Elevador de tornillo sin fin: el todopoderoso "Optimus Prime" en el campo de la transmisión de precisión

En la etapa de transmisión de precisión industrial moderna, Elevador de tornillo de máquina de engranaje helicoidal Se ha convertido en el "centro de transmisión" central de muchas industrias con su diseño estructural único y excelente rendimiento. Desde la línea de producción de la industria manufacturera hasta la plataforma elevadora de la ingeniería de la construcción, desde equipos de automatización hasta equipos de nueva energía, el elevador de tornillo sin fin proporciona un soporte sólido para la operación mecánica en diversos campos con un rendimiento estable, eficiente y preciso. A continuación, analizaremos los secretos de este equipo de precisión en todos los aspectos y en profundidad.

El dispositivo central de conversión de energía de la máquina de engranaje helicoidal es el sistema de transmisión de engranaje helicoidal, que puede denominarse el "corazón" del elevador. El mecanismo de engranaje helicoidal consta de un tornillo sin fin y una rueda helicoidal, que transmite movimiento y potencia a través del engranaje entre ejes escalonados. El gusano se utiliza generalmente como parte activa y su superficie de dientes helicoidales engrana con los dientes del engranaje de la rueda helicoidal para lograr una gran relación de transmisión del movimiento de desaceleración. Este modo de transmisión tiene las características notables de estructura compacta, gran relación de transmisión, funcionamiento suave y bajo nivel de ruido.

Desde el punto de vista del principio técnico, el ángulo de hélice del tornillo sin fin y el ángulo de hélice de la rueda helicoidal deben coincidir estrictamente para garantizar un buen efecto de engrane. El número de cabezas helicoidales determina la eficiencia y la relación de velocidad de la transmisión. El gusano de un solo cabezal tiene una gran relación de transmisión, pero la eficiencia es relativamente baja, generalmente alrededor del 60% - 70%; Los gusanos multicabezales pueden mejorar la eficiencia de la transmisión. Por ejemplo, la eficiencia de los gusanos de doble cabeza puede alcanzar el 75% - 85%, pero la relación de velocidad se reducirá en consecuencia. La rueda helicoidal generalmente está hecha de materiales de aleación de cobre como ZCuSn10Pb1 con buena resistencia al desgaste para reducir el desgaste al engranar con el gusano y extender la vida útil. En aplicaciones prácticas, al diseñar razonablemente los parámetros del engranaje helicoidal, como módulo, ángulo de presión, ángulo de hélice, etc., se puede optimizar el rendimiento de la transmisión para satisfacer las necesidades de diferentes condiciones de trabajo. Por ejemplo, en la industria metalúrgica, que requiere una gran salida de par, se utiliza un engranaje helicoidal con un módulo mayor para mejorar la capacidad de carga; mientras que en la industria de fabricación electrónica, que tiene requisitos de precisión extremadamente altos, se utiliza un engranaje helicoidal con alta precisión y un módulo pequeño para garantizar la precisión de la transmisión.

La lubricación del sistema de transmisión de tornillo sin fin también es muy importante. Los lubricantes adecuados no sólo pueden reducir el coeficiente de fricción y el desgaste, sino que también desempeñan una función de refrigeración y limpieza. Los lubricantes de uso común incluyen aceites para engranajes industriales de extrema presión, etc. Según el entorno de trabajo y las condiciones de carga, los lubricantes deben reemplazarse periódicamente para garantizar el funcionamiento normal del sistema.

El par de tuercas roscadas es un componente clave que convierte el movimiento de rotación de la transmisión de tornillo sin fin en movimiento lineal y es el "ejecutor" del ascensor para realizar la función de elevación. El tornillo es un tornillo y la tuerca coopera con el tornillo. Cuando la rueda helicoidal hace girar el tornillo, la tuerca se mueve axialmente sobre el tornillo, realizando así la elevación y descenso de la carga.

