Tehnologija krogličnih vijakov za natančno linearno gibanje

Pozicijska os lahko uporablja natančen servo motor in togo ogrodje stroja, vendar še vedno ne doseže zahtevane ponovljivosti ali kakovosti površine. V mnogih primerih je omejitev posledica mehanskega prenosnega sistema med motorjem in gibljivo ploščadjo.

A kroglični vijakpretvarja rotacijsko gibanje v nadzorovano linearno gibanje prek kotalnega stika med osjo vijaka, kroglicami in matico. Njegova praktična učinkovitost pa je odvisna od veliko več kot od prisotnosti krožnih kroglic. Natančnost vodila, aksialna zračnost, prednapetost, togost, podporni ležaji, poravnava namestitve in mazanje vplivajo na končni rezultat pozicioniranja.

Razumevanje teh dejavnikov pomaga inženirjem pri izbiri krogličnega vretena kot dela celotnega sistema gibanja, namesto da obravnavajo premer in vodilo kot edina izbirna parametra.

Kako kroglični vijak prenaša gibanje

Na osi vijaka in znotraj matice so oblikovani spiralni utori. Obremenjene kroglice potujejo med temi utori in prenašajo silo skozi kotalni kontakt. Ko se vijak ali matica vrti, se druga komponenta premakne osno glede na vodilo vijaka. Povratni sistem kroži kroglice nazaj v obremenjeno območje, tako da je možno neprekinjeno gibanje.

Teoretično razmerje med vrtilno hitrostjo in linearno hitrostjo je:

Na primer, 10-milimetrski svinčeni kroglični vijak, ki se vrti s 1500 vrt/min, proizvede teoretično linearno hitrost 250 mm/s. Dejanska zmogljivost osi mora upoštevati tudi pospešek, obremenitev, trenje, deformacijo vijaka in nastavitve krmilnega-sistema.

Kotalni kontakt in učinkovitost prenosa

Običajni drsni vijaki ustvarjajo trenje na drsnih kontaktnih površinah. V krogličnem vretenu kotalni elementi bistveno zmanjšajo to trenje. V ustreznih delovnih pogojih lahko učinkovitost prenosa s krogličnim vijakom običajno doseže približno 90 % ali več, čeprav je dejanska vrednost odvisna od vodilnega kota, prednapetosti, mazanja, tesnil, hitrosti in obremenitve.

Manjše trenje zmanjša navor motorja, ki je potreben za premikanje določene obremenitve, in omejuje nastajanje toplote med ponavljajočim se delovanjem. Zaradi tega so hitri pospeški in pogoste spremembe smeri bolj praktični. Vendar visoka učinkovitost pomeni, da lahko nekatera kroglična vretena -poganja zunanja aksialna obremenitev. Pri navpičnih oseh bo zato morda potrebna zavora ali druga držalna naprava.

Ključne tehnologije v ozadju natančnega prenosa

Natančnost vodila ni isto kot ponovljivost

Natančnost vodila opisuje, kako natančno dejanski osni hod sledi podanemu gibu na določeni razdalji. Povezano je predvsem z natančnostjo izdelave vijakov in akumuliranim odstopanjem svinca.

Ponovljivost opisuje sposobnost osi, da se pod enakimi pogoji vrne v isti položaj. Sistem se lahko dosledno vrača v en položaj, medtem ko ima na drugem položaju še vedno predvidljivo potovalno napako. Na ponovljivost vplivajo zračnost, prednapetost, togost ležaja, temperatura, servo nastavitev in ločljivost povratnih informacij ter natančnost vijaka.

Iz tega razloga samo izbira višje stopnje natančnosti ne odpravi samodejno vseh napak pri pozicioniranju. Zahtevano natančnost in ponovljivost vožnje je treba določiti posebej.

Prednapetost, zračnost in aksialna togost

Ko os obrne smer, se lahko osni razmik pojavi kot izgubljeno gibanje, preden se obremenitev začne premikati v nasprotni smeri. Prednapetost se uporablja za zmanjšanje ali odpravo te zračnosti in izboljšanje kontaktne togosti med matico, kroglami in utori vijaka.

