Mogu li kuglični vijci nositi radijalna opterećenja? Objašnjenje ograničenja dizajna

Kuglični vijci dizajnirani su prvenstveno za nošenje aksijalnog opterećenja, a ne radijalnog opterećenja.Obično ne postoji univerzalna najveća vrijednost radijalnog opterećenja koja se može primijeniti na svaki kuglični vijak. Težina pokretnog stola, bočne sile i momenti prevrtanja trebaju biti poduprti linearnim vodilicama, linearnim ležajevima ili drugim namjenskim mehanizmom za vođenje.

Mala nenamjerna radijalna sila može se pojaviti zbog težine osovine, pogreške ugradnje ili radnog otklona, ​​ali to se ne bi trebalo smatrati normalnim radnim opterećenjem. Ako se kuglasta matica namjerno koristi za vođenje pokretne komponente, bočno opterećenje može stvoriti neravnomjeran kontakt kugle, veći obrtni moment, toplinu i prerano trošenje klizne staze.

Aksijalno opterećenje u odnosu na radijalno opterećenje na kuglastom navoju

Razlika je određena smjerom u kojem sila djeluje.

Kataloške vrijednosti kugličnog vretena kao što su osnovna dinamička nosivost i osnovna statička nosivost općenito opisuju aksijalno opterećenje sklopa kugličnog vretena. Ne smiju se ponovno tumačiti kao dopuštene vrijednosti radijalnog opterećenja.

Zašto ne postoji jedinstvena maksimalna vrijednost radijalnog opterećenja?

Broj kao što je "maksimalno radijalno opterećenje od 100 N" ne može se primijeniti na sve kuglaste zavrtnje jer rezultirajuće naprezanje ovisi o kompletnom mehaničkom rasporedu.

Važne varijable uključuju:

• Promjer osovine vijka i neoslonjena duljina;
• Položaj na kojem se primjenjuje bočna sila;
• Fiksno-oslonjeni, fiksno-fiksni ili neki drugi ležajni raspored;
• Udaljenost između nosača vijaka;
• Dužina kuglaste matice i unutarnja struktura;
• Ravnost vratila i odstupanje krajnjeg rukavca;
• Poravnanje ugradnje i krutost matice-nosača;
• Brzina vijka, ubrzanje i vibracije;
• Zahtijevana točnost i radni vijek.

Ista radijalna sila može proizvesti vrlo različit otklon osovine i uvjete kontakta kuglične matice na kratkom vijku velikog promjera i dugom vijku malog promjera. Iz tog razloga, radijalno opterećenje treba analizirati kao abnormalnu bočnu silu ili problem otklona osovine, a ne odabrati ga iz univerzalne ocjene kuglične matice.

Odakle dolaze neželjena radijalna opterećenja?

Pomični stol nije ispravno vođen

Ako je pokretni stol spojen na kuglastu maticu bez odgovarajućih linearnih vodilica, njegova težina i vanjske sile mogu djelovati izravno na maticu. Kuglični vijak je tada prisiljen obavljati dva različita posla: pokretati os i voditi pokretnu masu.

Može se činiti da ovaj raspored funkcionira u malom, malo opterećenom mehanizmu, ali ne pruža istu krutost, vijek trajanja ili stabilnost položaja kao ispravno vođena os.

Vijak i linearne vodilice nisu paralelni

Kada os vijka nije paralelna s hodom vodilice, držač matice povlači kuglastu maticu u stranu dok se kolica pomiču. Bočna sila može se mijenjati tijekom zaveslaja, stvarajući usku točku u jednom položaju i glatkije kretanje u drugom.

Tipični znakovi uključuju:

• Zakretni moment koji se mijenja uz hod;
• Lokalno grijanje u blizini kuglične matice;
• Buka ili vibracije na ponovljivim pozicijama;
• Kretanje spojnice ili varijacija opterećenja motora;
• Neravnomjerna istrošenost brtve ili klizne staze;
• Vezanje nakon što su svi pričvrsni vijci zategnuti.

Nosač matice prisiljava maticu na mjesto

Nosač matice s nepravilnom središnjom visinom, lošim kvadratom ili nedovoljnom krutošću može dovesti do bočnog opterećenja. Zatezanje montažnih vijaka ne bi se trebalo koristiti za povlačenje neporavnate matice u željeni položaj.

Praktična provjera ugradnje je ostaviti spoj matice i nosača malo labavim tijekom početnog poravnavanja. Ako se nosač vidljivo pomiče kada dođe u dodir s prirubnicom matice, prije konačnog zatezanja treba ispraviti montažnu geometriju.

Osovina vijka je savijena ili nije dovoljno poduprta

Dugačak ili tanak vijak može se saviti pod vlastitom težinom. Dodatna bočna sila, loša transportna potpora ili savijena osovina mogu povećati radijalno kretanje tijekom rotacije.

