Aplicații și avantaje ale șuruburilor cu bile în mașinile moderne

A șurub cu biletransformă mișcarea de rotație în mișcare liniară controlată prin contactul de rulare dintre arborele șurubului, piuliță și bilele de oțel recirculare. De asemenea, poate converti forța liniară înapoi în mișcare rotativă în anumite condiții de funcționare.

În comparație cu un șurub de alunecare convențional, un șurub cu bile oferă în general o eficiență mai mare a transmisiei, o frecare mai mică și o mișcare mai consistentă. Aceste caracteristici fac ca ansamblurile cu șurub cu bile să fie potrivite pentru mașini CNC, automatizări industriale, roboți și alte echipamente care necesită poziționare liniară repetabilă.

Avantajele așteptate sunt obținute numai atunci când diametrul șurubului, plumbul, precizia, preîncărcarea, structura piuliței, rulmenții de susținere, lubrifierea și alinierea instalării se potrivesc cu aplicația. Prin urmare, un șurub cu bile ar trebui să fie selectat ca parte a sistemului complet de mișcare și nu ca o componentă izolată.

Principiul de funcționare al șurubului cu bile

Arborele șurubului și piulița conțin canale de rulare elicoidale potrivite. Bilele de oțel se rotesc între aceste canale și transmit forța axială în timp ce șurubul sau piulița se rotesc. Componentele interne sau externe de retur ghidează bilele înapoi la începutul circuitului încărcat, permițând recirculare continuă.

Într-un aranjament comun, șurubul se rotește în timp ce piulița se mișcă în linie dreaptă. Unele structuri ale mașinii mențin șurubul staționar și în schimb rotesc piulița. Un aranjament-piuliță rotativă poate fi util pentru curse lungi sau aplicații în care reducerea vitezei de rotație a șuruburilor ajută la controlul limitărilor critice-de viteză.

Plumbul nominal specifică distanța liniară parcursă în timpul unei rotații a șurubului. De exemplu, un cablu de 10 mm produce aproximativ 10 mm de cursă liniară pentru fiecare revoluție completă, înainte de a lua în considerare eroarea de poziționare și deformarea elastică.

Un cablu mai mare produce o deplasare liniară mai mare la aceeași viteză de rotație, în timp ce un cablu mai mic oferă o rezoluție mecanică mai mare și o conversie a forței pentru același cuplu de intrare. Cablul corespunzător depinde de viteza, forța, capacitatea motorului și performanța de poziționare necesare.

Principalele avantaje ale șuruburilor cu bile

Mașini-unelte CNC

Strungurile CNC, mașinile de frezat, centrele de prelucrare și mașinile de șlefuit folosesc șuruburi cu bile pentru a muta mesele de lucru, glisierele pentru scule și axele de avans. Aceste aplicații necesită deplasare controlată, astfel încât unealta de tăiere să ajungă în poziția programată.

Precizia plumbului afectează poziționarea pe lungimea cursei, în timp ce jocul axial și deformarea elastică influențează inversarea și răspunsul la sarcină. Piulițele preîncărcate pot fi utilizate atunci când o axă necesită o rigiditate mai mare sau un joc redus.

Performanța mașinii-unelte depinde și de rulmenții suport, cuplarea motorului, ghidajul, rigiditatea bazei și compensarea controlului. Instalarea unui șurub cu bile-cu precizie mai mare nu poate corecta independent o structură instabilă a mașinii.

Șuruburile cu bile rulate sunt adesea potrivite pentru axele generale și auxiliare. Sunt disponibile șuruburi cu bile de precizie-pentru axele mașinii care necesită o precizie mai strânsă a cablului și performanțe de poziționare mai exigente.

Automatizare industrială

Liniile de producție automate folosesc șuruburi cu bile în stațiile de poziționare, mecanisme de preluare-și-plasare, dispozitive de fixare, dispozitive de inspecție, sisteme de distribuire și echipamente-de transfer de componente.