Prednapetost se lahko ustvari z dvojno-matico, zamaknjeno-napeto matico ali izbranimi dimenzijami kroglice, odvisno od izvedbe. Akroglični vijak z dvojno-matico, na primer, lahko uporabi prednapetost med dvema odsekoma matice in se pogosto upošteva tam, kjer sta potrebna nizka aksialna zračnost in večja togost.

Večja prednapetost ni vedno boljša. Prekomerna prednapetost poveča vrtilni moment, torno toploto in notranjo kontaktno napetost. Lahko zmanjša dosegljivo hitrost in skrajša življenjsko dobo. Pravilna raven prednapetosti se mora ujemati z uporabljeno obremenitvijo, delovnim ciklom, zahtevami glede položaja in toplotnimi pogoji.

Togost je treba ovrednotiti kot sistem

Skupnega aksialnega premika podajalne osi ne določa samo matica. Gred vijaka se pod obremenitvijo raztegne ali stisne, medtem ko se matica, nosilni ležaji, ohišje ležaja, sklopka, pritrdilne površine in okvir stroja tudi deformirajo.

Najšibkejši del te mehanske verige lahko omeji celotno togost. Povečanje prednapetosti matice bo torej zagotovilo omejeno izboljšanje, če je vijak pretanek, če je nepodprta dolžina prevelika ali če je ohišje ležaja premalo togo.

Toplotno raztezanje je treba upoštevati tudi pri dolgih ali visoko{0}}hitrostnih oseh. Toplota, ki jo proizvajajo matica, ležaji in sosednja oprema, lahko spremeni efektivno dolžino vijaka. Odvisno od zasnove stroja se lahko toplotni učinki nadzorujejo z mazanjem, hlajenjem, razporeditvijo ležajev, temperaturno kompenzacijo ali namestitvijo napetega vijaka.

Podporni ležaji in končna obdelava

Natančni podporni ležaji locirajo vijak aksialno in pomagajo prenesti pritisk v eno ali obe smeri. Končna{1}}oporna ureditev vpliva na togost gredi, kritično hitrost in odpornost na tlačno upogibanje.

Običajne ureditve vključujejo konfiguracije fiksno–prosto, fiksno–podprto in fiksno–fiksno. Montaža brez fiksnih delov je konstrukcijsko preprosta, vendar zagotavlja nižjo kritično-hitrost in sposobnost upogibanja. Razporeditve fiksno podprte in fiksno fiksno so na splošno bolj primerne, saj se poveča dolžina vijaka, hitrost vrtenja ali osna obremenitev.

Končna obdelava mora ustrezati izbranim ležajnim enotam, protimatici, sklopki in montažnim dimenzijam. Nepravilno prileganje ležajev, geometrija ramen ali konci-koncev gredi lahko povzročijo vibracije in napako pri pozicioniranju, tudi če ima sam vijak ustrezno natančnost.

Omejitve hitrosti in tlačna obremenitev

Krogličnega vretena ne smete izbrati samo glede na linearno hitrost. Hitrost vrtenja se poveča, ko se zahtevana linearna hitrost poveča ali se prednost zmanjša. Dolg vrtljivi vijak se lahko približa kritični hitrosti in začne vibrirati. Dovoljena delovna hitrost je odvisna tudi od premera vijaka, nepodprte dolžine, stanja končne-podpore, oblike kroženja matice in mazanja.

Ko je vijačna gred izpostavljena stiskanju, je treba preveriti tudi sposobnost upogiba. Manjši premer korenine in daljša nepodprta dolžina zmanjšata dovoljeno tlačno obremenitev. Izračuni kritične hitrosti in ukrivljenosti bi morali vključevati ustrezno varnostno rezervo namesto uporabe teoretičnih mejnih vrednosti kot pogojev neprekinjenega delovanja.

