Rigiditatea șuruburilor cu bile afectează precizia de poziționare, stabilitatea prelucrarii și răspunsul unui sistem de mișcare liniară sub sarcină axială. Cu toate acestea, valoarea măsurată pe o axă asamblată nu este determinată numai de piulița cu bile. Arborele șurub, rulmenții de susținere, carcasele rulmenților, suportul piuliței și dispozitivul de testare pot contribui toate la deplasarea măsurată.
Din acest motiv, măsurarea rigidității axiale a șuruburilor cu bile necesită mai mult decât aplicarea unei forțe și înregistrarea unei singure valori de deplasare. Direcția de încărcare, preîncărcarea, starea de montare, temperatura și deformarea echipamentului de testare trebuie de asemenea controlate.
Ce este rigiditatea axială a șurubului cu bile?
Rigiditatea axială descrie rezistența unui ansamblu șurub cu bile la deplasarea elastică sub o sarcină axială. Într-un interval de sarcină specificat, acesta poate fi exprimat astfel:
k = ΔF / Δδ
Undekeste rigiditatea axială,ΔFeste modificarea sarcinii axiale șiΔδeste modificarea corespunzătoare a deplasării axiale.
Rigiditatea șurubului cu bile este exprimată în mod obișnuit în N/μm sau N/mm. O valoare mai mare înseamnă că are loc o deplasare elastică mai mică sub aceeași sarcină axială.
Relația sarcină-deplasare a contactului bilă-canelură nu este perfect liniară. Prin urmare, rigiditatea ar trebui raportată în mod normal pentru un domeniu de sarcină definit, mai degrabă decât ca o singură valoare universală. În funcție de scopul testului, inginerii pot utiliza fie:
- Rigiditatea secantei:modificarea sarcinii împărțită la modificarea totală a deplasării pe un interval specificat.
- Rigiditatea tangentei:panta locală a curbei sarcină-deplasare la o anumită sarcină de funcționare.
Componente care afectează rigiditatea măsurată
Când este testată o axă completă a șurubului cu bile, rezultatul măsurat reprezintă rigiditatea combinată a mai multor componente:
- Piulița șurubului cu bile și contactele bilă la canal de rulare
- Extinderea sau compresia axială a arborelui șurubului
- Aranjamentul lagărelor pe partea fixă și pe partea susținută
- Carcasa piuliței și suportul de montare
- Carcasa rulmentului și structura mașinii
- Dispozitivul de montare a dispozitivului de testare, a celulei de sarcină și a senzorului
Aceste elemente se comportă aproximativ ca arcuri conectate în serie. Rigiditatea axială combinată poate fi reprezentată prin:
1/ktotal= 1/kpiuliţă+ 1/karborele+ 1/krulment+ 1/kparanteză+…
Aceasta explică de ce o axă asamblată poate avea o rigiditate substanțial mai mică decât valoarea teoretică a rigidității enumerată numai pentru piulița cu bile.
Testarea sarcinii statice
Încărcarea axială statică este metoda cea mai directă de măsurare a rigidității șuruburilor cu bile. Șurubul cu bile este montat într-un dispozitiv de testare sau în aranjamentul propriu al mașinii și se aplică o forță axială controlată în timp ce deplasarea rezultată este înregistrată.
Echipament necesar
- Un cadru de testare rigid
- Un dispozitiv de încărcare hidraulic, pneumatic, cu șuruburi sau electromecanic
- O celulă de sarcină calibrată
- Un LVDT, senzor de deplasare laser sau indicator cadran de înaltă rezoluție
- Senzorii de temperatură când efectele termice pot influența rezultatul
Procedura de testare recomandată
- Montați șurubul cu bile în aranjamentul de sprijin prevăzut.Înregistrați dacă folosește montaj fix-fix, fix-sprijin sau fix-free.
- Aliniați axa de încărcare.Forța aplicată trebuie să fie concentrică cu axa șurubului pentru a preveni includerea îndoirii în citirea deplasării.
