O axă de poziționare poate folosi un servomotor precis și un cadru de mașină rigid, dar totuși nu reușește să atingă repetabilitatea sau calitatea suprafeței necesare. În multe cazuri, limitarea vine de la sistemul de transmisie mecanică dintre motor și platforma în mișcare.
A șurub cu biletransformă mișcarea de rotație în mișcare liniară controlată prin contactul de rulare dintre arborele șurubului, bile și piuliță. Performanța sa practică, însă, depinde de mult mai mult decât de prezența bilelor recirculate. Precizia plumbului, jocul axial, preîncărcarea, rigiditatea, rulmenții de susținere, alinierea instalării și lubrifierea, toate afectează rezultatul poziționării finale.
Înțelegerea acestor factori îi ajută pe ingineri să aleagă un șurub cu bile ca parte a unui sistem complet de mișcare, mai degrabă decât să trateze diametrul și plumbul ca singuri parametri de selecție.
Cum un șurub cu bile transmite mișcarea
Pe arborele șurubului și în interiorul piuliței sunt formate caneluri elicoidale. Bilele încărcate se deplasează între aceste caneluri și transferă forța prin contactul de rulare. Când șurubul sau piulița se rotește, cealaltă componentă se mișcă axial în funcție de conductorul șurubului. Un sistem de retur trimite bilele înapoi în zona încărcată, astfel încât este posibilă mișcarea continuă.
Relația teoretică dintre viteza de rotație și viteza liniară este:
v=n × Ph / 60
Undeveste viteza liniară în mm/s,neste viteza de rotație în r/min șiPheste plumbul șurubului în mm.
De exemplu, un șurub cu bile de plumb de 10 mm care se rotește la 1.500 r/min produce o viteză liniară teoretică de 250 mm/s. Performanța reală a axei trebuie, de asemenea, să țină cont de accelerație, sarcină, frecare, deformare a șuruburilor și setările sistemului-de control.
Contact de rulare și eficiență a transmisiei
Șuruburile de alunecare convenționale generează frecare pe suprafețele de contact de alunecare. Într-un șurub cu bile, elementele de rulare reduc substanțial această frecare. În condiții de funcționare adecvate, eficiența transmisiei cu șurub cu bile poate ajunge în mod obișnuit la aproximativ 90% sau mai mare, deși valoarea reală depinde de unghiul de avans, preîncărcare, lubrifiere, etanșări, viteză și sarcină.
Frecarea mai mică reduce cuplul motor necesar pentru deplasarea unei sarcini date și limitează generarea de căldură în timpul funcționării repetate. De asemenea, face mai practice accelerarea rapidă și schimbările frecvente de direcție. Cu toate acestea, eficiența ridicată înseamnă că unele șuruburi cu bile pot fi antrenate înapoi-de o sarcină axială externă. Prin urmare, pe axele verticale poate fi necesar o frână sau un alt dispozitiv de reținere.
Tehnologii cheie din spatele transmisiei de precizie
| Factorul tehnic | Ceea ce controlează | Efect la nivel{0}}sistem |
|---|---|---|
| Precizia plumbului | Diferența dintre deplasarea comandată și deplasarea reală pe o cursă specificată | Precizia poziționării și consistența călătoriei |
| Jocul axial | Mișcare axială liberă între șurub și piuliță | Pierderea mișcării în timpul inversării direcției |
| Preîncărcare | Încărcare internă aplicată pentru a reduce spațiul liber și a crește rigiditatea | Răspuns la inversare, rigiditate, căldură și cuplu de rulare |
| Rigiditate axială | Rezistenta la deplasarea elastica sub forta axiala | Deviația de poziție a încărcăturii-și stabilitatea prelucrarii |
| Suport configurare | Constrângere la capetele arborelui prelucrate | Viteza critică, capacitatea de flambaj și rigiditatea totală a axei |
| Ungere și etanșare | Starea suprafețelor de contact de rulare | Uzura, temperatura, zgomotul si durata de viata |
Precizia lead-ului nu este aceeași cu repetabilitatea
Precizia derivației descrie cât de aproape deplasarea axială reală urmează cursa specificată pe o distanță definită. Este legat în principal de precizia de fabricație a șuruburilor și deviația acumulată a plumbului.
Repetabilitate descrie capacitatea unei axe de a reveni la aceeași poziție în aceleași condiții. Un sistem se poate întoarce în mod constant într-o poziție, având în continuare o eroare de deplasare previzibilă la o altă poziție. Repetabilitate este influențată de joc, preîncărcare, rigiditatea rulmentului, temperatură, reglajul servo și rezoluția feedback-ului, precum și precizia șuruburilor.
