Kako biste izbjegli postizanje kritične brzine kugličnog vretena, prvo izračunajte brzinu vrtnje koju zahtijeva ciljna linearna brzina. Zatim to usporedite s kritičnom brzinom vijka, dopuštenom brzinom kuglaste matice na temelju DN i ograničenjima potpornih ležajeva, spojke i motora.
Dopuštena radna brzina određena je najnižom od ovih granica. Za dugi rotirajući vijak kritična brzina osovine često je kontrolni čimbenik jer se brzo smanjuje kako se povećava duljina nepodržanog vijka.
Što je kritična brzina kugličnog vretena?
Kritična brzina je brzina vrtnje pri kojoj se rotirajuće vijčano vratilo približava jednoj od svojih prirodnih frekvencija savijanja. Pri ovoj brzini ili blizu nje, osovina može rezonirati i razviti jake bočne vibracije, koje se obično opisuju kao bič vijka.
Moguće posljedice uključuju:
- Brzo rastuće vibracije i buka;
- Nestabilno pozicioniranje i greške u obradi površine;
- Dodatno opterećenje kuglične matice i potpornih ležajeva;
- Oštećenje spojke, brtve ili ležaja;
- Trajno savijanje ili mehanički kvar u teškim slučajevima.
Kritična brzina nije jedan fiksni broj okretaja u minuti za sve kuglaste vijake. Mijenja se s promjerom korijena vijka, neoslonjenom duljinom, stanjem krajnje potpore, ravnošću, poravnanjem instalacije i rotirajućom masom.
Nepoduprta duljina vijka i krutost krajnjeg nosača snažno utječu na kritičnu brzinu rotirajućeg kugličnog vijaka.
Kritična brzina nije jedino ograničenje brzine
Vijak može ostati ispod kritične brzine svoje osovine, ali i dalje premašiti dopuštenu brzinu sustava cirkulacije kuglice. Potpuni odabir stoga mora usporediti nekoliko granica.
| Ograničenje brzine | Ono što štiti | Glavni ulazi |
|---|---|---|
| Kritična brzina osovine vijka | Sprječava rezonanciju osovine i bočni bič | Promjer korijena, duljina bez potpore i raspored krajnjih potpora |
| Dopuštena brzina na temelju DN | Štiti sustav cirkulacije kuglice i maticu od pretjerane brzine kuglice | Promjer kugličnog kruga, struktura matice i brzina rotacije |
| Brzina nosača | Sprječava pretjeranu temperaturu ležaja i prerano oštećenje ležaja | Vrsta ležaja, predopterećenje, podmazivanje i struktura potporne jedinice |
| Ograničenje motora i spojke | Održava stabilan pogonski prijenos i kontrolu | Brzina motora, snaga spojke, inercija i ubrzanje |
Korak 1: Pretvorite linearnu brzinu u brzinu vrtnje vijka
Potrebna brzina puža izračunava se iz ciljne linearne brzine i prednosti kugličnog vijaka:
n = v × 1000 / str
n = brzina puža u o/min
v = linearna brzina u m/min
p = vodstvo kugličnog navoja u mm/okretaju
Na primjer, os koja zahtijeva linearnu brzinu od 20 m/min treba:
| Kuglični vijak | Ciljana linearna brzina | Potrebna brzina vijka |
|---|---|---|
| 5 mm | 20 m/min | 4.000 okretaja u minuti |
| 10 mm | 20 m/min | 2.000 okretaja u minuti |
| 20 mm | 20 m/min | 1.000 okretaja u minuti |
Ovaj primjer pokazuje zašto veće vodstvo može pomoći da os velike brzine ostane ispod svoje granice rotacije. To ne dokazuje da je olovnica od 20 mm automatski prikladna: okretni moment, nosivost, rezolucija pozicioniranja, brzina kruženja matice i ubrzanje i dalje se moraju provjeriti.
Korak 2: Potvrdite nepodržanu duljinu vijka
Kritična brzina vrlo je osjetljiva na nepodržanu duljinu između efektivnih točaka oslonca ležaja. Odnos je otprilike:
Kritična brzina ∝ promjer korijena ÷ nepodržana duljina2
Budući da je duljina na kvadrat, povećanje nepodržane duljine može smanjiti kritičnu brzinu mnogo ozbiljnije od očekivanog. Koristite razmak između efektivnih točaka oslonca ležaja, a ne samo zadani hod stroja ili ukupnu duljinu rezanja vijka.
