A pereche de șuruburi cu biletransformă mișcarea de rotație în mișcare liniară controlată prin contactul de rulare dintre arborele șurubului, bilele de oțel și piulița cu bilă. Performanța sa nu este determinată doar de șurub. Geometria canalului de rulare, circulația bilelor, preîncărcarea, precizia plumbului, aranjarea suportului, lubrifierea și alinierea instalării funcționează împreună ca un singur sistem de transmisie.
Aceste tehnologii determină dacă o axă a mașinii poate ajunge la poziția dorită în mod repetat, poate inversa direcția fără mișcare pierdută excesivă și poate funcționa la viteza dorită, fără vibrații sau supraîncălzire. Acesta este motivul pentru care două ansambluri șuruburi cu bile cu același diametru nominal și plumb se pot comporta foarte diferit în echipamentul real.
Înțelegerea tehnologiilor cheie ale unei perechi de șuruburi cu bile îi ajută pe ingineri să specifice ansamblul în funcție de cerințele de sarcină, cursă, viteză și poziționare, în loc să îl selecteze numai după numărul de model.
Componente perechi de șuruburi cu bile
O pereche completă de șuruburi cu bile conține în mod normal un arbore șurub, piuliță cu bile, bile de oțel, sistem de întoarcere a bilei și garnituri sau ștergătoare. Într-o axă a mașinii, funcționează și cu rulmenți de susținere, o conexiune la motor și un sistem de lubrifiere.
| Componentă | Funcția principală | Efectul asupra performanței |
|---|---|---|
| Arborele șurubului | Oferă calea de rulare elicoidală și transmite mișcarea de rotație | Influențează precizia plumbului, capacitatea de încărcare, viteza critică și rezistența coloanei |
| Piuliță cu bilă | Conține calea de rulare potrivită și transferă sarcina axială | Afectează rigiditatea, metoda de montare și spațiul disponibil |
| Bile de oțel | Rotiți între arborele și canalele de piuliță | Afectează netezimea, distribuția sarcinii, preîncărcare și durata de viață la oboseală |
| Sistem de retur | Recirculează bilele printr-o cale închisă | Influențează viteza de funcționare, zgomotul și stabilitatea circulației |
| Stergatoare si garnituri | Limitați intrarea contaminanților și pierderile de lubrifiant | Ajută la protejarea canalelor de rulare și la extinderea duratei de funcționare |
Contact de rulare și geometrie a căii de rulare
Tehnologia centrală a unei perechi de șuruburi cu bile este înlocuirea contactului de alunecare cu contactul de rulare cu recirculare. Când șurubul sau piulița se rotesc, bilele se deplasează de-a lungul căilor de rulare elicoidale și transferă forța între cele două componente. După trecerea prin zona încărcată, bilele revin la punctul de plecare prin sistemul de circulație.
Acest mecanism reduce frecarea și permite ansamblului să funcționeze eficient sub sarcină axială. Cu toate acestea, descrierea unui șurub cu bile ca având „frecare zero” este inexactă. Contactul de rulare, etanșările, agitarea lubrifiantului, preîncărcarea și recircularea bilelor produc rezistență și căldură.
Precizia profilului pistei este deosebit de importantă. Conformitatea dintre bilă și canelura controlează zona de contact și distribuția sarcinii. Geometria slabă sau dimensiunea inconsecventă a bilei pot cauza încărcare neuniformă, fluctuație de cuplu, vibrații și oboseală prematură a suprafeței.
Tehnologia de recirculare a mingii
Deoarece bilele călătoresc continuu prin calea de rulare încărcată, ele trebuie să se întoarcă printr-o cale de circulație închisă. Modelele de retur obișnuite includ tuburi de retur exterioare, deflectoare interne și structuri de circulație-capă.
