม่นยำในการระบุตำแหน่งขั้นสูง

แล้วควรเลือกกลไกการส่งกำลังแบบใดเพื่อให้ได้ความแม่นยำในการวางตำแหน่งสูง เราได้รวบรวมรายการคุณลักษณะของกลไกการส่งกำลังแต่ละแบบที่ใช้ทั่วไปในการขับเคลื่อนเครื่องจักร ได้แก่ "สายพานซิงโครนัส" "โซ่" "บอลสกรู" และ "ไดรฟ์เชิงเส้น"

Synchronous belt Chain Ball screw Linear Drive
Cost ดี ดี เป็นกลาง เป็นกลาง
Maintainability ดี เป็นกลาง เป็นกลาง เป็นกลาง
Lightweighting ดี เป็นกลาง เป็นกลาง เป็นกลาง
Quietness ดี เป็นกลาง เป็นกลาง ดี
positioning accuracy ดี เป็นกลาง ดี ดี

ตารางนี้จัดทำขึ้นโดยบริษัทเอง และลักษณะของผลิตภัณฑ์อาจแตกต่างไปตามผลิตภัณฑ์จริงและสภาพแวดล้อมที่นำไปใช้งาน

ตารางข้างต้นแสดงให้เห็นว่า "สายพานซิงโครนัส" เป็นกลไกการส่งกำลังที่มีคุณสมบัติที่ดีที่สุด หลายคนอาจมีความเข้าใจว่า "การขับเคลื่อนแบบเส้นตรง" และ "สกรูบอล" มีความเหนือกว่าในแง่ของความแม่นยำในการระบุตำแหน่ง แต่ในแง่ของราคา ความยืดหยุ่นในการออกแบบ และความสะดวกในการบำรุงรักษา อาจเป็นอุปสรรคในการพิจารณานำมาใช้ ในขณะที่สายพานซิงโครนัสและการขับเคลื่อนด้วยโซ่ให้ข้อได้เปรียบด้านราคาและความยืดหยุ่นในการออกแบบ ทำให้สามารถพิจารณานำมาใช้ได้ง่าย โซ่มีข้อเสียคือทำจากโลหะ มีน้ำหนักมาก เสียงดัง และต้องการการหล่อลื่น ในขณะที่สายพานซิงโครนัสเป็นกลไกการส่งกำลังที่ดีที่สุดสำหรับเครื่องจักรที่ต้องการความแม่นยำในการระบุตำแหน่งสูง

แม้หลังจากคำอธิบายนี้แล้ว บางคนอาจยังมีความเห็นในแง่ลบเกี่ยวกับสายพานซิงโครนัส โดยกล่าวว่าความแม่นยำในการระบุตำแหน่งภายใต้ภาระหนักนั้นด้อยกว่ากลไกการส่งกำลังแบบโลหะ หากความยืดหยุ่นของสายพานเป็นลักษณะของสายพานซิงโครนัส อย่างไรก็ตาม การพัฒนาล่าสุดของสายพานซิงโครนัสทำให้การไม่พิจารณามันเป็นตัวเลือกในการออกแบบเครื่องจักรนั้นไม่สมเหตุสมผล เมื่อเทคโนโลยีพัฒนาไป สายพานซิงโครนัสที่รองรับภาระหนักกำลังได้รับการพัฒนา

ปัจจัยใดบ้างที่ส่งผลต่อความแม่นยำในการวางตำแหน่งของสายพานแบบซิงโครนัส?

cord

แผนผังของสายไฟสายพานซิงโครนัส

ปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่ส่งผลต่อความแตกต่างของเฟสคือโมดูลัสความยืดหยุ่นของสาย สายพานมีส่วนประกอบที่เรียกว่า "cord" ซึ่งทำหน้าที่ส่งกำลัง และสายที่มีการยืดตัวต่ำ (โมดูลัสความยืดหยุ่นสูง) จะช่วยปรับปรุงการตอบสนองและลดความแตกต่างของเฟส

①Cordสายพานซิงโครนัส

กราฟต่อไปนี้เปรียบเทียบเฟสต่างระหว่างcordแก้ว (เส้นสีส้ม) ซึ่งมักใช้เป็นสายสายพานซิงโครนัสทั่วไป กับcordคาร์บอน (เส้นสีเทา) ซึ่งมีคุณสมบัติโมดูลัสความยืดหยุ่นสูง จะเห็นได้ว่าความกว้างของcordคาร์บอนเมื่อเริ่มขับเคลื่อนจะมีขนาดเล็กกว่าcordแก้ว กล่าวอีกนัยหนึ่ง cordคาร์บอนสามารถตอบสนองต่อเอาต์พุตของมอเตอร์ได้เร็วขึ้นและส่งกำลังไปยังด้านที่ขับเคลื่อน ส่งผลให้มีการสะสมของการจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้องขั้นสุดท้ายน้อยลง

phase difference
(rpm)

cordแก้ว

cordคาร์บอน

Time (m/s)

ปฏิกิริยาตอบโต้

ปริมาณการย้อนกลับ (Backlash) เป็นอีกหนึ่งปัจจัยที่มีผลต่อความแม่นยำในการระบุตำแหน่ง การย้อนกลับหมายถึงช่องว่างระหว่างฟันของ pulley และฟันของสายพาน และปริมาณช่องว่างนี้เรียกว่า "ปริมาณการย้อนกลับ" หากการย้อนกลับมีมาก จะทำให้เกิดความแตกต่างในเวลาการหมุนของ pulley ขับเคลื่อนและ pulley ที่ถูกขับเคลื่อนเมื่อเริ่มต้นใช้งานสายพานหรือเมื่อหมุนในทิศทางย้อนกลับ ดังนั้นเพื่อปรับปรุงความแม่นยำในการระบุตำแหน่ง ปริมาณการย้อนกลับควรมีค่าน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

