Tehnologija kugličnog navrtanja za precizno linearno kretanje

Os za pozicioniranje može koristiti točan servo motor i kruti okvir stroja, ali još uvijek ne uspijeva postići potrebnu ponovljivost ili kvalitetu površine. U mnogim slučajevima, ograničenje dolazi od sustava mehaničkog prijenosa između motora i pokretne platforme.

A kuglični vijakpretvara rotacijsko gibanje u kontrolirano linearno kretanje kroz kotrljajući kontakt između osovine vijka, kuglica i matice. Njegova praktična izvedba, međutim, ovisi o mnogo više od prisutnosti recirkulirajućih kuglica. Točnost vodilja, aksijalni zazor, predopterećenje, krutost, potporni ležajevi, poravnanje instalacije i podmazivanje utječu na konačni rezultat pozicioniranja.

Razumijevanje ovih čimbenika pomaže inženjerima da odaberu kuglični vijak kao dio cjelovitog sustava gibanja umjesto da promjer i visinu tretiraju kao jedine parametre odabira.

Kako kuglični vijak prenosi gibanje

Spiralni utori formirani su na osovini vijka i unutar matice. Opterećene kuglice putuju između ovih utora i prenose silu kroz kotrljajući kontakt. Kada se vijak ili matica okreće, druga se komponenta pomiče aksijalno u skladu s vođenjem vijka. Povratni sustav cirkulira kuglice natrag u zonu opterećenja tako da je moguće kontinuirano kretanje.

Teorijski odnos između brzine vrtnje i linearne brzine je:

Na primjer, 10 mm vodeći kuglični vijak koji rotira brzinom od 1500 o/min proizvodi teoretsku linearnu brzinu od 250 mm/s. Stvarna izvedba osi također mora uzeti u obzir ubrzanje, opterećenje, trenje, deformaciju vijka i postavke upravljačkog-sustava.

Kotrljajući kontakt i učinkovitost prijenosa

Konvencionalni klizni vijci stvaraju trenje preko kliznih kontaktnih površina. Kod kugličnog vretena kotrljajuća tijela značajno smanjuju ovo trenje. Pod odgovarajućim radnim uvjetima, učinkovitost prijenosa s kugličnim vijkom obično može doseći približno 90% ili više, iako stvarna vrijednost ovisi o kutu prednaprezanja, predopterećenju, podmazivanju, brtvama, brzini i opterećenju.

Manje trenje smanjuje okretni moment motora potreban za pomicanje određenog tereta i ograničava stvaranje topline tijekom ponovljenog rada. Također čini brza ubrzanja i česte promjene smjera praktičnijima. Međutim, visoka učinkovitost znači da se neki kuglični vijci mogu vratiti-pokretani vanjskim aksijalnim opterećenjem. Stoga na okomitim osima može biti potrebna kočnica ili drugi uređaj za držanje.

Ključne tehnologije iza preciznog prijenosa

Točnost olova nije isto što i ponovljivost

Vodeća točnost opisuje koliko blisko stvarni aksijalni hod slijedi navedeni hod na definiranoj udaljenosti. Uglavnom se odnosi na točnost proizvodnje vijaka i akumulirano odstupanje olova.

Ponovljivost opisuje sposobnost osi da se vrati u isti položaj pod istim uvjetima. Sustav se može dosljedno vraćati na jednu poziciju dok još uvijek ima predvidljivu pogrešku putovanja na drugoj poziciji. Na ponovljivost utječu zazor, predopterećenje, krutost ležaja, temperatura, servo ugađanje i rezolucija povratne sprege kao i točnost vijka.

Iz tog razloga, sam odabir višeg stupnja točnosti ne uklanja automatski sve pogreške pozicioniranja. Zahtijevana točnost i ponovljivost hoda treba biti specificirana posebno.

Predopterećenje, zazor i aksijalna krutost

Kada os promijeni smjer, aksijalni zazor može izgledati kao izgubljeno gibanje prije nego što se teret počne kretati u suprotnom smjeru. Prednaprezanje se koristi za smanjenje ili uklanjanje ovog zazora i poboljšanje kontaktne krutosti između matice, kuglica i utora za vijak.

