Вісь позиціонування може використовувати точний серводвигун і жорстку раму машини, але все одно не досягти необхідної повторюваності або якості поверхні. У багатьох випадках обмеження походять від механічної системи передачі між двигуном і рухомою платформою.
A кульковий гвинтперетворює обертовий рух у керований лінійний рух через контакт кочення між валом гвинта, кульками та гайкою. Його практична ефективність, однак, залежить не тільки від наявності рециркуляційних куль. Точність виведення, осьовий зазор, попереднє натяг, жорсткість, опорні підшипники, вирівнювання установки та змащення – усе це впливає на кінцевий результат позиціонування.
Розуміння цих факторів допомагає інженерам вибрати кульковий гвинт як частину повної системи руху, а не розглядати діаметр і крок як єдині параметри вибору.
Як кулькова гвинтова передача передає рух
Гвинтові канавки утворюються на валу гвинта і всередині гайки. Навантажені кульки рухаються між цими канавками та передають силу через контакт кочення. Коли гвинт або гайка обертається, інший компонент рухається в аксіальному напрямку відповідно до ходу гвинта. Система повернення повертає кульки назад у зону навантаження, що забезпечує постійний рух.
Теоретична залежність між швидкістю обертання та лінійною швидкістю є:
v=n × Ph / 60
Деvлінійна швидкість у мм/с,nшвидкість обертання в об/хв іPhє свинцем гвинта в мм.
Наприклад, кульковий гвинт діаметром 10 мм, що обертається зі швидкістю 1500 об/хв, створює теоретичну лінійну швидкість 250 мм/с. Фактична продуктивність осі також має враховувати прискорення, навантаження, тертя, деформацію гвинта та параметри-системи керування.
Контакт кочення та ефективність передачі
Звичайні гвинти ковзання створюють тертя між контактними поверхнями ковзання. У кульковому гвинті тіла кочення істотно зменшують це тертя. За відповідних робочих умов ККД кулькової гвинтової передачі зазвичай може досягати приблизно 90% або вище, хоча фактичне значення залежить від кута випередження, попереднього натягу, змащення, ущільнень, швидкості та навантаження.
Нижче тертя зменшує крутний момент двигуна, необхідний для переміщення даного вантажу, і обмежує виділення тепла під час багаторазової роботи. Це також робить швидке прискорення та часті зміни напрямку руху більш практичними. Однак висока ефективність означає, що деякі кулькові гвинти можуть повертатися-від зовнішнього осьового навантаження. Тому на вертикальних осях може знадобитися гальмо або інший утримуючий пристрій.
Ключові технології, що стоять за точною трансмісією
| Технічний фактор | Що він контролює | Ефект рівня-системи |
|---|---|---|
| Точність свинцю | Різниця між заданим ходом і фактичним ходом за вказаний хід | Точність позиціонування та постійність руху |
| Осьовий зазор | Вільний осьовий рух між гвинтом і гайкою | Втрата руху під час зміни напрямку |
| Попереднє навантаження | Внутрішнє навантаження застосоване для зменшення зазору та збільшення жорсткості | Відповідь на реверс, жорсткість, нагрів і крутний момент |
| Осьова жорсткість | Опір пружному зсуву під дією осьової сили | Відхилення-положення навантаження та стабільність обробки |
| Конфігурація підтримки | Обмеження на кінцях оброблених валів | Критична швидкість, здатність до вигину та загальна жорсткість осі |
| Змащення та ущільнення | Стан контактних поверхонь кочення | Знос, температура, шум і термін служби |
Точність виведення не те саме, що повторюваність
Точність випередження описує, наскільки точно фактичний осьовий хід відповідає заданому ходу на визначеній відстані. В основному це пов’язано з точністю виготовлення гвинта та накопиченим відхиленням свинцю.
Повторюваність описує здатність осі повертатися в те саме положення за тих самих умов. Система може постійно повертатися в одне положення, маючи передбачувану помилку руху в іншому положенні. На повторюваність впливають зазор, попередній натяг, жорсткість підшипника, температура, налаштування сервоприводу та роздільна здатність зворотного зв’язку, а також точність гвинта.
