Un sistema di pignone a cremagliera e rullo è una variazione del tradizionale pignone e cremagliera che sostituisce il pignone dentato (ingranaggio) con un pignone a gabbia che incorpora rulli supportati da cuscinetti.
Ogni rullo del pignone è supportato da due cuscinetti a rullini, il che elimina l’attrito radente che si verifica nei sistemi tradizionali a pignone e cremagliera. Ciò riduce notevolmente il calore e l’usura nel pignone, con un’efficienza fino al 99 percento.
Anche il profilo dei denti della cremagliera è unico. Viene creato posizionando i punti in una spaziatura uniforme attorno a un cerchio e, mentre il cerchio rotola su una superficie piana, seguendo quei punti fino a raggiungere la superficie. I percorsi creati da questi punti sono curve cicloidali che formano un profilo simile a un dente. Successivamente, i rulli, che fungono da denti del pignone, vengono posizionati in ogni punto del cerchio. Mentre il cerchio rotola ancora una volta su una superficie piana, i rulli modificano le curve per creare i veri denti dell’ingranaggio. Il risultato è un profilo del dente che consente ai rulli del pignone di avvicinarsi ai denti in modo tangente, in modo che rotolino dolcemente lungo la faccia del dente. Questo non solo riduce significativamente il rumore, ma il design del dente può essere modificato per consentire il caricamento di due o più rulli in opposizione (precaricati), eliminando virtualmente il gioco.
I punti equidistanti attorno a un cerchio formano curve cicloidali mentre il cerchio rotola su una superficie piana. I rulli posizionati su quegli stessi punti modificano quindi le curve mentre il cerchio rotola nuovamente sulla superficie piana. Questo crea il profilo del dente della cremagliera, che viene ulteriormente modificato per consentire a più rulli del pignone di impegnarsi in opposizione, creando un precarico.
Credito immagine: Nexen Group, Inc.
Se installati e utilizzati correttamente, alcuni modelli di pignoni a cremagliera e a rulli possono raggiungere una precisione di posizionamento di ± 30 μm e la precisione di posizionamento non si deteriora finché i cuscinetti a rullini non raggiungono la fine della loro vita utile. I cuscinetti a rullini sono lubrificati a vita e sigillati, quindi non richiedono lubrificazione.
Per la resistenza alla corrosione, cremagliere e corpi del pignone possono essere realizzati in acciaio inossidabile, acciaio con rivestimento di cromo duro o acciaio nichelato. E alcuni modelli possono essere azionati senza lubrificazione della cremagliera o del pignone, purché la velocità non superi 0,5 m / s. I rack possono anche essere realizzati in materiale termoplastico, che è autolubrificante e resiste alla corrosione di molti tipi di contaminanti e sostanze chimiche.
Considerazioni sul montaggio e sul funzionamento
Per funzionare correttamente e fornire una durata ottimale del sistema, i sistemi a cremagliera e pignone a rulli richiedono un precarico costante su tutta la loro lunghezza. Ciò significa che la cremagliera e il sistema di guida lineare (ad esempio guida profilata) devono essere montati parallelamente l’uno all’altro. Se la cremagliera e la guida convergono (si muovono l’una verso l’altra) in qualsiasi punto, il precarico sul pignone sarà eccessivo, il che può causare rumore e inceppamento, con conseguente minore durata del cuscinetto del pignone. Se la cremagliera e la guida divergono (si allontanano l’una dall’altra) in qualsiasi punto, il precarico del pignone verrà ridotto o perso, con conseguente gioco del sistema, rumore e durata ridotta del sistema.
L’allineamento tra la cremagliera e la guida lineare è fondamentale per garantire il corretto mantenimento del precarico del pignone.
Applicazioni e usi
I pignoni a cremagliera e a rulli possono spesso ottenere una migliore precisione di posizionamento e ripetibilità rispetto ai tradizionali sistemi a pignone e cremagliera (senza componenti aggiuntivi come pignoni separati o doppi pignoni ). Possono essere forniti in lunghezze molto maggiori rispetto alle viti a ricircolo di sfere, con capacità di velocità fino a 11 m / s, indipendentemente dalla lunghezza.
I motori lineari offrono le capacità di lunga lunghezza e alta velocità dei sistemi a pignone a cremagliera e rullo, ma i motori con nucleo in ferro sono spesso richiesti per applicazioni dinamiche con carichi elevati, il che significa che le forze di cogging devono essere mitigate e potrebbe essere richiesto il raffreddamento. Le trasmissioni a cinghia possono anche fornire lunghe corse e velocità elevate, ma con rigidità molto inferiore e capacità di carico inferiori.
Rispetto a queste alternative, il “punto debole” per un sistema di pignoni a cremagliera e rullo potrebbe essere descritto come un’applicazione che richiede una corsa lunga, un’elevata velocità di spostamento e una buona capacità di forza di spinta, il tutto mantenendo una buona precisione di posizionamento e ripetibilità. Esempi sono le unità di trasferimento robot, i robot a portale e le grandi apparecchiature di lavorazione o taglio, come le frese a getto d’acqua. E un’applicazione con qualsiasi combinazione di questi requisiti, che si svolge in un ambiente di camera bianca o richiede una resistenza alla corrosione molto elevata, sarebbe adatta anche per un sistema con pignone a cremagliera e rullo.