*(a) สายพาน (b) รอก (c) ฟันเฟือง

ปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่กำหนดปริมาณการย้อนกลับ (backlash) คือ รูปร่างของฟันของสายพาน รูปร่างของฟันสายพานซิงโครนัสหลักๆ จะถูกแบ่งออกเป็น "ฟันทรงปิรามิด", "ฟันทรงโค้ง", และ "ฟันทรงสามเหลี่ยม"

รูปสายพานซิงโครนัส (ฟันสี่เหลี่ยมคางหมู)

"ฟันสี่เหลี่ยมคางหมู" เป็นรูปร่างฟันที่พัฒนาขึ้นในช่วงแรกของสายพานซิงโครนัส ซึ่งมีปริมาณการย้อนกลับมากกับ pulley ในระหว่างการเชื่อมต่อ ส่งผลให้ความแม่นยำในการระบุตำแหน่งค่อนข้างต่ำในการทำงานทั้งในทิศทางเดินหน้าและถอยหลัง

รูปสายพานซิงโครนัส (ฟันโค้ง)

"ฟันโค้ง" เป็นรูปร่างฟันที่ออกแบบมาเพื่อให้ความแม่นยำในการระบุตำแหน่งที่สูงขึ้น, ความสามารถในการรับน้ำหนักที่สูงขึ้น, และอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น รูปร่างโค้งช่วยให้การเชื่อมต่อราบรื่นยิ่งขึ้นและลดการย้อนกลับ ผลทั้งสองนี้ช่วยปรับปรุงความแม่นยำในการระบุตำแหน่ง

รูปสายพานซิงโครนัส(ฟันสามเหลี่ยม)

ในประเภท "ฟันทรงสามเหลี่ยม" สายพานจะเชื่อมต่อกับ pulley ตลอดเวลาโดยการสัมผัสทั้งสองพื้นผิวที่รับแรง ทำให้ไม่มีการย้อนกลับ อย่างไรก็ตาม ประเภทนี้มักใช้สำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำในการระบุตำแหน่งสูง, ภาระเบา, และการเปลี่ยนแปลงของภาระที่ค่อนข้างน้อย เนื่องจากมีความเป็นไปได้สูงที่จะเกิดฟันหาย, การกระโดด, และความล้มเหลวอื่น ๆ ภายใต้ภาระหนัก

สายพานชนิดใดเหมาะที่สุดสำหรับการวางตำแหน่งความแม่นยำสูง?

คุณอาจเข้าใจจากคำอธิบายก่อนหน้านี้ว่า สายพานที่มีเชือกที่มีความยืดหยุ่นสูงและรูปร่างฟันทรงโค้งเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดในการลดความแตกต่างของเฟสภายใต้ภาระหนักและการเปลี่ยนแปลงของภาระ

สายพานซิงโครนัสที่ตรงตามเงื่อนไขเหล่านี้คือ สายพานซิงโครนัสที่มีความสามารถในการรับภาระสูงรุ่น Ceptor®-X ของ Bando Chemical ซึ่งเป็นรุ่นระดับสูงที่สุด.
Ceptor®-X ใช้คอร์ดคาร์บอนที่มีความยืดหยุ่นสูง ซึ่งช่วยให้การตอบสนองดีขึ้นและลดความแตกต่างของเฟสน้อยลง นอกจากนี้ยังใช้ "ประเภทฟัน Stooth" ซึ่งมีความสามารถในการถ่ายทอดกำลังสูงในหมู่ฟันทรงโค้ง.
Ceptor®-X เป็นสายพานที่เหมาะสมสำหรับผู้ที่ต้องการความแม่นยำในการระบุตำแหน่งที่สูงในระยะยาวภายใต้ภาระหนัก.
นอกจากนี้ ความสามารถในการส่งกำลังที่ปรับปรุงใหม่ต่อความกว้างของสายพานมีข้อได้เปรียบในการทำให้ความกว้างของสายพานแคบกว่ารุ่น HP-STS ซึ่งเป็นฟันประเภท Stooth มาตรฐานถึง 40% ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน ซึ่งช่วยลดน้ำหนักและพื้นที่ของสายพานและ pulley ที่รองรับ ทำให้เครื่องจักรมีทั้งความแม่นยำในการระบุตำแหน่งสูงและประหยัดน้ำหนักและพื้นที่.

Ceptor®-X ใช้ในแอปพลิเคชันต่างๆ เป็นหลัก เช่น หุ่นยนต์อุตสาหกรรม อุปกรณ์ทางการแพทย์และเภสัชกรรม อุปกรณ์การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ และเครื่องฉีดขึ้นรูป โปรดดูรายละเอียดการใช้งานและตัวอย่างที่ด้านล่างของหน้านี้

สรุป

เราได้อธิบายคำจำกัดความของความแม่นยำในการวางตำแหน่งในกลไกการส่งกำลังและ Ceptor®-X ของสายพานซิงโครนัสที่แนะนำสำหรับการบรรลุความแม่นยำในการวางตำแหน่งระดับสูง หากคุณสนใจที่จะบรรลุความแม่นยำในการวางตำแหน่งสูงในกลไกที่ต้องรับภาระสูง โปรดพิจารณา Ceptor®-X ของ Bando Chemical หากคุณมีคำถามใดๆ โปรดติดต่อเรา

สินค้าแนะนำ

โซลูชั่น

ติดต่อเรา