Krutost kugličnog vijaka utječe na točnost pozicioniranja, stabilnost strojne obrade i odziv sustava linearnog gibanja pod aksijalnim opterećenjem. Međutim, vrijednost izmjerena na sastavljenoj osi nije određena samo kuglastom maticom. Osovina vijka, potporni ležajevi, kućišta ležaja, držač matice i ispitna naprava mogu doprinijeti izmjerenom pomaku.
Iz tog razloga, mjerenje aksijalne krutosti kugličnog vretena zahtijeva više od primjene sile i bilježenja jedne vrijednosti pomaka. Smjer opterećenja, predopterećenje, uvjeti ugradnje, temperatura i deformacija ispitne opreme također se moraju kontrolirati.
Što je aksijalna krutost kugličnog vijaka?
Aksijalna krutost opisuje otpor sklopa kugličnog navoja na elastični pomak pod aksijalnim opterećenjem. Unutar određenog raspona opterećenja, može se izraziti kao:
k = ΔF / Δδ
Gdjekje aksijalna krutost,ΔFje promjena aksijalnog opterećenja, iΔδje odgovarajuća promjena aksijalnog pomaka.
Krutost kugličnog vijaka obično se izražava u N/μm ili N/mm. Veća vrijednost znači da dolazi do manjeg elastičnog pomaka pod istim aksijalnim opterećenjem.
Odnos opterećenja i pomaka kontakta kuglice i utora nije savršeno linearan. Stoga se krutost obično treba prijaviti za definirani raspon opterećenja, a ne kao jedna univerzalna vrijednost. Ovisno o svrsi ispitivanja, inženjeri mogu koristiti ili:
- Sekantna krutost:promjena opterećenja podijeljena s ukupnom promjenom pomaka tijekom određenog intervala.
- Tangentna krutost:lokalni nagib krivulje opterećenje-pomak pri određenom radnom opterećenju.
Komponente koje utječu na izmjerenu krutost
Kada se ispituje kompletna os kugličnog navoja, izmjereni rezultat predstavlja kombiniranu krutost nekoliko komponenti:
- Matica s kugličnim navojem i kontakti kugle i trkaće staze
- Aksijalno produženje ili kompresija osovine vijka
- Raspored ležaja s fiksnom i oslonjenom stranom
- Kućište matice i montažni nosač
- Kućište ležaja i struktura stroja
- Ispitna naprava, mjerna ćelija i raspored montaže senzora
Ti se elementi ponašaju približno kao opruge spojene u seriju. Kombinirana aksijalna krutost može se predstaviti sa:
1 / kukupno= 1 / korah+ 1 / kvratilo+ 1 / kležaj+ 1 / kzagrada+ …
Ovo objašnjava zašto sklopljena osovina može imati znatno manju krutost od teorijske vrijednosti krutosti navedene samo za kuglastu maticu.
Ispitivanje statičkog opterećenja
Statičko aksijalno opterećenje je najizravnija metoda za mjerenje krutosti kugličnog vijaka. Kuglični vijak montira se na ispitnu upravu ili u svoj stvarni raspored stroja i primjenjuje se kontrolirana aksijalna sila dok se rezultirajući pomak bilježi.
Potrebna oprema
- Kruti ispitni okvir
- Hidraulički, pneumatski, vijčani ili elektromehanički uređaj za utovar
- Kalibrirana mjerna ćelija
- LVDT, laserski senzor pomaka ili brojčanik visoke rezolucije
- Senzori temperature kada toplinski učinci mogu utjecati na rezultat
Preporučeni postupak ispitivanja
- Montirajte kuglasti vijak u predviđeni nosač.Zabilježite koristi li montažu fiksno–fiksno, fiksno–oslonjenu ili fiksno–slobodnu montažu.
- Poravnajte os utovara.Primijenjena sila treba biti koncentrična s osi vijka kako bi se spriječilo da savijanje bude uključeno u očitanje pomaka.
