Вертикальна вісь верстата може точно зупинитися, поки двигун працює, і стати небезпечною після припинення живлення. Причина проста: кульковий гвинт може підтримувати та переміщувати вертикальне навантаження, якщо він правильного розміру, але його ефективний контакт кочення зазвичай дозволяє навантаженню рухати гвинт у зворотному напрямку.
Для вертикалікульковий гвинтотже, вісь, вантажопідйомність і утримання навантаження є двома різними питаннями конструкції. Гвинт, гайка, опорні підшипники та двигун повинні нести робочу силу, тоді як гальмо або інший незалежний пристрій має контролювати ненавмисне переміщення вниз під час втрати живлення, аварійної зупинки або несправності приводу.
Ця різниця має значення в осях Z з ЧПК, підйомних столах, вертикальних пакувальних станціях, контрольному обладнанні, складальних машинах та інших системах, де сила тяжіння постійно діє на рухому масу.
Можливість вертикального навантаження
Кульковий гвинт може переносити та позиціонувати вертикальне навантаження в межах осьового навантаження, терміну служби, швидкості та жорсткості. Однак зазвичай його не слід розглядати як пристрій із самоблокуванням-. Коли крутний момент приводу зникає, сила тяжіння прикладає осьову силу до гайки. Оскільки контакт кочення створює низьке тертя, ця осьова сила може створювати зворотний крутний момент і обертати гвинт.
Практична відповідь:кульковий гвинт може нести вертикальне навантаження, але вся вісь потребує перевіреного методу-утримання навантаження, якщо неконтрольоване опускання може пошкодити машину або травмувати людину.
Утримуючий крутний момент двигуна може підтримувати положення, поки привід залишається під напругою. Він не забезпечує такого ж захисту після втрати електроенергії. Подібним чином попередньо натягнута гайка покращує осьову жорсткість і зменшує люфт, але не робить кульковий гвинт надійним само-блокуванням.
Чому виникає зворотний рух
Кульковий гвинт призначений для перетворення обертання двигуна в ефективний лінійний рух. Цей же механізм може працювати в зворотному напрямку: осьова сила на гайку може викликати обертання на валу гвинта. Це відомо як зворотний рух.
На схильність до заднього ходу впливає кілька факторів:
- Ведучий:більший крок зазвичай створює більший зворотний момент для того самого осьового навантаження.
- Зворотна ефективність:ефективний контакт кочення робить зворотний рух легшим, ніж це було б із гвинтом ковзання з високим-тертям.
- Рухома маса:стіл, інструменти, деталь і прикріплені механізми сприяють гравітаційному навантаженню.
- Прискорення та уповільнення:динамічна сила може перевищувати силу, спричинену лише силою тяжіння.
- Зовнішня сила процесу:сили різання, пресування або обробки можуть діяти з гравітацією або проти неї.
- Втрати-поїзда:ущільнення, підшипники, напрямні та двигун додають опору, але цей змінний опір не слід використовувати як запобіжне гальмо.
Напрямок нитки не вирішує проблеми. Лівий-гвинт змінює співвідношення між обертанням гвинта та ходом гайки, але сила тяжіння все одно може рухати його у відповідному напрямку обертання.
Сила тяжіння та зворотний момент
Перша оцінка — це сила, спрямована вниз, створена загальною рухомою масою:
де Фgсила тяжіння в ньютонах, m — загальна рухома маса в кілограмах, g — приблизно 9,81 м/с².
Тоді приблизний зворотний крутний момент на валу гвинта можна виразити як:
де Тназад- зворотний крутний момент у Н·м, F - осьова сила в ньютонах, P - крок гвинта в метрах на оберт і ηrє зворотною ефективністю.
Наприклад, рухомий вузол масою 120 кг створює приблизно 1177 Н сили тяжіння. З кроком 10 мм і припущеною реверсивною ефективністю 0,85 розрахунковий крутний момент,-створений гравітацією, становить приблизно 1,59 Н·м:
Це лише оцінка тяжкості. Розміри гальм і двигунів також повинні враховувати прискорення, силу процесу, передавальне відношення, інерцію компонента, зміну ефективності, необхідний час зупинки та відповідний коефіцієнт безпеки. Вибране гальмо має бути перевірено за дозволеним виробником утримуючим моментом, режимом аварійної-зупинки, часом увімкнення та-терміном служби.
Методи-утримання навантаження
| метод | Основна функція | Важливе обмеження |
|---|---|---|
| Момент утримання сервоприводу | Зберігає задане положення під час живлення приводу та керування двигуном. | Не є незалежним пристроєм-утримування вимкнення живлення. |
| Стоянкове гальмо двигуна | Утримує вісь після зупинки двигуна або припинення живлення. | Багато стоянкових гальм не призначені для поглинання повторних-зупинок на повній швидкості. |
| Гальмо осі або затискач | Діє безпосередньо на рухому вісь або рейку і може забезпечити незалежне обмеження. | Необхідно перевірити встановлення, контроль випуску та допустиму енергію зупинки. |
| Противага або противага | Зменшує чисте гравітаційне навантаження, крутний момент двигуна та вимоги до утримання гальм. | Це зменшує дисбаланс, але не забезпечує автоматично повну функцію безпеки. |
| Вторинний пристрій безпеки | Підхоплює або стримує вантаж, якщо основний привід або гальма не працюють. | Його придатність залежить від оцінки ризику машини та необхідних показників безпеки. |
Загальна послідовність керування полягає в тому, щоб підтримувати сервопривід під напругою, поки гальмо відпускається, переміщувати вісь, зупинятися під керуванням сервоприводу, застосовувати гальма і лише потім знімати крутний момент двигуна. Відпускання гальма до того, як двигун створить утримуючий момент, може призвести до короткого, але руйнівного падіння. Логіку синхронізації та зворотного зв’язку слід перевірити під час введення в експлуатацію при максимальному очікуваному навантаженні.
