O axă verticală a mașinii se poate opri cu precizie în timp ce motorul este alimentat și totuși devine nesigură în momentul în care este întreruptă alimentarea. Motivul este simplu: un șurub cu bile poate susține și deplasa o sarcină verticală atunci când este dimensionat corect, dar contactul său eficient de rulare permite în mod normal sarcinii să conducă șurubul în sens invers.
Pentru o verticalășurub cu bileaxa, capacitatea de încărcare și reținerea sarcinii sunt așadar două întrebări diferite de proiectare. Șurubul, piulița, rulmenții de susținere și motorul trebuie să suporte forța de acționare, în timp ce o frână sau un alt dispozitiv independent trebuie să controleze mișcarea în jos neintenționată în timpul unei pierderi de putere, oprire de urgență sau defecțiune a conducerii.
Această distincție contează în axele CNC Z, mesele de ridicare, stațiile de ambalare verticale, echipamentele de inspecție, mașinile de asamblare și alte sisteme în care gravitația acționează continuu asupra masei în mișcare.
Capacitate de încărcare verticală
Un șurub cu bile poate transporta și poziționa o sarcină verticală în limitele de sarcină axială, durată, viteză și rigiditate. Cu toate acestea, în mod normal nu ar trebui tratat ca un dispozitiv cu auto-blocare. Când cuplul de antrenare dispare, gravitația aplică forță axială piuliței. Deoarece contactul de rulare produce frecare scăzută, acea forță axială poate genera cuplu invers și poate roti șurubul.
Raspunsul practic:un șurub cu bile poate suporta o sarcină verticală, dar întreaga axă are nevoie de o metodă verificată de reținere a sarcinii-dacă coborârea necontrolată ar putea deteriora mașina sau poate răni o persoană.
Cuplul de menținere a motorului poate menține poziția în timp ce unitatea rămâne sub tensiune. Nu oferă aceeași protecție după pierderea energiei electrice. De asemenea, o piuliță preîncărcată îmbunătățește rigiditatea axială și reduce jocul, dar nu face șurubul cu bile să se auto-blocheze în mod fiabil.
De ce apare backdriving
Un șurub cu bile este proiectat pentru a transforma rotația motorului în mișcare liniară eficientă. Același mecanism poate funcționa invers: forța axială asupra piuliței poate produce rotație la arborele șurubului. Acest lucru este cunoscut sub numele de backdriving.
Tendința la backdrive este influențată de mai mulți factori:
- Duce:un cablu mai mare produce, în general, mai mult cuplu invers pentru aceeași sarcină axială.
- Eficiență inversă:contactul eficient de rulare face mișcarea inversă mai ușoară decât ar fi cu un șurub de alunecare cu frecare mare-.
- Masa in miscare:masa, sculele, piesa de prelucrat și mecanismele atașate contribuie toate la sarcina gravitațională.
- Accelerație și decelerare:forța dinamică poate depăși forța cauzată numai de gravitație.
- Forța externă a procesului:forțele de tăiere, presare sau manipulare pot acționa cu sau împotriva gravitației.
- Pierderile de-trenuri cu mașina:garniturile, rulmenții, ghidajele și motorul adaugă rezistență, dar această rezistență variabilă nu trebuie utilizată ca frână de siguranță.
Direcția firului nu rezolvă problema. Un șurub-din stânga inversează relația dintre rotația șurubului și deplasarea piuliței, dar gravitația îl poate duce în spate în direcția de rotație corespunzătoare.
Forța gravitațională și cuplul invers
Prima estimare este forța descendentă creată de masa totală în mișcare:
unde Fgeste forța gravitațională în newtoni, m este masa totală în mișcare în kilograme și g este aproximativ 9,81 m/s².
Un cuplu invers aproximativ la arborele șurubului poate fi exprimat astfel:
unde Tspateeste cuplul invers în N·m, F este forța axială în newtoni, P este plumbul șurubului în metri pe rotație și ηreste eficiența inversă.
De exemplu, un ansamblu în mișcare de 120 kg produce aproximativ 1.177 N de forță gravitațională. Cu un avans de 10 mm și o eficiență inversă presupusă de 0,85, cuplul estimat-generat de gravitație este de aproximativ 1,59 N·m:
Aceasta este doar o estimare a gravitației. Dimensionarea frânei și a motorului trebuie să ia în considerare și accelerația, forța procesului, raportul de transmisie, inerția componentelor, variația eficienței, timpul de oprire necesar și un factor de siguranță adecvat. Frâna selectată trebuie verificată utilizând cuplul de reținere permis de producător, serviciul de-oprire de urgență, timpul de cuplare și datele de viață-de viață.
Încărcați-Metodele de menținere
| Metodă | Funcția principală | Limitare importantă |
|---|---|---|
| Cuplul de menținere al servo | Menține poziția comandată în timp ce unitatea este alimentată și controlează motorul. | Nu este un dispozitiv independent de oprire-. |
| Frână de oprire a motorului | Ține axa după ce motorul se oprește sau este întreruptă alimentarea. | Multe frâne de oprire nu au scopul de a absorbi opririle repetate de viteză completă-. |
| Frână sau clemă de axă | Acționează direct asupra axei sau șinei în mișcare și poate oferi o reținere independentă. | Instalarea, monitorizarea eliberării și energia de oprire admisibilă trebuie verificate. |
| Contragreutate sau contrabalansare | Reduce sarcina gravitațională netă, cuplul motorului și cererea de menținere a frânei. | Reduce dezechilibrul, dar nu asigură automat o funcție de siguranță completă. |
| Dispozitiv secundar de siguranță | Prinde sau reține sarcina în cazul în care unitatea primară sau frâna se defectează. | Adecvarea sa depinde de evaluarea riscului mașinii și de performanța de siguranță necesară. |
O secvență obișnuită de control este de a menține servo-ul sub tensiune în timp ce frâna se eliberează, de a muta axa, de a opri sub control servo, de a aplica frâna și abia apoi de a îndepărta cuplul motorului. Eliberarea frânei înainte ca motorul să fi stabilit cuplul de menținere poate permite o cădere scurtă, dar dăunătoare. Logica de sincronizare și feedback ar trebui verificată în timpul punerii în funcțiune sub sarcina maximă așteptată.