Niciun design de circulație nu este cel mai bun pentru fiecare mașină. Un design intern compact se poate potrivi echipamentelor cu spațiu de instalare limitat, în timp ce o altă structură poate fi selectată pentru o anumită cerință de plumb, viteză sau sarcină. Tranzițiile dintre calea încărcată și calea de întoarcere trebuie să permită bilelor să intre și să iasă fără probleme.
La viteze de rotație mai mari, recircularea instabilă poate crește impactul, vibrațiile, temperatura și zgomotul. Prin urmare, performanța-la viteză mare depinde de mai mult decât cablul șurubului. De asemenea, necesită o geometrie adecvată a căii de întoarcere-, distanță între bile, lubrifiere și precizie de instalare.
Precizia și poziționarea lead-ului
Cursa liniară teoretică pentru o rotație a șurubului este egală cu avansul nominal. Călătoria reală diferă ușor din cauza erorii de plumb. Precizia șurubului cu bile descrie variația permisă a acestei mișcări reale pe o lungime de cursă specificată.
Performanța de poziționare nu trebuie judecată numai după gradul de precizie. Eroarea finală a axei unei mașini poate include, de asemenea, jocul axial, deformarea elastică, mișcarea-lagărului de susținere, dilatarea termică, eroarea de cuplare, dezalinierea montajului și limitările sistemului-de feedback.
Distincție importantă:acuratețea cablului descrie eroarea de deplasare, jocul descrie mișcarea pierdută în timpul inversării și repetabilitate descrie cât de constant revine axa la aceeași poziție comandată. Acești termeni nu trebuie folosiți în mod interschimbabil.
Șuruburile cu bile laminate sunt utilizate pe scară largă în sistemele generale de automatizare și poziționare, în timp ce șuruburile cu bile de sol sunt selectate atunci când aplicația necesită o precizie mai strânsă a cablului și o geometrie mai controlată a căii de rulare. Nota corespunzătoare ar trebui să se bazeze pe performanța necesară axelor, mai degrabă decât pe presupunerea că nota cea mai înaltă este întotdeauna necesară.
Preîncărcare, reacție și rigiditate
Jocul axial intern poate produce pierderea mișcării atunci când axa inversează direcția. Preîncărcarea aplică o forță internă între bile și canale pentru a reduce jocul și a crește rigiditatea axială. Poate fi creat prin selectarea dimensiunii bile-, a unui design de cale de rulare decalată sau a unui aranjament dublu-piuliță.
Preîncărcare mai mare nu este automat mai bună. Creșterea preîncărcării poate îmbunătăți răspunsul la inversare și rigiditatea, dar crește și cuplul de frecare și generarea de căldură. Preîncărcarea excesivă poate scurta durata de viață la oboseală, poate crește solicitarea motorului și poate face ansamblul mai sensibil la dezaliniere.
Preîncărcarea corectă depinde de sarcina axială externă, rigiditatea necesară, ciclul de lucru, accelerația, viteza de funcționare și precizia instalării. Este posibil ca aplicațiile cu cerințe modeste de poziționare să nu necesite aceeași preîncărcare ca axa de avans a mașinii de precizie-unelte.
Capacitatea de încărcare și durata de viață la oboseală
Capacitatea de încărcare a șuruburilor cu bile este influențată de diametrul bilei, geometria căii de rulare, numărul de bile încărcate, numărul de circuite de circulație și starea materialului. Cataloagele oferă, în mod normal, o cotă de sarcină dinamică de bază pentru calculele de viață la oboseală-și o cotă de sarcină statică de bază pentru verificarea deformării permanente la sarcini mari sau staționare.
Durata de viață reală este puternic afectată de sarcina axială echivalentă. Sarcinile de șoc, alinierea slabă și contaminarea pot face ca sarcina reală pe bile individuale să fie mult mai mare decât sugerează forța nominală a mașinii. Deoarece durata de viață calculată la oboseală se modifică brusc odată cu sarcina, o estimare incorectă a sarcinii poate produce un rezultat nerealist de viață-de serviciu.