Također uključite:
- Dijelovi vijaka između ležajeva za hod matice i potpornih ležajeva;
- Duljina obrađenih krajeva vratila koji utječu na položaj ležaja;
- Bilo koji prevjesni dio izvan ležišta;
- Stvarni položaj i krutost fiksnih i plutajućih nosača.
Korak 3: Koristite točan promjer korijena
Izračuni kritične brzine obično koriste korijen vijka ili manji promjer, a ne nominalni vanjski promjer otisnut u broju modela. Na primjer, nominalni kuglični vijak od 25 mm ima manji promjer korijena nakon što se formira kuglični utor.
Korištenje nominalnog promjera umjesto stvarnog proračunskog promjera će precijeniti krutost osovine i kritičnu brzinu. Uzmite promjer korijena iz tehničkih podataka proizvođača ili potvrđenog crteža vijka.
Povećanje promjera vijka općenito povećava krutost na savijanje i kritičnu brzinu, ali također povećava rotacijsku inerciju, zahtjeve motora, veličinu potporne jedinice i troškove. Stoga se odabir promjera mora provjeriti zajedno s ubrzanjem i kapacitetom motora.
Korak 4: Provjerite raspored krajnjeg nosača
Kritična brzina ovisi o tome kako je osovina vijka ograničena na oba kraja. Čvrstiji raspored potpore obično osigurava veću kritičnu brzinu od vijka s jednim slabo poduprtim ili slobodnim krajem.
| Stanje podrške | Sposobnost relativne kritične brzine | Praktična napomena |
|---|---|---|
| Fiksno–besplatno | Najniža | Općenito neprikladno za duge, velike brzine rotirajućeg vijka |
| Podržano–podržano | Viši od fiksnog–besplatno | Stvarna izvedba ovisi o zazoru ležaja i krutosti kućišta |
| Fiksno–podržano | Zajednički praktični raspored | Fiksne bočne kontrole aksijalnog položaja; plutajuća strana podupire suprotni kraj |
| Fiksno–fiksno | Najviši među uobičajenim krajnjim uvjetima | Zahtijeva pažljivo poravnanje i dizajn toplinske ekspanzije |
Samo oznake podrške nisu dovoljne. Labavi ležajevi, neispravno zatezanje sigurnosne matice, fleksibilna kućišta ili loše montažne površine mogu učiniti da se instalacija ponaša manje kruto od teorijskog rasporeda nosača.
DLY zaliheBK/BF, FK/FF i EK/EF potporne jedinice s kugličnim vijkomkoji se mogu uskladiti prema promjeru vijka, obradi kraja osovine i rasporedu ugradnje.
Izračuni kritične brzine moraju koristiti efektivnu udaljenost između stvarnih točaka oslonca ležaja.
Korak 5: Primijenite ispravnu sigurnosnu marginu
Nemojte namjerno raditi pri teoretskoj brzini rezonancije. Dopuštena radna vrijednost treba uključivati faktor sigurnosti koji je odredio proizvođač kugličnog vretena ili metodu izračuna.
Neke kataloške metode izračuna već množe teoretsku kritičnu brzinu sa sigurnosnim faktorom kao što je 0,8. Prije primjene dodatnog faktora provjerite definiciju jer se u protivnom sigurnosna granica može slučajno računati dva puta.
Konačna postavka brzine također treba uzeti u obzir:
- Tolerancije proizvodnje i ugradnje;
- Ravnost i ravnoteža vijka;
- Stanje spojke i ležaja;
- Ubrzanje, usporavanje i prijelazno prekoračenje brzine;
- Promjene u strukturi stroja tijekom dugotrajnog rada.