Ovaj uvjet treba provjeriti odvojeno od nazivnog aksijalnog opterećenja kuglaste matice. Povećanje nosivosti matice ne ispravlja prekomjerni otklon osovine.

Tolerira li veći kuglasti vijak veće radijalno opterećenje?

Veći promjer vijka obično osigurava veću krutost na savijanje pod istom duljinom i uvjetima potpore. Međutim, to ne znači da bi kuglastu maticu trebalo izabrati da nosi kontinuirano radijalno radno opterećenje.

Veći promjer može pomoći u kontroli:

• Otklon osovine uzrokovan vlastitom težinom;
• Izvijanje pod tlačnim aksijalnim opterećenjem;
• Ograničenja kritične brzine;
• Torzijska deformacija;
• Vibracije na dužim sklopovima vijaka.

Ispravna konstrukcija i dalje koristi kuglični vijak za aksijalni pogon i sustav vodilica za radijalna i momentna opterećenja. Promjer treba odabrati iz aksijalnog opterećenja, duljine vijka, brzine, izvijanja, kritične brzine i zahtjeva krutosti - ne iz pretpostavljene radijalne vrijednosti opterećenja.

Povećava li predopterećenje kapacitet radijalnog opterećenja?

Ne. Prednapregnutost kugličnog vijaka smanjuje aksijalni zazor i povećava aksijalnu krutost. Ne pretvara kuglastu maticu u radijalni ležaj ili blok vodilice.

Povećanje predopterećenja dok je prisutno bočno opterećenje može pogoršati problem jer kuglice već nose unutarnje opterećenje prije dodavanja vanjske sile neusklađenosti. Mogući rezultati uključuju veći okretni moment, dodatnu toplinu i kraći vijek trajanja.

Ako kuglični vijak radi čvrsto, nemojte automatski povećavati predopterećenje. Najprije provjerite poravnanje vijaka, položaj matice-nosača, potporne ležajeve, podmazivanje i ravnost osovine.

Kako bi stroj trebao nositi radijalna opterećenja?

Koristite linearni sustav vođenja dimenzioniran za težinu pokretnog stola, silu obrade, ubrzanje i moment prevrtanja. U tipičnoj CNC ili automatiziranoj osi:

• Kuglični vijak stvara aksijalnu pogonsku silu;
• Kuglasta matica prenosi tu silu na pokretni nosač;
• Blokovi linearnih vodilica podržavaju težinu kolica i bočne sile;
• Raspored tračnica otporan je na momente prevrtanja, nagiba i skretanja;
• Vijčani potporni ležajevi postavljaju rotirajuću osovinu i nose opterećenja koja zahtijeva njihov raspored ležaja.

Os vijka i hod vodilice tada moraju biti poravnati tako da se kuglasta matica može kretati kroz cijeli hod bez povlačenja u stranu.

Za dizajn na razini sustava pročitajteKoordinacija kugličnog vretena i linearne vodilice. Za provjere instalacije, pogledajteKako poravnati kuglasti vijak tijekom instalacije.

Kako procijeniti postojeće bočno opterećenje

Ako postojeći stroj primjenjuje radijalnu silu na kuglični vijak, zabilježite sljedeće informacije prije nego što odlučite je li sustav prihvatljiv:

1. Odredite veličinu i smjer bočne sile.
2. Izmjerite gdje sila djeluje u odnosu na potporne ležajeve i kuglastu maticu.
3. Potvrdite promjer vijka, kabel, ukupnu duljinu i nepodržanu duljinu.
4. Provjerite raspored fiksnih i plutajućih nosača.
5. Provjerite raspored linearne vodilice i krutost nosača.
6. Izmjerite odstupanje vijaka i paralelnost instalacije.
7. Provjerite mijenja li se obrtni moment tijekom hoda.
8. Izračunajte otklon vratila i reakcije ležaja gdje je potrebno.

Ako stroj ovisi o samom kugličnom vretenu za vođenje znatnog pokretnog opterećenja, pouzdanija korekcija obično je dodavanje ili redizajniranje mehanizma za vođenje umjesto traženja kugličnog vretena s većim pretpostavljenim radijalnim opterećenjem.

Konačni odgovor

Ne postoji univerzalno maksimalno radijalno opterećenje koje svi kuglasti vijci mogu tolerirati. Kuglični vijci i kuglaste matice prvenstveno su predviđeni za aksijalno opterećenje. Kontinuirano radijalno opterećenje općenito je znak da pokretna struktura nije adekvatno vođena ili da su vijak, držač matice i linearne vodilice pogrešno poravnati.

Veći promjer vijka može smanjiti savijanje osovine, ali ne čini radijalno opterećenje normalnim radnim uvjetima kuglične matice. Pokretnu masu, bočnu silu i moment prevrtanja treba poduprijeti pravilno odabranim linearnim vodilicama, dok kuglični vijak osigurava aksijalni pogon.

Za značenje kataloških vrijednosti opterećenja pročitajteKolika je statička nosivost kugličnog vretena?.

← Natrag na DLY blog