Prin urmare, selecția trebuie să ia în considerare sarcina normală, sarcina maximă, forța de accelerație, ciclul de funcționare și orientarea de funcționare. O axă verticală poate necesita, de asemenea, o frână sau o contrabalansare, deoarece eficiența ridicată a unui șurub cu bile poate permite deplasarea înapoi-când cuplul de antrenare este eliminat.
Viteză și viteză critică
Un avans mai mare produce o cursă mai liniară pe rotație, permițând atingerea unei viteze de avans țintă la o viteză de rotație mai mică. Cu toate acestea, plumbul afectează și cuplul de antrenare necesar, rezoluția mecanică disponibilă și designul piuliței.
Pentru un șurub rotativ, viteza maximă poate fi limitată de sistemul de circulație a bilei și de viteza critică a arborelui. Viteza critică este viteza de rotație la care șurubul se apropie de rezonanța de îndoire și începe să biciuiască sau să vibreze. Este influențată în principal de diametrul rădăcinii șurubului, lungimea nesuportată și aranjamentul-suportului la capăt.
Un șurub lung și subțire își atinge, în general, limita de viteză mai devreme decât un șurub scurt, cu diametru-mai mare. Mărirea diametrului rădăcinii, reducerea lungimii nesusținute sau utilizarea unui aranjament de sprijin mai rigid poate crește viteza de funcționare admisă. Proiectarea ar trebui să păstreze o marjă adecvată sub limita calculată, mai degrabă decât să funcționeze continuu la rezonanță.
Control termic și lubrifiere
Căldura modifică lungimea arborelui șurubului și poate crea o deviere de poziționare chiar și atunci când precizia originală a cablului este mare. Căldura poate proveni de la preîncărcare, rulmenți de susținere, etanșări, cicluri rapide și lubrifiere insuficientă sau excesivă.
Unsoarea este folosită în mod obișnuit acolo unde se preferă un aranjament simplu de întreținere, în timp ce lubrifierea cu ulei poate fi adoptată în sistemele centralizate sau cu viteză mai mare-. Tipul de lubrifiant, vâscozitatea și intervalul de completare trebuie să se potrivească cu viteza de funcționare, sarcina, temperatura și mediul înconjurător.
Echipamentele de precizie pot utiliza, de asemenea, monitorizarea temperaturii, încălzirea controlată-, compensarea termică, pretensionarea arborelui sau măsuri de răcire. Aceste metode abordează comportamentul termic la nivel de sistem, mai degrabă decât să se bazeze doar pe un grad mai mare de precizie a șuruburilor cu bile.
Suport și instalare
Perechea de șuruburi cu bile nu funcționează independent de structura sa de montare. Rulmenții de sprijin plasează șurubul axial și radial, în timp ce cuplajul îl conectează la motor. Aranjamentele obișnuite de suport includ configurații fix-free, fix-supported și fix-fix.
Nealinierea instalării poate crea o încărcare laterală pe care șurubul cu bile nu a fost proiectat să o suporte. Acest lucru poate cauza un cuplu anormal, uzură neuniformă și temperatură excesivă. Arborele șurubului, carcasa piuliței, rulmenții de susținere și sistemul de ghidare liniară trebuie să împartă alinierea corectă.
Prelucrarea la capăt trebuie, de asemenea, să se potrivească cu suporturile de rulment selectate și cu racordul motorului. Șuruburile cu bile DLY pot fi furnizate cu prelucrare la capăt specifică aplicației-și potriviteunități de sprijin cu șuruburi cu bilepentru integrarea în structura mașinii.