- Instalirajte senzor pomaka blizu mjerenog sučelja.Mjerenje preko nepotrebnih komponenti učvršćenja će dodati njihovu deformaciju rezultatu.
- Primijenite malo opterećenje sjedala.To pomaže u postavljanju kontakata i smanjuje pogreške uzrokovane nepotpunim postavljanjem ili montažnim razmakom.
- Učitajte sklop u kontroliranim koracima.Zabilježite silu i pomak na svakom koraku bez prekoračenja navedenog radnog opterećenja ili dopuštenog aksijalnog opterećenja.
- Istovarite sklop u istim koracima.Usporedba krivulja opterećenja i rasterećenja može otkriti zazor, histerezu, trenje ili kretanje u učvršćenju.
- Ponovite ispitivanje u suprotnom aksijalnom smjeru.Dvosmjerni rezultati važni su za procjenu predopterećenja i aksijalnog zazora.
- Izračunajte krutost u relevantnom rasponu opterećenja.Odabrani raspon treba odgovarati stvarnom radnom opterećenju stroja.
Kako protumačiti krivulju opterećenja i pomaka
Prednapregnuti kuglični vijak normalno bi trebao proizvesti glatku krivulju opterećenje-pomak s relativno malim pomakom u blizini točke preokreta opterećenja. Vidljiva mrtva zona oko nultog opterećenja može ukazivati na aksijalni zazor, labave dijelove za montiranje ili pomicanje između matice i njezinog nosača.
Ako krivulje opterećenja i rasterećenja ne slijede isti put, razlika je histereza. Mogući uzroci uključuju trenje brtve, otpor maziva, malo odstupanje, slijeganje kontakta ili deformaciju unutar konstrukcije za ugradnju.
Budući da se krutost mijenja s opterećenjem, izvješće o ispitivanju treba uključivati potpunu krivulju opterećenje-pomak kad god je to moguće. Trebalo bi navesti najmanje:
Izmjerena krutost i jedinica
Raspon opterećenja korišten za izračun
Smjer utovara
Model kugličnog vijaka i stanje prednaprezanja
Duljina vijka i položaj matice
Raspored potpornog ležaja
Ispitna temperatura i stanje podmazivanja
Odvajanje krutosti kugličnog vijaka od deformacije učvršćenja
Uobičajena pogreška mjerenja je tretiranje ukupnog pomaka ispitnog okvira kao deformacije kugličnog vretena. Čak i učvršćenje koje izgleda kruto može se deformirati pod velikim aksijalnim opterećenjem.
Usklađenost učvršćenja može se odrediti kalibracijom ili ispitivanjem referentne komponente s mnogo većom krutošću. Pomak učvršćenja pri svakom opterećenju tada se može oduzeti od ukupnog izmjerenog pomaka:
δkuglični vijak= δizmjereno− δučvršćenje
Za sastavljenu osovinu stroja, senzori se također mogu postaviti na različita sučelja kako bi identificirali gdje dolazi do pomaka. Na primjer, mjerenje između osovine vijka i kućišta matice više se fokusira na sklop matice, dok pomicanje mjernog stola u odnosu na bazu stroja uključuje cijelu strukturu dovoda.
Dinamičko ispitivanje krutosti
Statičkim ispitivanjem procjenjuje se deformacija pod sporim opterećenjem. Dinamičko testiranje se koristi kada su važni vibracija, rezonancija i servo odziv. Sklop se može pobuditi pomoću udarnog čekića, tresilice ili kontroliranog ulaza motora dok se mjeri sila, ubrzanje ili pomak.
Modalna analiza može identificirati prirodne frekvencije, prigušenje i oblike modova. Međutim, sama prirodna frekvencija ne osigurava krutost kugličnog vretena osim ako nisu poznati efektivna pokretna masa i rubni uvjeti. Za pojednostavljeni sustav s jednim stupnjem slobode:
k = m(2πfn)²
Ovdje,mje efektivna masa ifnje prirodna frekvencija. Stvarni sustavi dodavanja s kugličnim navojem obično imaju nekoliko načina vibracija, tako da dinamičke rezultate treba tumačiti pomoću odgovarajućeg modela sustava.
