A кульковий гвинтілінійна напрямнавиконувати різні функції на одній осі руху. У цьому посібнику пояснюється, як вибрати розмір і зіставити їх за навантаженням, швидкістю, точністю, ходом, жорсткістю та умовами встановлення замість того, щоб покладатися на пари фіксованих розмірів.
1. Що несе кульковий гвинт, а що — лінійні напрямні?
Кульковий гвинт і лінійні напрямні працюють разом, але несуть однакові навантаження.
Theкулькова гвинтова передача переважно осьової тяги. Залежно від машини це може включати силу прискорення, силу процесу, опір тертю та, на вертикальній осі, вагу рухомого вузла.
Theлінійні напрямні підтримують і обмежують рухому конструкцію. Вони сприймають вертикальні та бічні сили та протистоять моментам нахилу, відхилення та кочення, створюваним навантаженням, зовнішніми силами та зміщенням-центру-ваги.
З цієї причини кульковий гвинт не слід розглядати як основний радіальний напрямний елемент осі. Направляючі повинні контролювати траєкторію руху, тоді як гвинт головним чином забезпечує рушійну силу.
Важливо:Немає універсального правила на кшталт «кулькова гвинта 1605 завжди повинна поєднуватися з лінійною напрямною розміру 15». Положення вантажу, відстань між рейками, відстань між блоками, швидкість, хід і орієнтація монтажу можуть повністю змінити правильну комбінацію.
2. Вхідні дані програми, необхідні перед визначенням розміру
Перш ніж вибрати будь-який компонент, зберіть умови роботи всієї осі.
Рухома маса
Включайте всі компоненти, які рухаються разом із кареткою, такі як стіл, пристосування, заготовка, шпиндель, інструменти та будь-яке обладнання, встановлене на рухомому вузлі.
Зовнішні сили
Визначте різання, пресування, затискання або інші сили процесу. Напрямок і точка, де діє сила, важливі, оскільки вони визначають як тягу кулькової гвинти, так і навантаження лінійного напрямного моменту.
Монтажна орієнтація
Визначте, горизонтальною, вертикальною чи похилою є вісь. На горизонтальній осі сила тяжіння в основному підтримується напрямними. На вертикальній осі сила тяжіння також стає постійним осьовим навантаженням на кулькову гвинтову передачу та систему приводу.
Хід і монтажна довжина
Ефективний хід не дорівнює загальній довжині гвинта. Також потрібне місце для кулькової гайки, опорних вузлів, обробки кінця-вала та конструкції машини.
Швидкість і прискорення
Прискорення створює силу інерції відповідно до:
F = m × a
Важка вісь може створювати значну тягу навіть на помірній швидкості, якщо прискорення велике.
Вимоги до точності
Визначте точність позиціонування, повторюваність, допустимий люфт або осьовий зазор і необхідну жорсткість. Ступінь точності гвинта має виходити з фактичних вимог до позиціонування машини, а не просто вибирати найвищий доступний клас.
Робочий цикл
Години роботи, цикли на годину, відстань руху за цикл і зміна навантаження впливають на необхідний термін служби як кулькового гвинта, так і лінійних напрямних.
3. Визначте розмір лінійних напрямних за силами, моментами та міжблоками
Розмір лінійної напрямної не повинен базуватися лише на загальній вазі машини.
Наприклад, рухомий вузол масою 500 кг створює силу тяжіння приблизно:
500 × 9.81 = 4,905 N
Якщо вісь використовує дві рейки та чотири блоки, розподіл 4905 Н порівну між чотирма блоками дає лише ідеалізоване статичне значення. Справжні машини часто мають зміщений центр ваги або зовнішні сили, які створюють моменти.
Тому при виборі гіда слід враховувати:
- відстань-між-рейками;
- блок-до-блоку інтервал;
- висота-центру-ваги;
- поздовжнє і поперечне положення вантажу;
- напрям зовнішньої сили;
- моменти качки, повороту та кочення.
Збільшення відстані між рейками загалом покращує стійкість до моментів кочення, тоді як збільшення поздовжньої відстані між блоками може покращити стійкість до моментів нахилу та відхилення.
Після розрахунку розподілу навантаження перевірте динамічне навантаження виробника, статичне навантаження, допустимі моменти та необхідний термін служби.