Según el proceso de fabricación, el tornillo se puede dividir en tornillo laminado y tornillo rectificado. Los husillos laminados se forman mediante un proceso de laminación, con alta eficiencia de producción y bajo costo, y son adecuados para ocasiones con requisitos de baja precisión, como equipos de transporte de material ordinarios; Los tornillos de avance a tierra se procesan mediante rectificado de alta precisión, con alta precisión superficial y buena rectitud, y se usan ampliamente en la fabricación de semiconductores, equipos médicos y otros campos con requisitos de precisión extremadamente altos, y su precisión de posicionamiento puede alcanzar ±0,01 mm o incluso más. El diseño de la tuerca también es crucial. Se suelen utilizar tuercas partidas o tuercas integrales, y el espacio entre el husillo y la tuerca se elimina mediante un dispositivo de preapriete para mejorar la rigidez y precisión de la transmisión. Existen métodos de preapriete de juntas y de resortes, y diferentes métodos de preapriete son adecuados para diferentes condiciones de trabajo. Por ejemplo, el preapriete de juntas tiene una estructura simple y de bajo costo, pero es incómodo de ajustar; El preapriete del resorte puede compensar automáticamente el desgaste y mantener una fuerza de preapriete estable.

Durante el funcionamiento del par de tuercas del husillo, el avance del husillo también es un parámetro clave. Cuanto mayor es el paso, más rápido se mueve la tuerca, pero la capacidad de carga es relativamente baja; cuanto más pequeño es el paso, más lento se mueve la tuerca, pero la capacidad de carga y la precisión son mayores. Por lo tanto, al diseñar, es necesario seleccionar razonablemente el avance del tornillo de acuerdo con los requisitos de trabajo reales.

La caja es la cubierta exterior del elevador de tornillo sin fin, que desempeña la función de soportar y proteger los componentes internos de la transmisión y es la "base" del funcionamiento estable del equipo. La caja generalmente está hecha de materiales de aleación de aluminio o hierro fundido de alta resistencia, con buena rigidez y rendimiento de disipación de calor. Tomando como ejemplo la caja de hierro fundido de alta resistencia, su resistencia a la tracción puede alcanzar más de 300 MPa, lo que puede soportar grandes cargas externas y tensiones internas.

La estructura de soporte interna, como el asiento del cojinete, el sistema de eje, etc., proporciona un soporte confiable para el engranaje helicoidal y el tornillo, asegurando que los componentes de la transmisión mantengan la relación de posición correcta durante la operación y reduciendo la vibración y el ruido. La precisión y rigidez del asiento del rodamiento afectan directamente la vida útil del rodamiento y la estabilidad operativa del equipo. Por lo general, los centros de mecanizado CNC se utilizan para mecanizado de precisión para garantizar la precisión dimensional y la tolerancia de forma y posición del orificio del asiento del rodamiento. El diseño del sistema de eje también debe considerar factores como la resistencia, la rigidez y la velocidad crítica del eje para evitar resonancias durante la operación.

El diseño del cuerpo de la caja también debe considerar el rendimiento del sellado para evitar fugas de aceite lubricante y la entrada de polvo e impurezas externas, a fin de garantizar una buena lubricación de las piezas internas de la transmisión y un entorno de trabajo limpio. Los métodos de sellado comunes incluyen sellado por contacto y sellado sin contacto. El sellado de contacto, como los sellos de labio, tiene un buen efecto de sellado, pero aumenta la resistencia a la fricción; El sellado sin contacto, como los sellos laberínticos, tiene un efecto de sellado relativamente débil, pero tiene baja fricción y una larga vida útil. El cuerpo de la caja generalmente está equipado con una ventana de observación y un indicador de nivel de aceite, lo que es conveniente para que los operadores observen el funcionamiento de los componentes internos y verifiquen el nivel de aceite lubricante, y realicen el mantenimiento y el mantenimiento a tiempo. Algunos ascensores de alta gama también están equipados con sensores de temperatura y sensores de vibración para monitorear la temperatura y la vibración dentro de la caja en tiempo real y emitir una alarma a tiempo cuando ocurren anomalías para evitar fallas en el equipo.