Din acest motiv, selectarea unui grad de precizie mai mare nu elimină automat toate erorile de poziționare. Precizia deplasării și repetabilitatea necesare trebuie specificate separat.
Preîncărcare, joc și rigiditate axială
Când o axă inversează direcția, jocul axial poate apărea ca mișcare pierdută înainte ca sarcina să înceapă să se miște în direcția opusă. Preîncărcarea este utilizată pentru a reduce sau elimina acest joc și pentru a îmbunătăți rigiditatea de contact între piuliță, bile și canelurile șuruburilor.
Preîncărcarea poate fi produsă printr-un aranjament dublu-piuliță, o piuliță cu pas decalat-sau dimensiuni ale bilei selectate, în funcție de design. Oșurub cu bile-dublă, de exemplu, poate aplica preîncărcare între două secțiuni de piuliță și este adesea luată în considerare acolo unde sunt necesare un joc axial scăzut și o rigiditate mai mare.
Mai multă preîncărcare nu este întotdeauna mai bună. Preîncărcarea excesivă crește cuplul de rulare, căldura de frecare și stresul de contact intern. Poate reduce viteza atinsă și poate scurta durata de viață. Nivelul corect de preîncărcare ar trebui să se potrivească cu sarcina aplicată, ciclul de lucru, cerințele de poziționare și condițiile termice.
Rigiditatea trebuie evaluată ca sistem
Deplasarea axială totală a unei axe de avans nu este determinată numai de piuliță. Arborele șurubului se întinde sau se comprimă sub sarcină, în timp ce piulița, rulmenții de susținere, carcasa rulmentului, cuplajul, suprafețele de montare și cadrul mașinii se deformează și ele.
Cea mai slabă parte a acestui lanț mecanic poate limita rigiditatea generală. Prin urmare, creșterea preîncărcării piuliței va oferi o îmbunătățire limitată dacă șurubul este prea subțire, lungimea nesusținută este excesivă sau carcasa rulmentului nu are rigiditate.
Expansiunea termică trebuie luată în considerare și pe axele lungi sau cu viteză mare-. Căldura generată de piuliță, rulmenți și echipamentele adiacente poate modifica lungimea efectivă a șurubului. În funcție de proiectarea mașinii, efectele termice pot fi controlate prin lubrifiere, răcire, aranjarea rulmenților, compensarea temperaturii sau instalarea cu șuruburi tensionate.
Rulmenți suport și prelucrarea finală
Rulmenții de susținere de precizie plasează șurubul axial și ajută la rezistența la forță într-una sau ambele direcții. Aranjamentul de susținere-capătului afectează rigiditatea arborelui, viteza critică și rezistența la flambaj la compresiune.
Aranjamentele comune includ configurații fix-free, fix-supported și fix-fix. Montarea fără fix este simplă din punct de vedere structural, dar oferă o viteză critică mai mică-și capacitate de flambaj. Aranjamentele fix-sprijinit și fix-fix sunt în general mai potrivite pe măsură ce lungimea șurubului, viteza de rotație sau sarcina axială crește.
Prelucrarea la capăt trebuie să corespundă cu unitățile de rulmenți, piulița de blocare, cuplarea și dimensiunile de montare selectate. Potrivirile incorecte ale rulmentului, geometria umerilor sau concentricitatea-capetelor arborelui pot introduce vibrații și eroare de poziționare chiar și atunci când șurubul în sine are o precizie adecvată.
Limite de viteză și sarcină de compresiune
Un șurub cu bile nu ar trebui să fie selectat numai prin viteza liniară. Viteza de rotație crește pe măsură ce viteza liniară solicitată crește sau avansul scade. Un șurub lung rotativ se poate apropia de viteza sa critică și poate începe să vibreze. Viteza de funcționare admisă depinde, de asemenea, de diametrul șurubului, lungimea nesuportată, starea de sprijin-capătului, proiectarea circulației piuliței și lubrifiere.
Când arborele șurubului este supus la compresiune, trebuie verificată și capacitatea de flambaj. Un diametru mai mic al rădăcinii și o lungime mai mare nesuportată reduc sarcina de compresiune admisă. Viteza critică și calculele de flambaj ar trebui să includă o marjă de siguranță adecvată, mai degrabă decât să utilizeze valori limită teoretice ca condiții de funcționare continuă.
Capacitatea de încărcare și durata de viață
Capacitatea de sarcină dinamică este utilizată atunci când se estimează durata de viață la oboseală în cazul mișcării repetate, în timp ce cota de sarcină statică se referă la riscul de deformare permanentă la sarcina maximă sau de impact. Selecția ar trebui să se bazeze pe ciclul de funcționare real și nu numai pe sarcina maximă.