Силові умови вертикальної осі
Правильний розрахунок вертикальної-вісі розділяє різні робочі умови замість того, щоб перевіряти лише статичну вагу.
| Хвороба | Примусовий розгляд | Перевірка дизайну |
|---|---|---|
| Стаціонарний | Гравітація та будь-яка стійка сила процесу | Гальмівна здатність і статичне осьове навантаження |
| Прискорення вгору | Сила тяжіння плюс сила прискорення і тертя | Максимальний крутний момент двигуна та максимальне навантаження на гвинт |
| Рухається з постійною швидкістю | Сила тяжіння, тертя і процесу | Постійний крутний момент двигуна та тепловий режим |
| Контрольований рух вниз | Сила тяжіння рухає вісь, а двигун регулює спуск | Регенеративна робота, контроль потужності приводу та перевищення швидкості |
| Втрата живлення або несправність | Неконтрольована сила тяжіння, поки не спрацює обмеження | Реакція на гальмування, гальмівний шлях і вторинний захист |
Середнє осьове навантаження протягом робочого циклу використовується для розрахунку терміну служби кулькового гвинта, тоді як найвище робоче навантаження має залишатися в межах застосовних статичних і динамічних обмежень. Вони є окремими від розрахунку-утримуючого гальма.
Орієнтація гвинтів і кінцева опора
Якщо це дозволяє компонування машини, розміщення фіксованого підшипника та приводного кінця над рухомою гайкою може підтримувати більшу частину гвинта в натягу під дією сили тяжіння. Гвинт, навантажений головним чином на розтяг, не піддається вигину колони так само, як довгий гвинт, що штовхається на стиснення.
Якщо вертикальне навантаження стискає вал, слід перевірити діаметр кореня, непідтримувану довжину та стан-кінцевої опори. Це розглядається окремо врозрахунок вигину кулькового гвинта. Необхідно також перевірити гвинт на критичну швидкість, опорну-несучу здатність і центрування.
Типове гвинтове-розташування, що обертається, використовує фіксований підшипниковий вузол на кінці приводу для керування осьовим і радіальним положенням, а опорний підшипник на протилежному кінці забезпечує стабільне обертання. Фактичне розташування опори має відповідати обробці-кінця вала, швидкості, осьовому навантаженню та необхідній жорсткості.
Поширені помилки проектування
- Припустимо, що нерухомий сервопривід є гальмом-вимкнення:керуючий крутний момент зникає, коли привод не може подати живлення.
- Використання попереднього навантаження як функції безпеки:попереднє натяг покращує жорсткість і люфт, а не надійне утримання навантаження.
- Вибір гальма лише з моменту сили тяжіння:енергія аварійної зупинки, затримка включення та максимальне динамічне навантаження можуть керувати вибором.
- Ігнорування повної рухомої маси:повинні бути включені інструменти, пристосування, заготовки, кабелі та допоміжні механізми.
- Перевірка тільки навантаження на гвинт:Термін служби гайки, прогин валу, опорні підшипники, крутний момент двигуна, потужність муфти та ефективність гальма є різними обмеженнями.
- Застосування гальма під час кожної звичайної-зупинки на високій швидкості:стоянкове гальмо може швидко зношуватися, якщо його використовувати як робоче гальмо, якщо воно не призначене спеціально для цього режиму.
Висновок
Кульково-гвинтова передача може рухатися і підтримувати вертикальне навантаження, але висока ефективність передачі також робить можливим зворотний рух. Тому надійна вертикальна-конструкція відокремлює керування рухом від утримання вантажу. Гвинт і двигун контролюють нормальний рух; гальмо, затискач або інший обмежувач контролює навантаження, коли крутний момент недоступний.
Конструкція повинна враховувати загальну рухому масу, випередження, зворотний крутний момент, прискорення, робочу силу, реакцію на гальма та кінцеву-систему підтримки. Попереднє натяг і напрямок різьби не повинні розглядатися як заміна перевіреного гальма. Якщо ненавмисне спуск створює значну небезпеку, слід вибрати незалежний допоміжний пристрій за допомогою офіційної оцінки ризику машини.
Список літератури
- ISO 3408-1, Шарико-гвинтові гвинти. Словник і позначення.
- Загальний технічний каталог кулькових гвинтів, розділи, що охоплюють взаємозв’язок -тяги та-крутного моменту, реверсивну ефективність, опорні вузли та гвинт-прогинання валу.
Потрібне технічне підтвердження для вертикальної кулькової гвинтової осі?
DLY може допомогти перевірити діаметр гвинта, висновок, осьове навантаження, швидкість і торцеву-опору для вашого застосування.