El elevador de tornillo sin fin tiene excelentes capacidades de posicionamiento de alta precisión, lo que lo hace brillar en el campo de la fabricación de precisión. En el proceso de fabricación de chips semiconductores, las obleas deben transportarse con precisión a varias estaciones de procesamiento. El elevador de tornillo sin fin puede controlar el error de posicionamiento a nivel de micras con su control de movimiento lineal de alta precisión, lo que garantiza la precisión y el rendimiento de la fabricación de chips. Tomando como ejemplo una línea de producción de oblea de 12 pulgadas, la precisión de posicionamiento del elevador de tornillo sin fin utilizado alcanza ±0,005 mm. Con el avanzado sistema de posicionamiento visual, la oblea se puede transmitir y posicionar con precisión, lo que mejora en gran medida la calidad de producción y la eficiencia del chip.

En el campo de los dispositivos médicos, como escáneres CT, robots quirúrgicos y otros equipos, los elevadores de tornillo sin fin se utilizan para ajustar con precisión la posición y el ángulo del equipo para proporcionar un diagnóstico y tratamiento precisos a los pacientes. En los robots quirúrgicos, los elevadores de tornillo sin fin deben lograr un control de movimiento de alta precisión en un espacio pequeño, y se requiere que su precisión de posicionamiento alcance ±0,02 mm para garantizar que los instrumentos quirúrgicos puedan llegar con precisión al sitio de la lesión y reducir el trauma y los riesgos quirúrgicos. Al mismo tiempo, las características de funcionamiento suave del elevador de tornillo sin fin también garantizan la seguridad y confiabilidad del proceso quirúrgico.

Los elevadores de tornillo sin fin tienen una gran capacidad de carga y pueden soportar fácilmente diversas responsabilidades pesadas en el campo industrial. En la industria de fabricación de maquinaria pesada, como prensas grandes, máquinas de moldeo por inyección y otros equipos, los elevadores de tornillo sin fin se utilizan para levantar bancos de trabajo y moldes, y pueden soportar varias toneladas o incluso decenas de toneladas de peso. Por ejemplo, en una prensa hidráulica grande de 5.000 toneladas, el elevador de tornillo sin fin equipado tiene una capacidad de carga única de hasta 100 toneladas. Mediante el trabajo coordinado de múltiples elevadores, el banco de trabajo se puede subir y bajar suavemente para satisfacer las necesidades de procesamiento de piezas de trabajo grandes.

En el campo de la ingeniería de la construcción, los elevadores de tornillo sin fin se utilizan a menudo para construir plataformas elevadoras y andamios para proporcionar un soporte confiable para el transporte de personal de construcción y materiales de construcción. En la construcción de edificios de gran altura, las grandes plataformas elevadoras utilizadas son impulsadas en paralelo por múltiples elevadores de tornillo sin fin, con una capacidad de carga total de más de 50 toneladas, que pueden transportar simultáneamente una gran cantidad de materiales y equipos de construcción, mejorando la eficiencia de la construcción. En las industrias portuaria y logística, los elevadores de tornillo sin fin se utilizan en grúas y equipos de carga y descarga para lograr una elevación y manipulación eficiente de mercancías. En las grúas para contenedores en puertos automatizados, los elevadores de tornillo sin fin pueden levantar contenedores de forma rápida y precisa, con una eficiencia de carga y descarga de 30 a 40 contenedores estándar por hora, lo que mejora en gran medida la capacidad de rendimiento del puerto.