Prednaprezanje se može proizvesti dvostrukim -rasporedom matica, pomaknutom-maticom ili odabranim dimenzijama kugle, ovisno o dizajnu. Akuglasti vijak s dvostrukom{0}}maticom, na primjer, može primijeniti predopterećenje između dva dijela matice i često se razmatra kada je potreban mali aksijalni zazor i veća krutost.

Više predopterećenja nije uvijek bolje. Pretjerano predopterećenje povećava obrtni moment, toplinu trenja i unutarnje kontaktno naprezanje. To može smanjiti dostižnu brzinu i skratiti vijek trajanja. Ispravna razina predopterećenja trebala bi odgovarati primijenjenom opterećenju, radnom ciklusu, zahtjevima za pozicioniranje i toplinskim uvjetima.

Krutost se mora ocijeniti kao sustav

Ukupni aksijalni pomak osi pomaka nije određen samo maticom. Osovina vijka se rasteže ili sabija pod opterećenjem, dok se matica, potporni ležajevi, kućište ležaja, spojka, montažne površine i okvir stroja također deformiraju.

Najslabiji dio ovog mehaničkog lanca može ograničiti ukupnu krutost. Povećanje prednaprezanja matice stoga će osigurati ograničeno poboljšanje ako je vijak pretanak, nepodržana duljina je prekomjerna ili kućište ležaja nema krutost.

Toplinska ekspanzija također se mora uzeti u obzir na dugim ili-brzinskim osovinama. Toplina koju stvaraju matica, ležajevi i susjedna oprema mogu promijeniti efektivnu duljinu vijka. Ovisno o dizajnu stroja, toplinski učinci mogu se kontrolirati podmazivanjem, hlađenjem, rasporedom ležajeva, temperaturnom kompenzacijom ili ugradnjom zategnutih vijaka.

Potporni ležajevi i završna obrada

Precizni potporni ležajevi postavljaju vijak aksijalno i pomažu izdržati potisak u jednom ili oba smjera. Krajnji-potporni raspored utječe na krutost osovine, kritičnu brzinu i otpornost na tlačno izvijanje.

Uobičajeni aranžmani uključuju konfiguracije fiksno–slobodno, fiksno–podržano i fiksno–fiksno. Fiksno-slobodna montaža strukturalno je jednostavna, ali pruža nižu kritičnu-brzinu i mogućnost izvijanja. Fiksno-oslonjeni i fiksno-fiksni rasporedi općenito su prikladniji s obzirom na povećanje duljine vijka, brzine rotacije ili aksijalno opterećenje.

Krajnja obrada mora odgovarati odabranim ležajnim jedinicama, sigurnosnim maticama, spojkama i montažnim dimenzijama. Nepravilno prianjanje ležaja, geometrija ramena ili koncentričnost-kraja osovine mogu dovesti do vibracija i pogreške u pozicioniranju čak i kada sam vijak ima odgovarajuću točnost.

Ograničenja brzine i tlačno opterećenje

Kuglični vijak ne treba birati samo na temelju linearne brzine. Brzina rotacije raste kako se zahtijevana linearna brzina povećava ili se prednost smanjuje. Dugi rotirajući vijak može se približiti kritičnoj brzini i početi vibrirati. Dopuštena radna brzina također ovisi o promjeru vijka, nepodržanoj duljini, stanju krajnje-podupore, dizajnu cirkulacije matice i podmazivanju.

Kada je osovina vijka izložena kompresiji, također se mora provjeriti sposobnost izvijanja. Manji promjer korijena i veća neoslonjena duljina smanjuju dopušteno tlačno opterećenje. Izračuni kritične brzine i izvijanja trebali bi uključivati ​​odgovarajuću sigurnosnu marginu umjesto korištenja teoretskih graničnih vrijednosti kao kontinuiranih radnih uvjeta.

