Rekomendasi Berita WBM Minggu ke-4 Maret 2024 - Beyond Bearings: Melepaskan Potensi Ball Splines dalam Desain Robot

Ketika perancang sistem gerak membutuhkan gerakan multisumbu yang kompleks, berkecepatan tinggi, pertama-tama mereka mungkin memikirkan lengan robot yang rumit dan sudah dikemas sebelumnya. Atau, jika mereka hanya memerlukan beberapa sumbu, mereka mungkin mengonfigurasi profil terpisah atau rel bundar untuk setiap sumbu. Namun yang tersembunyi di antara opsi-opsi tersebut adalah teknologi spline bola yang sederhana dan terbukti. Solusi gerak multisumbu ini telah ada selama bertahun-tahun dan masih sangat relevan dengan skema gerak kompleks saat ini. Spline bola menggunakan arsitektur unik yang mengintegrasikan gerakan putar dan linier pada satu poros. Hal ini memberi mereka lebih banyak fleksibilitas untuk menerapkan skema gerakan kompleks di ruang yang lebih sempit, memberikan kesepakatan dua-untuk-satu dalam kontrol gerakan.

Mengintegrasikan Gerak Putar dan Linier

Spline bola memungkinkan gerakan linier dan rotasi. Hal ini dicapai dengan poros bersama yang melakukan dua gerakan independen (Gambar 2). Poros tersebut mencakup alur tanah aksial yang disebut "splines" sepanjang panjangnya. Ini juga termasuk mur spline bola yang bergerak di sepanjang alur tanah aksial, mengunci gerakan rotasi atau beban momen radial.

Untuk menggerakkan putaran aksial, mur spline bola diputar. Mur ini menampung serangkaian bola yang memungkinkan gerakan bebas sepanjang sumbu (yaitu, mur dapat meluncur sepanjang poros dengan gesekan minimal). Saat diputar, bola-bola ini memberikan gaya tegak lurus pada poros melalui alur potongan spline, sehingga memutarnya.

Untuk menggerakkan gerak linier, poros spline digerakkan maju atau mundur menggunakan aktuator linier, seperti piston. Karena bantalan bola menggelinding di dalam alur (bukannya meluncur), koefisien gesekan dan keausan yang lebih rendah menghasilkan gerakan linier yang halus dan presisi serta kecepatan yang lebih tinggi.

Karena adanya penahan/penopang, susunan ini juga menahan beban puntir (yaitu, poros menahan putaran kecuali digerakkan oleh motor). Jika beban puntir diterapkan secara eksternal pada poros saat poros memanjang/memendek/diam, mur spline akan menopangnya, menahan beban tersebut.

Manfaat

Pemanfaatan Ruang yang Lebih Baik

Mengompresi beberapa sumbu menjadi satu membuat spline bola lebih hemat ruang dibandingkan solusi bantalan tradisional. Hal ini memerlukan lebih sedikit komponen dan komponen bergerak, ditambah kemampuan beban yang lebih besar dalam ruang tersebut dibandingkan yang ditawarkan oleh bantalan linier serupa.

Kapasitas Beban Lebih Tinggi

Alur tanah yang lebar dan presisi meningkatkan kemampuan membawa beban serta meningkatkan kekakuan dan kekakuan untuk menangani beban momen hingga dua kali lebih banyak dibandingkan rakitan bantalan tradisional. Spline bola juga mendistribusikan lebih banyak beban di sepanjang poros. Hal ini memungkinkan bantalan tersebut membawa beban yang lebih tinggi dibandingkan bantalan konvensional, yang mungkin lebih rentan terhadap konsentrasi tegangan lokal. Spline bola juga lebih baik dengan beban di luar pusat, yang umum terjadi pada penggantian pahat dan aplikasi pengambilan dan penempatan.

Gesekan yang Dapat Diabaikan

Sistem pemandu bola memberikan gerakan hampir bebas gesekan melalui kontak presisi dengan titik tangensial bola bergulir yang dipandu oleh alur poros spline dan balapan di dalam mur.

Kecepatan Lebih Tinggi

Spline bola hanya memerlukan gaya kecil untuk menggeser mur spline secara aksial sekaligus mentransmisikan torsi dan meminimalkan gesekan. Hal ini berkontribusi terhadap peningkatan kecepatan sekitar 20 persen dibandingkan sekrup bola tradisional dan pengoperasian yang lebih lancar. Spline bola dapat menangani kecepatan hingga 2 m/s.

Presisi dan Akurasi Tinggi

Spline bola menawarkan presisi dan akurasi tinggi dalam penentuan posisi, menjadikannya ideal untuk aplikasi yang memerlukan kontrol tepat. Zero backlash memastikan tidak ada pemutaran rotasi atau kehilangan gerakan saat mengubah arah. Spline bola menjaga presisi dan gesekan rendah bahkan di bawah beban berat.