- Instalați senzorul de deplasare aproape de interfața măsurată.Măsurarea componentelor de fixare inutile va adăuga deformarea acestora la rezultat.
- Aplicați o încărcătură mică de scaun.Acest lucru ajută la reglarea contactelor și reduce erorile cauzate de așezarea incompletă sau spațiul de montare.
- Încărcați ansamblul în trepte controlate.Înregistrați forța și deplasarea la fiecare pas fără a depăși sarcina de funcționare specificată sau sarcina axială admisă.
- Descărcați ansamblul în aceleași trepte.Compararea curbelor de încărcare și descărcare poate evidenția jocul, histerezis, frecare sau mișcare în dispozitiv.
- Repetați testul în direcția axială opusă.Rezultatele bidirecționale sunt importante pentru evaluarea preîncărcării și jocului axial.
- Calculați rigiditatea în domeniul de sarcină relevant.Domeniul selectat trebuie să corespundă sarcinii de lucru reale a mașinii.
Cum se interpretează curba sarcină-deplasare
Un șurub cu bile preîncărcat ar trebui să producă, în mod normal, o curbă lină sarcină-deplasare, cu o deplasare relativ mică în apropierea punctului de inversare a sarcinii. O zonă moartă vizibilă în jurul sarcinii zero poate indica joc axial, piese de montaj slăbite sau mișcare între piuliță și suportul acesteia.
Dacă curbele de încărcare și descărcare nu urmează aceeași cale, diferența este histerezisul. Cauzele posibile includ frecarea etanșării, rezistența la lubrifiant, ușoară nealiniere, așezarea contactului sau deformarea în structura de montare.
Deoarece rigiditatea se modifică odată cu sarcina, raportul de încercare ar trebui să includă curba completă sarcină-deplasare ori de câte ori este posibil. Cel puțin, ar trebui să precizeze:
Rigiditatea și unitatea măsurate
Domeniul de sarcină utilizat pentru calcul
Direcția de încărcare
Modelul șurubului cu bile și starea de preîncărcare
Lungimea șurubului și poziția piuliței
Aranjamentul rulmentului de susținere
Temperatura de testare și starea de lubrifiere
Separarea rigidității șuruburilor cu bile de deformarea dispozitivului de fixare
O eroare obișnuită de măsurare este tratarea mișcării totale a cadrului de testare ca deformare a șurubului cu bile. Chiar și un dispozitiv cu aspect rigid se poate devia sub o sarcină axială mare.
Conformitatea dispozitivului de fixare poate fi determinată prin calibrare sau prin testarea unei componente de referință cu o rigiditate mult mai mare. Deplasarea dispozitivului de fixare la fiecare sarcină poate fi apoi scăzută din deplasarea totală măsurată:
δșurub cu bile= δmăsurat− δfixare
Pentru o axă de mașină asamblată, senzorii pot fi, de asemenea, poziționați la diferite interfețe pentru a identifica unde are loc deplasarea. De exemplu, măsurarea între arborele șurubului și carcasa piuliței se concentrează mai îndeaproape pe ansamblul piuliței, în timp ce mișcarea mesei de măsurare în raport cu baza mașinii include întreaga structură de alimentare.
Testarea dinamică a rigidității
Testarea statică evaluează deformarea sub sarcini aplicate încet. Testarea dinamică este utilizată atunci când vibrația, rezonanța și răspunsul servo sunt importante. Ansamblul poate fi excitat folosind un ciocan de impact, un agitator sau o intrare controlată a motorului în timp ce se măsoară forța, accelerația sau deplasarea.
Analiza modală poate identifica frecvențele naturale, amortizarea și formele modului. Cu toate acestea, frecvența naturală singură nu asigură rigiditatea șurubului cu bile decât dacă masa efectivă în mișcare și condițiile de limită sunt, de asemenea, cunoscute. Pentru un sistem simplificat cu un singur grad de libertate:
k = m(2πfn)²
Aici,meste masa efectivă şifneste frecvența naturală. Sistemele reale de alimentare cu șurub cu bile au de obicei mai multe moduri de vibrație, așa că rezultatele dinamice trebuie interpretate folosind un model de sistem adecvat.