Nosilnost in življenjska doba

Dinamična obremenitev se uporablja pri ocenjevanju življenjske dobe ob ponovnem gibanju, medtem ko se statična obremenitev nanaša na tveganje trajne deformacije pri največji ali udarni obremenitvi. Izbira mora temeljiti na dejanskem delovnem ciklu in ne samo na največji obremenitvi.

Realističen delovni cikel vključuje pospeševanje, vožnjo s konstantno-hitrostjo, pojemek, čas zadrževanja in morebitne spremembe smeri obremenitve. Udarci, vibracije, slaba poravnava in kontaminacija lahko skrajšajo življenjsko dobo, tudi če se zdi, da osnovni izračun ocene zadostuje.

Mazanje, tesnjenje in namestitev

Mazivo ločuje kotalne kontaktne površine, zmanjšuje obrabo in pomaga nadzorovati toploto zaradi trenja. Pravilna vrsta maziva in interval polnjenja sta odvisna od hitrosti, obremenitve, giba, delovne temperature in okoljskih pogojev.

Brisalci in tesnila pomagajo omejiti vdor prahu in ostružkov, vendar ne nadomestijo zunanje zaščite v močno onesnaženih okoljih. Mehi, pokrovi ali zaprte strukture osi bodo morda potrebni okoli ostankov strojne obdelave, abrazivnih delcev ali tekoče kontaminacije.

Poravnava namestitve je enako pomembna. Če matico ali podporne ležaje potisnete v neporavnan položaj, povzroči nenormalno notranjo obremenitev. Montažne površine morajo biti čiste in ravne, ohišja ležajev morajo biti poravnana z osjo vijaka, matico pa je treba premakniti do konca pred končnim privijanjem.

Zahteve za prijavo

Informacije, potrebne za izbiro

Preden potrdite specifikacijo krogličnega vretena, pripravite naslednje informacije o delovanju:

• Potreben hod in skupna dolžina namestitve
• Največja in zvezna linearna hitrost
• Pospešek, pojemek in frekvenca cikla
• Gibljiva masa, zunanja osna sila in udarna obremenitev
• Zahtevana natančnost in ponovljivost pozicioniranja
• Horizontalna, navpična ali nagnjena namestitev
• Pričakovana življenjska doba in dnevni čas delovanja
• Temperatura, prah, ostružki, vlaga in drugi okoljski pogoji
• Razpoložljive dimenzije koncev-ležajev in gredi-

Ti pogoji se uporabljajo za določanje premera vijaka, svinca, tipa matice, natančnosti, prednapetosti, stopnje obremenitve, podporne razporeditve in zahtev glede mazanja. Za standardno industrijsko pozicioniranje, valjaniSFU kroglični vijakso lahko primerne, medtem ko bodo aplikacije, ki zahtevajo drugačno togost, odmik ali značilnosti namestitve, morda potrebovale drugo konfiguracijo matice.

pogosta vprašanja

Ali višja stopnja natančnosti zagotavlja boljšo ponovljivost?Ali naj vsak natančni kroglični vijak uporablja visoko prednapetost?Zakaj lahko kroglični vijak vibrira pri visoki hitrosti?Ali lahko kroglični vijak vzdrži navpično obremenitev po izklopu napajanja?

Zaključek

Vrednost krogličnega vretena pri natančnem prenosu izhaja iz usklajenega nadzora kotalnega kontakta, natančnosti vodila, zračnosti, prednapetosti, togosti in podpornih pogojev. Njegovo končno zmogljivost oblikujejo tudi mazanje, poravnava namestitve, toplotno obnašanje in krmilni sistem stroja.

Ustrezen kroglični vijak torej ni le model z najmanjšo napako vodila ali največjo nosilnostjo. To je specifikacija, ki izpolnjuje zahtevane cilje hitrosti, natančnosti, togosti in-življenjske dobe v dejanskem delovnem ciklu.

Reference

• Serija ISO 3408 - Kroglična vretena
• Tehnična navodila za valjčne vijake, ki zajemajo izračune nosilnosti, togosti, kritične hitrosti in upogiba

← Nazaj na blog DLY