З цієї причини вибір вищого ступеня точності сам по собі не усуває автоматично всі помилки позиціонування. Потрібну точність і повторюваність ходу вказують окремо.
Попереднє натяг, зазор і осьова жорсткість
Коли вісь змінює напрямок, осьовий зазор може виглядати як втрачений рух до того, як вантаж почне рухатися в протилежному напрямку. Попереднє натяг використовується для зменшення або усунення цього зазору та покращення жорсткості контакту між гайкою, кульками та канавками гвинта.
Залежно від конструкції попереднє натяг може створюватися подвійною-гайкою, зміщеною-гайкою або вибраними розмірами кулі. Акульковий гвинт із подвійною-гайкою, наприклад, може застосовувати попереднє натяг між двома секціями гайки і часто розглядається там, де потрібен низький осьовий зазор і більша жорсткість.
Більше попереднього навантаження не завжди означає краще. Надмірне попереднє навантаження збільшує крутний момент, тепло від тертя та внутрішню контактну напругу. Це може знизити досяжну швидкість і скоротити термін служби. Правильний рівень попереднього натягу повинен відповідати прикладеному навантаженню, робочому циклу, вимогам до розташування та температурним умовам.
Жорсткість повинна бути оцінена як система
Загальне осьове зміщення осі подачі не визначається лише гайкою. Вал гвинта розтягується або стискається під навантаженням, а гайка, опорні підшипники, корпус підшипника, муфта, монтажні поверхні та станина машини також деформуються.
Найслабша частина цього механічного ланцюга може обмежити загальну жорсткість. Тому збільшення попереднього натягу гайки забезпечить обмежене покращення, якщо гвинт надто тонкий, довжина без опори надмірна або корпус підшипника недостатньо жорсткий.
На довгих або високошвидкісних-осях також слід враховувати теплове розширення. Тепло, що виділяється гайкою, підшипниками та суміжним обладнанням, може змінити ефективну довжину гвинта. Залежно від конструкції машини, теплові ефекти можна контролювати за допомогою змащування, охолодження, розташування підшипників, температурної компенсації або встановлення натягнутих гвинтів.
Опорні підшипники та кінцева обробка
Прецизійні опорні підшипники розташовують гвинт аксіально та допомагають витримувати тягу в одному чи обох напрямках. Кінцева-система опори впливає на жорсткість вала, критичну швидкість і стійкість до вигину при стисканні.
Загальні схеми включають конфігурації фіксований–вільний, фіксований–підтримуваний і фіксований–фіксований. Фіксоване вільне кріплення конструктивно просте, але забезпечує нижчу критичну-швидкість і здатність до вигину. Розташування «фіксована опора» та «фіксована-фіксована» зазвичай є більш придатними, оскільки збільшується довжина гвинта, швидкість обертання або осьове навантаження.
Торцева обробка повинна відповідати вибраним підшипниковим вузлам, контргайці, муфті та монтажним розмірам. Неправильна посадка підшипників, геометрія плечей або концентричність кінця-вала можуть спричинити вібрацію та помилку позиціонування, навіть якщо сам гвинт має достатню точність.
Обмеження швидкості та навантаження на стиснення
Кульковий гвинт не слід вибирати лише за лінійною швидкістю. Швидкість обертання зростає зі збільшенням необхідної лінійної швидкості або зменшенням випередження. Довгий обертовий гвинт може наблизитися до критичної швидкості і почати вібрувати. Допустима робоча швидкість також залежить від діаметра гвинта, довжини без опори, стану кінцевої-опори, конструкції циркуляції гайки та мастила.
Коли гвинтовий вал піддається стисненню, необхідно також перевірити здатність до вигину. Менший діаметр кореня та більша довжина без підтримки зменшують допустиме стискаюче навантаження. Обчислення критичної швидкості та вигину повинні включати відповідний запас міцності, а не використовувати теоретичні граничні значення як безперервні робочі умови.
Вантажопідйомність і термін служби
Динамічне навантаження використовується під час оцінки довговічності при багаторазовому русі, тоді як статичне навантаження стосується ризику остаточної деформації під максимальним або ударним навантаженням. Вибір повинен ґрунтуватися на фактичному робочому циклі, а не на максимальному навантаженні.