La función de autobloqueo del elevador de tornillo sin fin es una característica importante para garantizar su funcionamiento seguro. Dado que la transmisión de tornillo sin fin tiene las características de autobloqueo inverso, cuando la fuente de energía deja de funcionar, el par de tuercas se bloqueará automáticamente para evitar que la carga se deslice hacia abajo debido a la gravedad, garantizando la seguridad del equipo y del personal. Esta característica se utiliza ampliamente en muchos campos con requisitos de seguridad extremadamente altos.

En plataformas de trabajo aéreas, ascensores y otros equipos, la función de autobloqueo es una medida de seguridad vital. Tomando como ejemplo un determinado modelo de plataforma de trabajo aérea, cuando la plataforma se eleva a la altura especificada, incluso si hay un corte de energía o una falla del sistema eléctrico, la función de autobloqueo del elevador de tornillo sin fin puede tener efecto inmediatamente, bloqueando la plataforma firmemente en su lugar para evitar que se caiga y cause accidentes de seguridad. En algunos equipos mecánicos que necesitan mantener una posición fija, como el dispositivo de posicionamiento de una línea de producción automatizada, la función de autobloqueo puede garantizar que el equipo no se desplace debido a interferencias externas durante la operación, mejorando así la estabilidad de trabajo y la confiabilidad del equipo. En la línea de ensamblaje de motores de automóviles, el elevador de tornillo sin fin utilizado para posicionar el cilindro del motor se basa en la función de autobloqueo para mantener la misma posición después de completar el posicionamiento, asegurando que el proceso de ensamblaje posterior se pueda llevar a cabo con precisión.

Las ventajas de rendimiento del elevador de tornillo sin fin lo hacen ampliamente utilizado en muchos campos. En la industria de fabricación de automóviles, se utiliza para el transporte de materiales y la puesta en marcha de equipos de la línea de producción. En la línea de ensamblaje de automóviles, el elevador de tornillo sin fin se utiliza para levantar el chasis del automóvil y facilitar a los trabajadores la instalación de componentes como motores y cajas de cambios. Al mismo tiempo, en los equipos de prueba de piezas de automóviles, el elevador de tornillo sin fin también juega un papel importante, que se utiliza para ajustar con precisión la posición del instrumento de prueba para garantizar la exactitud de los resultados de la prueba.

En el campo aeroespacial, se utiliza para la instalación y equipos de prueba de piezas de aeronaves. Durante el proceso de ensamblaje del ala de la aeronave, se requiere un elevador de tornillo sin fin de alta precisión para ajustar la posición y el ángulo del ala para garantizar la precisión de la conexión entre el ala y el fuselaje. En la torre de lanzamiento de satélites, el elevador de tornillo sin fin se utiliza para elevar el dispositivo de acoplamiento del satélite y el cohete para garantizar un acoplamiento preciso antes del lanzamiento.

En la nueva industria energética, como la generación de energía eólica, la generación de energía solar fotovoltaica y otros proyectos, el elevador de tornillo sin fin se utiliza para ajustar el ángulo y la posición del equipo de generación de energía para mejorar la eficiencia de conversión de energía. En el grupo electrógeno de turbina eólica, el elevador de tornillo sin fin se utiliza para ajustar el ángulo de la pala para que siempre esté en el mejor estado de barlovento para mejorar la eficiencia de generación de energía. En la central solar fotovoltaica, el elevador de tornillo sin fin se utiliza para accionar el sistema de seguimiento solar del panel fotovoltaico, de modo que el panel fotovoltaico pueda ajustar automáticamente el ángulo a medida que cambia la posición del sol y maximizar la recepción de energía solar.