Instalasi dan Perawatan yang Mudah

Pemasangannya mudah, biasanya memerlukan lubang kasar dan lubang pemasangan yang dibor dan disadap untuk mengamankan mur berflensa, atau lubang kasar dan alur pasak untuk mur bundar. Desainnya yang sederhana membuat spline bola lebih mudah untuk dipecahkan dan diservis. Tim pemeliharaan dapat menarik spline dari poros, melumasinya, dan memasangnya kembali, sedangkan rel profil dan sekrup bola memerlukan perawatan yang lebih tinggi.

Daya Tahan Tinggi

Spline bola memiliki masa pakai lebih lama dibandingkan beberapa bantalan tradisional karena peningkatan kontak titik bantalan bola, yang mengurangi tegangan dan meningkatkan kapasitas beban. Semakin sedikit tekanan pada bola, semakin berat beban yang dapat ditangani sekaligus menahan keausan dan memberikan kinerja yang konsisten.

Spline bola sering kali dilengkapi segel dan penutup pelindung yang melindungi bantalan bola dari kontaminan seperti debu dan serpihan, sehingga memperpanjang umur bantalan bola. Arsitektur spline bola memiliki kapasitas beban yang aman dari setiap sudut, tidak seperti bantalan radial, di mana bola harus diposisikan secara hati-hati untuk menyeimbangkan beban.

Penghematan biaya

Penghematan di muka sangat besar untuk dua sumbu pergerakan, dan penghematan berlipat ganda dengan volume yang lebih tinggi. Spline bola jauh lebih murah dibandingkan sistem multisumbu yang dikemas. Memiliki lebih sedikit komponen dan bagian bergerak membuatnya lebih ekonomis dibandingkan rakitan rel profil. Produk ini memberikan ketahanan beban momen yang lebih baik dibandingkan harganya dan memerlukan lebih sedikit persiapan permukaan untuk pemasangan. Biaya spline bola seperti rakitan rel bundar, tetapi dengan tapak yang lebih kecil dan sumbu yang lebih sedikit. Dalam jangka panjang, lebih sedikit komponen yang memerlukan perawatan, sehingga menghemat waktu dan uang.

Aplikasi

Perancang gerak yang mengintegrasikan gerakan linier dan putar harus mengevaluasi teknologi spline bola untuk melihat apakah mengonfigurasinya pada poros yang sama bermanfaat. Berikut adalah beberapa contoh aplikasi dalam otomasi pabrik, transportasi, dan perawatan kesehatan/penelitian yang telah memanfaatkan fungsi ball spline:

Otomatisasi Pabrik

Rakitan pick-and-place yang dapat diulang, seperti pemosisian objek semikonduktor berkecepatan tinggi di mana sebuah lengan mengambil item dari tahap perakitan, memutar dan meletakkannya di atas yang lain.

Penempatan alat CNC dalam operasi pemesinan dan penggilingan.

Peralatan pengemasan untuk kontrol yang tepat terhadap mekanisme pengisian dan pembatasan.

Angkutan

Kontrol pesawat, seperti penyebaran flap dan penyesuaian throttle.

Kendaraan militer untuk memfasilitasi rotasi, peninggian senjata dan kemudi kendaraan.

Perawatan Kesehatan dan Penelitian

Robot untuk membantu prosedur bedah.

Perangkat pencitraan medis untuk memfasilitasi gerakan presisi pemindai CT, atau perangkat akuisisi gambar presisi tinggi lainnya.

Analisis laboratorium, seperti tahapan mikroskop dan posisi sampel.

Beberapa vendor menawarkan panduan online untuk membantu perancang mesin mengoptimalkan spline bola untuk aplikasi mereka. Misalnya, salah satu alat pemilihan spline bola menawarkan bantuan visual yang memberikan pengguna konfigurasi terbaik dalam hitungan menit.

Menemukan Tempat Mereka

Spline bola sempurna untuk perancang mesin yang membutuhkan gerakan pada banyak sumbu. Dibandingkan dengan sistem multisumbu yang dikemas, spline bola memerlukan lebih sedikit ruang dan dapat digunakan pada kecepatan lebih tinggi, dengan gesekan lebih rendah; presisi yang lebih besar; kehidupan yang lebih lama dan lebih dapat diprediksi; dan perawatan lebih mudah. Harganya juga bisa lebih murah.

Meskipun spline bola mungkin menggantikan lengan robot yang dikemas, efisiensi ruangnya dan tidak ada serangan balik membuatnya dapat digunakan sebagai komponen rakitan tersebut, mungkin memperpanjang gerakan vertikal atau membantu beban radial dan aksial yang lebih berat.

Ketika operasi bisnis menjadi lebih kompleks, dan kemajuan digitalisasi, AI, dan mobilitas membawa lebih banyak sumbu gerak ke dalam strategi otomatisasi, kinerja unik dan keserbagunaan spline bola pada akhirnya akan mendapat penghargaan yang layak.

 

(https://www.powertransmission.com)