Estimare analitică
Rigiditatea șurubului cu bile poate fi, de asemenea, estimată înainte de testarea fizică. Calculul poate include deformarea hertziană de contact între bile și canale de rulare, deformarea axială a arborelui șurubului, rigiditatea lagărului de susținere și deformarea structurii de montare.
Analiza cu elemente finite poate fi utilă pentru evaluarea carcaselor și consolelor complexe, dar precizia acesteia depinde de condițiile de contact realiste, proprietățile materialului, preîncărcare și condițiile limită. Prin urmare, valorile analitice ar trebui verificate în raport cu datele de testare atunci când precizia de poziționare este critică.
Factori care trebuie controlați în timpul testării
Preîncărcare și joc axial
Preîncărcarea reduce jocul axial și crește rigiditatea piuliței prin menținerea contactului între bile și canalele de rulare. Cu toate acestea, preîncărcarea excesivă crește frecarea, generarea de căldură și sarcina internă, ceea ce poate scurta durata de viață. Condiția de preîncărcare utilizată în timpul testării trebuie să se potrivească cu condiția de funcționare prevăzută.
Lungimea șuruburilor și poziția piuliței
Arborele șurubului se întinde sau se comprimă sub sarcină axială. Contribuția sa la deplasarea totală crește odată cu lungimea efectivă a arborelui și scade pe măsură ce diametrul rădăcinii crește. În consecință, rigiditatea măsurată cu piulița în apropierea unui capăt al șurubului poate diferi de rigiditatea măsurată într-o altă poziție.
Rulmenti de sustinere
Tipul, aranjarea și preîncărcarea rulmenților de susținere afectează direct rigiditatea sistemului. Un aranjament fix-fix se comportă în general diferit de montajul fix-sprijin sau fix-liber. Trebuie luate în considerare și rigiditatea carcasei rulmentului și potrivirea la capătul arborelui.
DLY oferă potrivireunități de sprijin cu șuruburi cu bilepentru diferite capete de arbore și aranjamente de montare.
Temperatură
Schimbările de temperatură pot modifica preîncărcarea, lungimea șurubului și potrivirea rulmentului. Lăsați asamblarea și echipamentul de măsurare să atingă o temperatură stabilă înainte de testare. Temperatura ar trebui, de asemenea, înregistrată atunci când se compară măsurătorile efectuate la momente diferite.
Lubrifiere
Ungerea are o influență directă mai mare asupra frecării, temperaturii și histerezii decât asupra rigidității elastice de bază a componentelor din oțel. Pentru a obține rezultate repetabile, utilizați lubrifiantul specificat și mențineți tipul, cantitatea și distribuția de lubrifiant consistente între teste.
Concluzie
Cel mai practic mod de a măsura rigiditatea axială a șuruburilor cu bile este aplicarea unei sarcini axiale controlate și înregistrarea deplasării corespunzătoare în ambele direcții. Rezultatele precise necesită o aliniere atentă, senzori de sarcină și deplasare calibrați, un domeniu de sarcină clar definit și compensare pentru deformarea dispozitivului de fixare.
Când se măsoară axa completă de avans, rezultatul reprezintă rigiditatea combinată a piuliței cu bile, a arborelui șurubului, a rulmenților de susținere, a consolelor și a structurii mașinii. Aceste componente trebuie evaluate separat atunci când rigiditatea măsurată este mai mică decât cea estimată.
Pentru selectarea șuruburilor cu bile, opțiunile de preîncărcare sau cerințele de prelucrare a capătului arborelui, vizualizați DLY-urigama de șuruburi cu bilesau trimiteți-ne diametrul șurubului, plumbul, cursa, sarcina și aranjamentul de montare.