En los campos de maquinaria escénica, instalaciones de entretenimiento, almacenamiento inteligente, etc., el elevador de tornillo sin fin también juega un papel importante. En representaciones teatrales a gran escala, mediante el control coordinado de múltiples elevadores de tornillo sin fin, se puede lograr una elevación rápida y un movimiento complejo del escenario, creando un efecto escénico rico y diverso. En instalaciones de entretenimiento, se utiliza para controlar la elevación y rotación de equipos como montañas rusas y norias. En el sistema de almacenamiento inteligente, el elevador de tornillo sin fin realiza el almacenamiento y manejo automático de mercancías, mejorando la tasa de utilización del espacio de almacenamiento y la eficiencia logística. Por ejemplo, en un determinado almacén estereoscópico automatizado, el elevador de tornillo sin fin utilizado puede almacenar y recuperar mercancías de forma rápida y precisa en carriles estrechos, y la capacidad de almacenamiento puede alcanzar más de 100 palés por hora.

Con el rápido desarrollo de la automatización industrial y la fabricación inteligente, los elevadores de tornillo sin fin también se están actualizando en la dirección de la inteligencia y la automatización. Al integrar sensores, controladores y módulos de comunicación, los elevadores de tornillo sin fin pueden monitorear el estado operativo del equipo en tiempo real, como el peso de la carga, la velocidad de operación, la temperatura y otros parámetros, y transmitir datos al sistema de control. El sistema de control ajusta automáticamente el estado operativo del ascensor según los programas y parámetros preestablecidos para lograr un control y una gestión inteligentes.

En la actualidad, han aparecido en el mercado elevadores de tornillo sin fin con funciones de diagnóstico inteligentes. Estos ascensores llevan incorporados sensores como sensores de presión, sensores de desplazamiento, sensores de temperatura, etc., que pueden recopilar datos de funcionamiento del equipo en tiempo real. Cuando el equipo presenta anomalías, como sobrecarga, sobrecalentamiento, desgaste de tornillos, etc., el sistema analizará y diagnosticará automáticamente y emitirá una señal de alarma a tiempo, al tiempo que proporciona la causa de la falla y una solución. Por ejemplo, una determinada marca de elevador de tornillo sin fin inteligente monitorea la vibración del equipo a través de un sensor de vibración incorporado. Cuando se detecta una vibración anormal, el sistema determinará automáticamente que puede ser un problema como desgaste del rodamiento o flexión del tornillo, y notificará al personal de mantenimiento para que lo revise y repare, lo que mejora en gran medida la confiabilidad y la eficiencia del mantenimiento del equipo.

En la línea de producción automatizada, el elevador de tornillo sin fin se puede vincular con otros equipos para control, ajustar automáticamente la velocidad y posición de elevación de acuerdo con el ritmo de producción y mejorar la eficiencia de producción y la calidad del producto. A través de tecnologías de comunicación como Ethernet industrial o bus de campo, el elevador de tornillo sin fin puede interactuar con PLC, robots y otros equipos para obtener datos y trabajar juntos. Por ejemplo, en la línea de producción automatizada de piezas de automóviles, cuando el robot completa el ensamblaje de una pieza, el elevador de tornillo sin fin transporta automáticamente la pieza ensamblada a la siguiente estación. Todo el proceso no requiere intervención humana, consiguiendo un alto grado de automatización en la producción.

Para satisfacer las necesidades de los equipos modernos de ligereza y miniaturización, los elevadores de tornillo sin fin están innovando constantemente en diseño, utilizando nuevos materiales y nuevos procesos para lograr ligereza y miniaturización. En términos de materiales, se utilizan aleaciones de aluminio de alta resistencia, aleaciones de titanio y otros materiales livianos para reemplazar los materiales tradicionales de hierro fundido, lo que reduce en gran medida el peso del equipo y al mismo tiempo garantiza la resistencia y el rendimiento del equipo. En comparación con los elevadores tradicionales de hierro fundido, el nuevo elevador de tornillo sin fin de aleación de aluminio tiene un peso reducido, pero no se reduce la capacidad de carga ni la vida útil.