Un ciclu de funcționare realist include accelerația, deplasarea cu-viteză constantă, decelerația, timpul de așteptare și orice modificare a direcției sarcinii. Șocul, vibrațiile, alinierea slabă și contaminarea pot reduce durata de viață practică chiar și atunci când un calcul de evaluare de bază pare suficient.
Ungere, etanșare și instalare
Lubrifiantul separă suprafețele de contact de rulare, reduce uzura și ajută la controlul căldurii de frecare. Tipul corect de lubrifiant și intervalul de completare depind de viteză, sarcină, cursă, temperatura de funcționare și condițiile de mediu.
Ștergătoarele și etanșările ajută la limitarea pătrunderii prafului și așchiilor, dar nu înlocuiesc protecția externă în mediile puternic contaminate. Burduf, capace sau structuri de axe închise pot fi necesare în jurul resturi de prelucrare, particule abrazive sau contaminare cu lichid.
Alinierea instalării este la fel de importantă. Forțarea piuliței sau a rulmenților de susținere într-o poziție nealiniată creează încărcare internă anormală. Suprafețele de montare trebuie să fie curate și plane, carcasele rulmenților trebuie aliniate cu axa șurubului, iar piulița trebuie deplasată pe toată cursa înainte de strângerea finală.
Cerințe de aplicare
| Aplicație | Prioritate tipică | Puncte de confirmat |
|---|---|---|
| Axa de avans CNC | Rigiditate și precizie de poziționare | Gradul de precizie, preîncărcare, sarcină de tăiere și aranjare a rulmenților |
| Echipamente de automatizare | Viteza ciclului și repetabilitatea | Plumb, accelerație, cursă, ciclu de funcționare și lubrifiere |
| Echipamente de inspectie | Mișcare lină și variație de poziție joasă | Precizia deplasării, stabilitatea termică și alinierea instalării |
| Axa verticală de ridicare | Reținerea sarcinii și siguranță | Flambare, deplasare înapoi-, frână de motor și sarcină axială maximă |
| Axa cursă lungă- | Viteza critică și comportament termic | Diametrul rădăcinii, lungimea nesuportată, suporturile și viteza de funcționare |
Informații necesare pentru selecție
Înainte de a confirma specificațiile unui șurub cu bile, pregătiți următoarele informații de operare:
- Cursa necesară și lungimea totală de instalare
- Viteza liniară maximă și continuă
- Accelerația, decelerația și frecvența ciclului
- Masa în mișcare, forța axială externă și sarcina de impact
- Precizie și repetabilitate de poziționare necesare
- Instalare orizontală, verticală sau înclinată
- Durata de viață estimată și timpul de funcționare zilnic
- Temperatura, praful, chipsurile, umiditatea și alte condiții de mediu
- Dimensiuni disponibile-lagăr și arbore-lagăr de sprijin
Aceste condiții sunt utilizate pentru a determina diametrul șurubului, plumbul, tipul piuliței, precizia, preîncărcarea, capacitatea de încărcare, aranjarea suportului și cerințele de lubrifiere. Pentru poziționare industrială standard, un rulouȘurub cu bile SFUpot fi potrivite, în timp ce aplicațiile care necesită rigiditate, spațiu liber sau caracteristici de instalare diferite pot necesita o altă configurație a piuliței.
FAQ
Un grad de precizie mai mare garantează o repetabilitate mai bună?Concluzie
Valoarea unui șurub cu bile în transmisia de precizie provine din controlul coordonat al contactului de rulare, preciziei plumbului, jocului, preîncărcării, rigidității și condițiilor de sprijin. Performanța sa finală este, de asemenea, modelată de lubrifiere, alinierea instalării, comportamentul termic și sistemul de control al mașinii.
Prin urmare, un șurub cu bile adecvat nu este doar modelul cu cea mai mică eroare de plumb sau cu cea mai mare capacitate de sarcină. Este specificația care îndeplinește obiectivele necesare privind viteza, acuratețea, rigiditatea și durata de viață-în cadrul ciclului de operare real.
Referințe
- Seria ISO 3408 - Șuruburi cu bile
- Ghid tehnic cu șurub de rulare care acoperă capacitatea de încărcare, rigiditatea, viteza critică și calculele de flambaj
Aveți nevoie de ajutor pentru a confirma specificația unui șurub cu bile?
Trimiteți cursa, viteza, sarcina, direcția de instalare și cerințele de precizie către DLY pentru confirmare tehnică.
Contactaţi-neE-mail:export@dlybearing.com