Реалістичний робочий цикл включає прискорення, рух із постійною-швидкістю, уповільнення, час перебування та будь-які зміни напрямку навантаження. Удари, вібрація, погане вирівнювання та забруднення можуть скоротити практичний термін служби, навіть якщо базовий розрахунок рейтингу здається достатнім.
Змащення, ущільнення та встановлення
Мастило розділяє контактні поверхні кочення, зменшує знос і допомагає контролювати тепло від тертя. Правильний тип мастила та інтервал поповнення залежать від швидкості, навантаження, ходу, робочої температури та умов навколишнього середовища.
Склоочисники та ущільнювачі допомагають обмежити потрапляння пилу та стружки, але вони не замінюють зовнішній захист у сильно забрудненому середовищі. Сильфони, кришки або закриті осьові конструкції можуть знадобитися навколо сміття від обробки, абразивних часток або рідинних забруднень.
Не менш важливим є вирівнювання установки. Змусове переведення гайки або опорних підшипників у неправильне положення створює ненормальне внутрішнє навантаження. Монтажні поверхні мають бути чистими та плоскими, корпуси підшипників повинні бути вирівняні з віссю гвинта, а гайку слід перемістити на повний хід перед остаточним затягуванням.
Вимоги до заявки
| застосування | Типовий пріоритет | Бали для підтвердження |
|---|---|---|
| Вісь подачі ЧПУ | Жорсткість і точність позиціонування | Ступінь точності, попередній натяг, навантаження при різанні та розташування підшипників |
| Обладнання автоматизації | Швидкість і повторюваність циклу | Випередження, прискорення, хід, робочий цикл і змащення |
| Інспекційне обладнання | Плавний рух і низька зміна положення | Точність ходу, термічна стабільність і вирівнювання установки |
| Вертикальна вісь підйому | Утримання вантажу та безпека | Прогинання, зворотне-рухання, гальмо двигуна та максимальне осьове навантаження |
| Довга-вісь ходу | Критична швидкість і теплові властивості | Діаметр кореня, безопорна довжина, опори та робоча швидкість |
Інформація, необхідна для вибору
Перш ніж підтвердити специфікацію кулькової гвинтової перемикання, підготуйте таку інформацію про експлуатацію:
- Необхідний хід і загальна монтажна довжина
- Максимальна і безперервна лінійна швидкість
- Прискорення, уповільнення та частота циклу
- Рухома маса, зовнішня осьова сила та ударне навантаження
- Необхідна точність і повторюваність позиціонування
- Горизонтальна, вертикальна або похила установка
- Очікуваний термін служби та щоденна напрацювання
- Температура, пил, стружки, вологість та інші умови навколишнього середовища
- Доступні розміри-підшипника та -кінцевого вала
Ці умови використовуються для визначення діаметра гвинта, ходу, типу гайки, точності, попереднього натягу, номінального навантаження, розташування опори та вимог до мастила. Для стандартного промислового позиціонування, рулоннийСФУ кульковий гвинтможе бути придатним, тоді як для застосувань, які вимагають іншої жорсткості, зазору або характеристик встановлення, може знадобитися інша конфігурація гайки.
FAQ
Чи вищий клас точності гарантує кращу повторюваність?Висновок
Значення кулькової гвинтової передачі в прецизійній трансмісії обумовлено скоординованим контролем контакту кочення, точності ходу, зазору, попереднього натягу, жорсткості та умов опори. Його кінцева продуктивність також залежить від змащування, вирівнювання установки, теплової поведінки та системи керування машиною.
Відповідний кульковий гвинт – це не просто модель з найменшою похибкою виведення або найвищим показником навантаження. Це специфікація, яка відповідає необхідним цільовим показникам швидкості, точності, жорсткості й-служби за фактичного робочого циклу.
Список літератури
- Серія ISO 3408 - Кулькові гвинти
- Технічні вказівки з роликовим гвинтом, що охоплюють розрахунки навантаження, жорсткості, критичної швидкості та вигину
Потрібна допомога з підтвердженням специфікації кулькової гвинти?
Надішліть хід, швидкість, навантаження, напрямок установки та вимоги до точності в DLY для технічного підтвердження.
Зв'яжіться з намиЕлектронна пошта:export@dlybearing.com