Aceste aplicații pot implica accelerații, decelerații și schimbări de direcție frecvente. Prin urmare, selecția trebuie să ia în considerare mai mult decât sarcina statică maximă. Ciclul de sarcină de funcționare, forța de accelerare, viteza de deplasare necesară și numărul de cicluri afectează durata de viață a șurubului și a piuliței.

Cursele scurte repetate pot împiedica răspândirea lubrifiantului pe întregul circuit al bilei. Intervalele de lubrifiere și mișcarea de funcționare pot fi ajustate atunci când o axă se deplasează în mod repetat doar pe o mică secțiune a șurubului.

Capacele sau carcasele sunt recomandate atunci când ansamblul este expus la praf, așchii de metal, resturi de ambalaj sau fluide de proces. Contaminarea poate pătrunde în piuliță și poate deteriora calea de rulare chiar și atunci când suprafața exterioară a șurubului pare doar puțin murdară.

Robotică și echipamente de manipulare

Șuruburile cu bile sunt utilizate în axele robotului, cilindrii electrici, prinderile, mecanismele de ridicare și sistemele automate de manipulare. Acestea oferă ieșire liniară controlată de la un servomotor sau un motor pas cu pas.

Mecanismele robotizate compacte necesită adesea un echilibru între diametrul șurubului, plumb, dimensiunea piuliței și spațiul de instalare disponibil. Un cablu mai mare suportă o viteză liniară mai mare, în timp ce un cablu mai mic poate oferi o forță mai mare pentru același cuplu de intrare.

Axele verticale ale robotului necesită o atenție deosebită deoarece gravitația acționează continuu asupra sarcinii în mișcare. Un șurub cu bile poate fi antrenat înapoi, în special atunci când are un avans mare și preîncărcare scăzută. Prin urmare, poate fi necesară o frână de oprire a motorului, un contrabalans sau un alt dispozitiv de siguranță.

Șuruburile cu bile nu trebuie tratate ca componente cu auto{0}}blocare. Tendința reală de mers înapoi depinde de unghiul de avans, sarcină, preîncărcare, lubrifiere și frecarea sistemului.

Echipamente medicale și de laborator

Sistemele medicale și de laborator folosesc șuruburi cu bile în mesele de poziționare, echipamente de imagistică, mecanisme de manipulare-eșantioanelor, platforme reglabile și dispozitive automate de testare.

Aceste aplicații pot prioritiza mișcarea lină, repetabilitate, dimensiuni compacte și zgomot controlat. Alegerea lubrifianților și aranjamentele de etanșare pot necesita, de asemenea, atenție atunci când echipamentul funcționează într-un mediu curat.

Precizia șurubului cu bile necesară trebuie să se bazeze pe cerințele complete ale sistemului. Rezoluția senzorului, deformarea structurală, alinierea ansamblului și schimbările de temperatură pot influența rezultatul final al poziționării.

Echipamente electronice și semiconductoare

Sistemele de fabricație a semiconductoarelor și electronice pot utiliza șuruburi cu bile pentru inspecție, asamblare, testare, distribuire și axele auxiliare de poziționare. Specificația necesară depinde dacă axa realizează poziționare de precizie sau doar transfer controlat.

Camerele curate și mediile cu-particule reduse pot necesita cantități adecvate de lubrifiant, structuri de etanșare și selecția materialelor. Sistemele de vid necesită o evaluare separată, deoarece unsoarea standard poate să nu ofere o performanță acceptabilă de degajare.

Un șurub cu bile nu este automat adecvat pentru fiecare proces cu semiconductor. Clasa de curățenie, nivelul de vid, cerințele de poziționare, viteza și restricțiile de întreținere trebuie confirmate înainte de selecție.

Producție de automobile și baterii

Producția de componente auto și liniile de producție a bateriilor folosesc șuruburi cu bile în stațiile de asamblare, dispozitive de sudură, echipamente de testare, sisteme de distribuire și mecanisme de transfer-materiale.

Aceste medii de producție necesită adesea cicluri frecvente și funcționare stabilă pe perioade lungi de lucru. Variația sarcinii, accelerația, contaminarea și accesul la relubrifiere trebuie luate în considerare în timpul proiectării axei.