En términos de diseño estructural, el equipo se miniaturiza optimizando la estructura del par de tornillo sin fin y tuerca, reduciendo el número y tamaño de las piezas. El concepto de diseño integrado se adopta para integrar la carcasa, el asiento del rodamiento y otros componentes, reducir las piezas de conexión y mejorar la integración del equipo. Al mismo tiempo, la estructura se optimiza mediante el uso de análisis de elementos finitos y otras tecnologías para minimizar el tamaño estructural y al mismo tiempo garantizar resistencia y rigidez. El elevador de tornillo sin fin pequeño tiene un tamaño más pequeño gracias a un diseño optimizado, pero aun así puede cumplir con los requisitos de trabajo de alta precisión y carga grande, y es adecuado para robots pequeños, equipos portátiles y otros campos.

En el contexto de la defensa global de la protección ambiental ecológica, la conservación de energía y la reducción de emisiones, los elevadores de tornillo sin fin también están adoptando activamente tecnologías ecológicas de protección ambiental y ahorro de energía. En el proceso de fabricación se utilizan materiales y procesos respetuosos con el medio ambiente para reducir el uso y la emisión de sustancias nocivas y reducir la contaminación al medio ambiente. Por ejemplo, se utiliza pintura a base de agua en lugar de la pintura tradicional a base de aceite. Los recubrimientos pueden reducir la emisión de compuestos orgánicos volátiles (COV); Se puede utilizar tecnología de procesamiento sin corte para reducir la generación de desechos metálicos.

Durante la operación, al optimizar el diseño del sistema de transmisión y seleccionar materiales lubricantes eficientes, se puede mejorar la eficiencia de transmisión del equipo y reducir el consumo de energía. La investigación y el desarrollo de nuevas formas de dientes de engranajes helicoidales, como engranajes helicoidales de doble avance y engranajes helicoidales con dientes de arco, pueden mejorar la eficiencia de la transmisión entre un 5% y un 10%. Al mismo tiempo, el desarrollo de elevadores de tornillo sin fin impulsados ​​por energía renovable, como los solares y los hidráulicos, puede reducir aún más la dependencia de la energía tradicional y lograr el objetivo de protección ambiental ecológica. En algunas centrales solares fotovoltaicas remotas, el uso de elevadores de tornillo sin fin impulsados ​​por energía solar para ajustar el ángulo de los paneles fotovoltaicos no sólo ahorra recursos eléctricos, sino que también reduce las emisiones de carbono, con buenos beneficios económicos y ambientales.

En la actualidad, el mercado de elevadores de tornillo sin fin es altamente competitivo y en él participan muchas empresas nacionales y extranjeras. Las empresas internacionales han ocupado una gran parte del mercado de alta gama con su tecnología avanzada y ventajas de marca. Estas empresas cuentan con sólidos equipos de investigación y desarrollo y sistemas de producción perfectos, y lanzan continuamente productos de elevación por tornillo sin fin de alto rendimiento y alta precisión. Por ejemplo, el elevador de tornillo sin fin de SEW adopta procesos y materiales de fabricación avanzados, con alta precisión del producto y gran confiabilidad, y se usa ampliamente en campos de alto nivel como la fabricación de automóviles y semiconductores.

Las empresas nacionales también han logrado grandes avances en los últimos años, mejorando continuamente la investigación y el desarrollo tecnológico y la calidad de los productos, y reduciendo gradualmente la brecha con el nivel avanzado internacional. Algunas empresas nacionales han desarrollado productos de elevación de tornillo sin fin con derechos de propiedad intelectual independientes mediante la innovación y la introducción de tecnología independientes, y tienen una fuerte competitividad en los mercados de gama baja y media. Al mismo tiempo, las empresas nacionales han ganado una amplia aplicación en el mercado interno y en algunos mercados emergentes en virtud de sus ventajas de costos y ventajas de servicios localizados. El elevador de tornillo sin fin desarrollado por empresas nacionales ha reducido los costos del producto al optimizar los procesos de diseño y producción, ha proporcionado servicios posventa de respuesta rápida y se ha utilizado ampliamente en

(II) Perspectivas futuras

5. Conclusión