Parametri cheie pentru selecție
| Parametru | De ce contează | Informații de confirmat |
|---|---|---|
| Diametrul șurubului | Afectează capacitatea de încărcare, rigiditatea, rezistența la flambaj și viteza critică | Sarcina axială, lungimea totală și distanța de sprijin |
| Duce | Afectează viteza liniară, turația motorului, cuplul și rezoluția | Viteza țintă, accelerația și caracteristicile motorului |
| Gradul de precizie | Controlează variația permisă de plumb | Toleranță de poziționare și călătorie eficientă |
| Preîncărcare sau degajare | Influențează jocul, rigiditatea, cuplul și temperatura | Precizie inversare, ciclu de lucru și sarcină externă |
| Forma de nuci | Determină interfața de montare și capacitatea de încărcare disponibilă | Dimensiunile carcasei și direcția de montare |
| Aranjament suport | Afectează rigiditatea axială, viteza critică și comportamentul termic | Cursa, lungimea arborelui, viteza și spațiul de instalare |
| Mediul de operare | Determină cerințele de etanșare, lubrifiere și protecție | Praf, așchii, umiditate și temperatura ambiantă |
Aplicații
Perechile de șuruburi cu bile sunt utilizate acolo unde sunt necesare mișcări liniare controlate, capacitate de încărcare axială și poziționare repetabilă. Aplicațiile tipice includ axe de alimentare CNC, automatizări industriale, mașini de ambalare, echipamente de inspecție, echipamente semiconductoare, dispozitive medicale și sisteme de poziționare robotizate.
Nivelul tehnologic necesar diferă în funcție de aplicație. Un mecanism de transfer general poate acorda prioritate costurilor, capacității de încărcare și fiabilității, în timp ce o axă a mașinii-unelte poate pune un accent mai mare pe precizia plumbului, preîncărcare, stabilitatea termică și rigiditatea structurală. Selecția ar trebui să înceapă cu condițiile de funcționare și nu numai cu numele aplicației.
FAQ
Este o pereche de șuruburi cu bile la fel cu un șurub cu bile?Termenii sunt adesea folosiți interschimbabil. „Perechea de șuruburi cu bile” subliniază ansamblul arborelui șurubului și piuliței cu bile, inclusiv bilele și componentele de circulație, mai degrabă decât arborele șurubului singur.
Nu toate șuruburile cu bile sunt libere de joc-. Jocul axial depinde de designul intern și de starea de asamblare. Preîncărcarea adecvată poate reduce sau elimina jocul măsurabil, dar crește și cuplul de frecare și căldura.
Factorii importanți includ precizia cablului, jocul axial, preîncărcarea, deformarea elastică, rigiditatea lagărului de sprijin-, dilatarea termică, alinierea montajului și sistemul de feedback și control al mașinii.
Cauzele obișnuite includ preîncărcare excesivă, lubrifiere inadecvată, aliniere greșită, componente de circulație deteriorate, viteză excesivă și rezistență ridicată a etanșării. Sursa trebuie verificată înainte de a schimba lubrifiantul sau preîncărcarea.
Concluzie
Tehnologia cheie a unei perechi de șuruburi cu bile nu se limitează la mișcarea cu frecare redusă-. Performanța de încredere provine din interacțiunea dintre geometria căii de rulare, circulația bilei, precizia, preîncărcarea, rigiditatea, capacitatea de încărcare, controlul vitezei, lubrifierea și structura de montare.
Pentru selecție, confirmați sarcina axială, cursa efectivă, viteza țintă, cerințele de precizie, ciclul de funcționare, spațiul de montare, aranjamentul suportului și mediul de lucru. DLY poate furniza soluții de șuruburi cu bile C7 laminate și C5, inclusiv configurația piulițelor, preîncărcarea, prelucrarea la capăt și potrivirea-unității de suport.
Pentru selectarea șurubului cu bile sau confirmarea tehnică, trimiteți diametrul necesar, avansul, cursa, sarcina, viteza, gradul de precizie și desenul de prelucrare-terminală.
Referințe
- ISO 3408-1 - Șuruburi cu bile: vocabular și denumire.
- ISO 3408-3 - Șuruburi cu bile: condiții de acceptare și teste de acceptare.
- Cataloagele de inginerie ale producătorilor și manualele tehnice care acoperă precizia șuruburilor cu bile, preîncărcarea, capacitatea de încărcare și viteza critică.