Praktični načini za povećanje sigurne linearne brzine
| Promjena dizajna | Zašto pomaže | Kompromis za provjeru |
|---|---|---|
| Koristite veći promjer vijka | Povećava krutost savijanja vratila i kritičnu brzinu | Veća inercija, zahtjevi motora, veličina i cijena |
| Smanjite nepodržanu duljinu | Snažno povećava kritičnu brzinu jer je duljina kvadrat | Hod, položaj ležaja i zazor hoda matice |
| Koristite veći vod | Proizvodi istu linearnu brzinu pri nižim okretajima vijka | Pogonski moment, razlučivost, vrsta matice i ograničenje DN |
| Poboljšajte krutost potpore | Povećava efektivni koeficijent krajnje fiksnosti | Prednaprezanje ležaja, poravnanje i toplinsko širenje |
| Ograničite brzinu motora u regulatoru | Sprječava stacionarno stanje i naređeno prekoračenje brzine | Stvarno vrijeme ciklusa procesa |
| Koristite raspored rotirajućih matica | Održava dugu osovinu vijka nepomičnom i izbjegava kretnju rotirajuće osovine | Složenija struktura pogona matice, ležaja i podmazivanja |
Za konvencionalne aplikacije s rotirajućim vijcima, DLYopcije za kuglični vijak velike brzinemože se pregledati prema potrebnom promjeru, vodi, brzini, hodu i strukturi matice. Dopuštena brzina vrtnje proizvoda još uvijek mora biti provjerena za stvarnu ugradnju.
Za vrlo dugu os gdje kritična brzina rotirajućeg vratila postaje glavno ograničenje, aset kugličnih vijaka s rotirajućom maticommože se uzeti u obzir jer duga osovina vijka ostaje nepomična dok se matica okreće.
Problemi s instalacijom koji mogu nalikovati vibracijama pri kritičnoj brzini
Ne znači svaka vibracija pri velikoj brzini da je dosegnuta izračunata kritična brzina. Slični simptomi mogu biti posljedica:
- Neusklađenost između motora, spojke, vijka i potpornih jedinica;
- Savijena osovina vijka ili prekomjerna pogreška ravnosti;
- Labava kućišta ležajeva ili pričvrsni vijci;
- Neispravno prednaprezanje ležaja ili zatezanje sigurnosne matice;
- Neuravnotežena spojka ili rotirajući dio;
- Oštećene komponente cirkulacije lopte;
- Problem servo-podešavanja ili strukturne rezonancije negdje drugdje u stroju.
Ako se vibracije pojave pri jednom ponovljivom broju okretaja u minuti, smanjite brzinu i provjerite cijeli sklop prije nastavka rada. Nemojte više puta prolaziti kroz jako područje rezonancije samo da biste potvrdili šum.
Informacije potrebne za provjeru brzine
Za procjenu kugličnog vretena za kritičnu brzinu i rad pri velikoj brzini, pripremite:
- Model kugličnog vretena i nazivni promjer;
- Stvarni promjer korijena ili kompletan crtež vijka;
- Vodič i broj početaka niti;
- Ukupna duljina vijka i nepodržana duljina;
- Efektivni hod i potrebna linearna brzina;
- Raspored nosača fiksne i pokretne strane;
- Maksimalna brzina motora i profil ubrzanja;
- Radno opterećenje i smjer ugradnje;
- Vrsta kuglaste matice i ograničenje DN proizvođača.
U praktičnom odabiru, sama ukupna duljina vijka nije dovoljna. DLY obično treba učinkovit hod, položaje podrške, crtež krajnje obrade, vodeću i ciljnu brzinu kako bi provjerio je li predložena konfiguracija kugličnog vretena prikladna.
Zaključak
Izbjegavanje kritične brzine kuglastog vijaka počinje izračunavanjem stvarnog broja okretaja u minuti potrebnog za ciljanu linearnu brzinu. Taj broj okretaja u minuti tada mora ostati ispod dopuštene vrijednosti određene kritičnom brzinom vratila, ograničenjem DN, potpornim ležajevima, spojkom i motorom.
Za duge ili brze osi, najučinkovitije promjene obično su povećanje promjera vijka, smanjenje neoslonjene duljine, poboljšanje krajnje potpore, povećanje prednje strane ili držanje vijka nepomičnom strukturom rotirajuće matice. Konačni dizajn također se mora provjeriti na nosivost, krutost, točnost, ubrzanje i toplinsko širenje.
Trebate li pomoć pri provjeri kritične brzine kugličnog vretena?
Pošaljite promjer vijka, visinu, nepodržanu duljinu, raspored nosača, ciljnu linearnu brzinu i crtež krajnje obrade DLY-u radi potvrde specifikacije.