Nosivost i vijek trajanja

Dinamička nosivost se koristi kada se procjenjuje vijek trajanja pri ponovljenom kretanju, dok se statička nosivost odnosi na rizik od trajne deformacije pod maksimalnim ili udarnim opterećenjem. Odabir bi se trebao temeljiti na stvarnom radnom ciklusu, a ne samo na maksimalnom opterećenju.

Realan radni ciklus uključuje ubrzanje, vožnju konstantnom-brzinom, usporavanje, vrijeme zadržavanja i sve promjene u smjeru opterećenja. Udarci, vibracije, loše poravnanje i kontaminacija mogu smanjiti praktični vijek čak i kada se osnovni izračun ocjene čini dovoljnim.

Podmazivanje, brtvljenje i ugradnja

Lubrikant odvaja kontaktne površine kotrljanja, smanjuje trošenje i pomaže kontrolirati toplinu uslijed trenja. Ispravna vrsta maziva i interval dopune ovise o brzini, opterećenju, hodu, radnoj temperaturi i uvjetima okoline.

Brisači i brtve pomažu u ograničavanju ulaska prašine i strugotine, ali ne zamjenjuju vanjsku zaštitu u jako onečišćenim okruženjima. Mjehovi, poklopci ili zatvorene osovinske strukture mogu biti potrebni oko ostataka strojne obrade, abrazivnih čestica ili onečišćenja tekućinom.

Usklađivanje instalacije je jednako važno. Prisilno postavljanje matice ili potpornih ležajeva u neporavnati položaj stvara nenormalno unutarnje opterećenje. Montažne površine trebaju biti čiste i ravne, kućišta ležaja trebaju biti poravnata s osi vijka, a maticu treba pomaknuti do kraja prije konačnog zatezanja.

Zahtjevi za prijavu

Podaci potrebni za odabir

Prije potvrde specifikacije kugličnog vretena, pripremite sljedeće podatke o radu:

• Potreban hod i ukupna duljina ugradnje
• Maksimalna i kontinuirana linearna brzina
• Ubrzanje, usporavanje i frekvencija ciklusa
• Pokretna masa, vanjska aksijalna sila i udarno opterećenje
• Zahtijevana točnost i ponovljivost pozicioniranja
• Horizontalna, okomita ili kosa ugradnja
• Očekivani vijek trajanja i dnevno vrijeme rada
• Temperatura, prašina, strugotine, vlaga i drugi uvjeti okoline
• Dostupne dimenzije potpornog-ležaja i-kraja osovine

Ovi se uvjeti koriste za određivanje promjera vijka, izvoda, vrste matice, točnosti, predopterećenja, nazivnog opterećenja, rasporeda potpore i zahtjeva za podmazivanjem. Za standardno industrijsko pozicioniranje, valjaniSFU kuglični vijakmogu biti prikladni, dok aplikacije koje zahtijevaju drugačiju krutost, razmak ili karakteristike ugradnje mogu zahtijevati drugu konfiguraciju matice.

FAQ

Jamči li viši stupanj točnosti bolju ponovljivost?Treba li svaki precizni kuglični vijak koristiti veliko prednaprezanje?Zašto kuglični vijak može vibrirati velikom brzinom?Može li kuglasti vijak izdržati okomito opterećenje nakon prekida napajanja?

Zaključak

Vrijednost kugličnog vretena u preciznom prijenosu proizlazi iz koordinirane kontrole kotrljajućeg kontakta, točnosti vodila, zazora, predopterećenja, krutosti i uvjeta oslonca. Njegova konačna izvedba također je oblikovana podmazivanjem, poravnanjem instalacije, toplinskim ponašanjem i sustavom upravljanja strojem.

Odgovarajući kuglični vijak stoga nije samo model s najmanjom pogreškom ili najvećim opterećenjem. To je specifikacija koja zadovoljava potrebne brzine, točnost, krutost i cilj-životnog vijeka u stvarnom radnom ciklusu.

Reference

• Serija ISO 3408 - Kuglični vijci
• Tehničke smjernice za kotrljajuće vijke koje pokrivaju izračune nosivosti, krutosti, kritične brzine i izvijanja

← Natrag na DLY blog