Când sunt prezente stropi de sudură, particule de metal sau substanțe chimice de proces, șurubul cu bile trebuie protejat cu burduf, capace telescopice sau altă carcasă adecvată.

Mașini de ambalare și imprimare

Echipamentele de ambalare și imprimare utilizează șuruburi cu bile pentru ajustarea formatului, controlul-poziției de tăiere, mecanismele de etanșare, sistemele de înregistrare și axele de manipulare-produsului.

Multe axe de reglare se deplasează numai atunci când formatul mașinii se schimbă, în timp ce alte axe funcționează continuu la rate de ciclu mari. Aceste două modele de funcționare necesită evaluări diferite ale vitezei, duratei de viață și lubrifierii.

Praful de hârtie, fragmentele de film și resturile de ambalaj se pot acumula în jurul ansamblurilor de șuruburi expuse. Ștergătoarele și capacele ajută la reducerea contaminării, dar inspecția și curățarea regulată rămân necesare.

Limite care trebuie luate în considerare

Șuruburile cu bile oferă avantaje importante, dar au și limite de proiectare și funcționare:

• Conducere în spate:sarcinile verticale pot deplasa șurubul atunci când cuplul motorului sau forța de frânare sunt îndepărtate.
• Viteza critică:un șurub lung rotativ poate vibra dacă viteza de rotație se apropie de valoarea sa critică.
• Limită DN:viteza de circulație a bilei limitează combinația permisă de diametrul șurubului și viteza de rotație.
• flambaj:un șurub lung sub compresie poate deveni instabil înainte de a atinge sarcina statică nominală a piuliței.
• Contaminare:praful și așchiile pot deteriora canalele și sistemul de retur.
• Eroare de instalare:nealinierea crește cuplul, zgomotul, căldura și încărcarea neuniformă.
• Lubrifiere:lubrifiantul insuficient sau inadecvat reduce durata de viață.

Capacitatea de sarcină dinamică sau statică a piuliței nu trebuie interpretată ca sarcină maximă de siguranță a întregii axe. Deformarea șuruburilor, capacitatea portantă de sprijin-, rezistența arborelui, structura de montare și factorul de siguranță trebuie, de asemenea, evaluate.

Factori de selecție a șuruburilor cu bile

Un șurub cu bile adecvat nu poate fi selectat numai din diametru. Trebuie luate în considerare următoarele informații:

• Sarcini axiale maxime, medii și variabile
• Viteza și accelerația liniară necesare
• Cursa și lungimea totală a șurubului
• Instalare orizontală sau verticală
• Plumbul necesar și viteza motorului
• Acuratețea poziționării și repetabilitate
• Cerință de reacție sau preîncărcare
• Fix-acceptat, fix-fix sau alt aranjament de rulmenți
• Temperatura de funcționare și nivelul de contaminare
• Ciclul de funcționare și durata de viață estimată

Pentru proiectele de înlocuire, trebuie furnizate modelul complet de șuruburi și piulițe, lungimea totală, lungimea filetului și desenul de prelucrare-capăt. Fotografiile pot susține identificarea, dar nu înlocuiesc desenele cotate.

Pentru proiecte noi, DLY poate evalua opțiunile de șuruburi cu bile laminate sau șlefuite în funcție de aplicație. DLY furnizează în principal șuruburi cu bile-laminate la rece C5, C7 și C10 și poate oferi, de asemenea, opțiuni de împământare C0, C3 și C5, sub rezerva confirmării tehnice.

Performanța de încredere depinde de sistemul complet

Șuruburile cu bile susțin mișcare liniară eficientă, precisă și repetabilă pe mai multe tipuri de utilaje industriale. Valoarea lor practică provine din potrivirea designului șurubului și piuliței cu sarcina, viteza, precizia și cerințele de mediu ale mașinii.

Lagărele de susținere corecte, alinierea, lubrifierea, protecția împotriva contaminării și întreținerea sunt la fel de importante ca specificațiile nominale ale șurubului cu bile. Evaluarea întregii axe ajută la evitarea uzurii premature, a vibrațiilor excesive și a erorilor de poziționare neașteptate.

← Înapoi la Știrile DLY