Condiții de forță pe axa verticală
Un calcul corect al axei verticale-separă diferitele condiții de funcționare în loc să verifice doar greutatea statică.
| Stare | Considerarea forței | Verificarea designului |
|---|---|---|
| Staţionar | Gravitația și orice forță de proces susținută | Capacitatea de reținere a frânei și sarcina axială statică |
| Accelerând în sus | Gravitația plus forța de accelerație și frecare | Cuplul maxim al motorului și sarcina maximă a șurubului |
| Se deplasează cu viteză constantă | Gravitație, frecare și forță de proces | Cuplu motor continuu și sarcină termică |
| Mișcare în jos controlată | Gravitația conduce axa în timp ce motorul reglează coborârea | Funcționare regenerativă, capacitatea de antrenare și controlul supravitezei |
| Pierdere de putere sau defecțiune | Forță gravitațională necontrolată până când sistemul de reținere se cuplează | Răspunsul la frânare, distanța de oprire și protecție secundară |
Sarcina axială medie pe un ciclu de funcționare este utilizată pentru calcularea duratei de viață a șurubului cu bile, în timp ce cea mai mare sarcină de funcționare trebuie să rămână în limitele statice și dinamice aplicabile. Acestea sunt separate de calculul-frânei de oprire.
Orientarea șuruburilor și suportul de capăt
Atunci când configurația mașinii o permite, plasarea lagărului fix și a capătului de antrenare deasupra piuliței mobile poate menține mai mult din șurub în tensiune sub gravitație. Un șurub încărcat în principal în tensiune nu este supus flambajului coloanei în același mod ca un șurub lung împins în compresie.
Dacă sarcina verticală pune arborele în compresie, trebuie verificate diametrul rădăcinii, lungimea nesuportată și starea de sprijin-la capăt. Acest lucru este acoperit separat încalculul flambajului șurubului cu bile. De asemenea, șurubul trebuie verificat pentru viteza critică, capacitatea de suport-și alinierea.
Un aranjament obișnuit cu șuruburi rotative-utiliză o unitate de rulment fix la capătul de antrenare pentru a controla poziția axială și radială, cu un lagăr de susținere la capătul opus pentru a permite o rotație stabilă. Aranjamentul real al suportului trebuie să se potrivească cu prelucrarea-capătului arborelui, viteza, sarcina axială și rigiditatea necesară.
Erori comune de proiectare
- Presupunând că un servo staționar este o frână-de oprire:cuplul de control dispare atunci când unitatea nu poate furniza energie.
- Utilizarea preîncărcării ca o caracteristică de siguranță:preîncărcarea îmbunătățește rigiditatea și performanța jocului, nu o reținere fiabilă a sarcinii.
- Selectarea unei frâne numai din cuplul gravitațional:Energia de oprire de urgență, întârzierea de cuplare și sarcina dinamică maximă pot guverna selecția.
- Ignorând masa totală în mișcare:trebuie incluse scule, accesorii, piese de prelucrat, cabluri și mecanisme auxiliare.
- Verificarea numai a capacității de încărcare a șuruburilor:durata de viață a piuliței, flambajul arborelui, rulmenții de susținere, cuplul motorului, capacitatea de cuplare și performanța frânei sunt limite diferite.
- Acționarea frânei în timpul fiecărei opriri{0}}normale de mare viteză:o frână de staționare se poate uza rapid dacă este utilizată ca frână de serviciu, cu excepția cazului în care este prevăzută special pentru această sarcină.
Concluzie
Un șurub cu bile se poate mișca și suporta o sarcină verticală, dar eficiența ridicată a transmisiei face posibilă și mersul înapoi. Prin urmare, designul fiabil al axei verticale-separă controlul mișcării de menținerea sarcinii. Șurubul și motorul controlează mișcarea normală; frâna, clema sau alt sistem de reținere controlează sarcina atunci când cuplul nu este disponibil.
Designul ar trebui să țină cont de masa totală în mișcare, avans, cuplu invers, accelerație, forță de proces, răspunsul la frânare și aranjamentul-supportului final. Preîncărcarea și direcția filetului nu trebuie tratate ca înlocuitori pentru o frână verificată. În cazul în care coborârea neintenționată creează un pericol semnificativ, trebuie selectat un dispozitiv secundar independent prin evaluarea formală a riscurilor a mașinii.
Referințe
- ISO 3408-1, Șuruburi cu bile - Vocabular și denumire.
- Catalogul tehnic general al șuruburilor cu bile, secțiuni care acoperă relațiile de tracțiune-la-cuplu, eficiența inversă, unitățile de sprijin și flambajul-șuruburilor arborelui.
Aveți nevoie de confirmare tehnică pentru o axă verticală cu șurub cu bile?
DLY vă poate ajuta să verificați diametrul șurubului, plumbul, sarcina axială, viteza și aranjamentul-capetelor pentru aplicația dvs.