Analitička procjena
Krutost kugličnog vretena također se može procijeniti prije fizičkog ispitivanja. Izračun može uključivati Hertzovu kontaktnu deformaciju između kuglica i trkaćih staza, aksijalnu deformaciju osovine vijka, krutost potpornog ležaja i deformaciju montažne strukture.
Analiza konačnih elemenata može biti korisna za procjenu složenih kućišta i nosača, ali njena točnost ovisi o realnim kontaktnim uvjetima, svojstvima materijala, predopterećenju i rubnim uvjetima. Analitičke vrijednosti stoga treba provjeriti u odnosu na podatke ispitivanja kada je točnost pozicioniranja kritična.
Čimbenici koji se moraju kontrolirati tijekom testiranja
Predopterećenje i aksijalni zazor
Predopterećenje smanjuje aksijalni zazor i povećava krutost matice održavanjem kontakta između kuglica i klizničkih staza. Međutim, prekomjerno predopterećenje povećava trenje, stvaranje topline i unutarnje opterećenje, što može skratiti vijek trajanja. Stanje prednaprezanja koje se koristi tijekom ispitivanja mora odgovarati predviđenom radnom stanju.
Duljina vijka i položaj matice
Osovina vijka rasteže se ili sabija pod aksijalnim opterećenjem. Njegov doprinos ukupnom pomaku raste s efektivnom duljinom osovine i smanjuje se s povećanjem promjera korijena. Posljedično, krutost izmjerena s maticom blizu jednog kraja vijka može se razlikovati od krutosti izmjerene na drugom mjestu.
Potporni ležajevi
Vrsta, raspored i predopterećenje potpornih ležajeva izravno utječu na krutost sustava. Fiksno-fiksni raspored općenito se ponaša drugačije od fiksno-oslonjenog ili fiksno-slobodnog montiranja. Također se mora uzeti u obzir krutost kućišta ležaja i pristajanje na kraju osovine.
DLY zalihe odgovarajupotporne jedinice s kuglastim navojemza različite krajeve osovine i rasporede montaže.
Temperatura
Promjene temperature mogu promijeniti predopterećenje, duljinu vijka i pristajanje ležaja. Pustite da oprema za sklapanje i mjerenje postigne stabilnu temperaturu prije testiranja. Temperaturu također treba zabilježiti kada se uspoređuju mjerenja obavljena u različito vrijeme.
Podmazivanje
Podmazivanje ima veći izravni utjecaj na trenje, temperaturu i histerezu nego na osnovnu elastičnu krutost čeličnih komponenti. Kako biste dobili ponovljive rezultate, koristite navedeno mazivo i neka vrsta maziva, količina i raspodjela budu dosljedni između ispitivanja.
Zaključak
Najpraktičniji način mjerenja aksijalne krutosti kugličnog vretena je primjena kontroliranog aksijalnog opterećenja i bilježenje odgovarajućeg pomaka u oba smjera. Točni rezultati zahtijevaju pažljivo poravnanje, kalibrirane senzore opterećenja i pomaka, jasno definiran raspon opterećenja i kompenzaciju za deformaciju učvršćenja.
Kada se mjeri cijela os pomaka, rezultat predstavlja zajedničku krutost kuglaste matice, osovine vijka, potpornih ležajeva, nosača i strukture stroja. Ove komponente treba procijeniti odvojeno kada je izmjerena krutost manja od očekivane.
Za odabir kuglastog vretena, opcije prednaprezanja ili zahtjeve za obradu na kraju osovine pogledajte DLY-overaspon kugličnih vijakaili nam pošaljite svoj promjer vijka, visinu, hod, opterećenje i raspored montaže.