4. Визначте розмір кулькової гвинтової перемикання за силою тяги, ресурсом, вигинанням і критичною швидкістю
Необхідна осьова тяга
Для горизонтальної осі необхідну тягу гвинта можна оцінити за силою прискорення, зовнішньою силою процесу та механічним опором.
Fвсього = Fприскорення + Fпроцес + Fопір
Для вертикальної осі необхідно також включити силу тяжіння. Одна тільки вертикальна рухома маса вагою 500 кг створює приблизно 4905 Н гравітаційного навантаження до того, як будуть додані сили прискорення та процесу.
Ресурс кулькового гвинта
Термін служби кулькового гвинта залежить від співвідношення між динамічним навантаженням гвинта та еквівалентним осьовим робочим навантаженням. Слід враховувати фактичний спектр навантаження, а не використовувати лише максимальну силу.
вигинання
Довгі кулькові гвинти, що піддаються стискаючому навантаженню, повинні бути перевірені на прогин. До важливих факторів належать діаметр кореня гвинта, довжина без підтримки, розташування опори та сила стиснення.
Критична швидкість
Довгі обертові гвинти також повинні залишатися нижче допустимої критичної швидкості. Необхідна кількість обертів шнека залежить від лінійної швидкості та кроку шнека.
Більший висновок може зменшити швидкість обертання гвинта за тієї самої лінійної швидкості переміщення, але він також змінює крутний момент двигуна, механічну перевагу та роздільну здатність позиціонування. Тому діаметр і висновок слід вибирати разом.
5. Точність відповідності, попередній натяг і жорсткість
Сама лише вантажопідйомність не визначає, чи правильно підібрані гвинт і напрямні. Повна вісь також повинна забезпечувати необхідну точність і жорсткість.
Кулько-гвинтова точність
Виберіть ступінь точності кулькового гвинта відповідно до ходу осі, допуску позиціонування, стратегії керування та загального бюджету помилки машини.
Попереднє навантаження
Попереднє натяг кулькового гвинта може зменшити осьовий зазор і збільшити жорсткість, тоді як попереднє натяг напрямної може зменшити зміщення при мінливих навантаженнях. Однак надмірне попереднє навантаження збільшує тертя, виділення тепла та чутливість до помилок монтажу.
Мета полягає не в тому, щоб всюди вказати максимальне попереднє натяг або максимальну точність. Гвинт, напрямні, опорні підшипники, муфта, монтажні поверхні та рама машини повинні бути обрані як одна механічна система.
6. Перевірте вирівнювання напрямної гвинта та геометрію встановлення
Навіть компоненти правильного розміру можуть працювати погано, якщо гвинт і напрямні встановлені з надмірним зміщенням.
Важливі фактори встановлення:
- кріплення на рейці-рівність поверхні;
- паралельність між напрямними;
- центрування кулькових гвинтів;
- підтримка-вирівнювання підшипників;
- точність кріплення кулькової гайки;
- жорсткість рухомої каретки.
Погане центрування може збільшити крутний момент приводу, нагрівання та знос, одночасно зменшуючи термін служби та ефективність позиціонування. Попередньо завантажені системи зазвичай висувають вищі вимоги до точності встановлення.
7. Приклад роботи: Горизонтальна вісь автоматизації вагою 500 кг
Розглянемо попередню горизонтальну вісь автоматизації з такими вимогами:
| Параметр | Приклад вимоги |
|---|---|
| Рухома маса | 500 кг |
| Орієнтація | Горизонтальний |
| Ефективний удар | 1500 мм |
| Максимальна швидкість | 500 мм/с |
| Максимальне прискорення | 1.0 m/s² |
| Організація путівника | Дві рейки, чотири блоки |
Крок 1: Обчисліть силу інерції
При прискоренні 1,0 м/с²:
F = 500 × 1.0 = 500 N
Це тільки сила прискорення. Необхідно ще додати силу процесу та механічний опір.
Крок 2: Розрахуйте напрямне навантаження
Напрямна система витримує приблизно 4905 Н статичної ваги. Однак навантаження окремих блоків не можна підтвердити, доки не буде відома відстань між рейками, відстань між блоками та положення-центру-ваги.
Крок 3: Виберіть розташування направляючих
Обчисліть сили та моменти, що діють на кожен блок, використовуючи фактичну геометрію машини, а потім виберіть напрямну серію та конфігурацію блоку, які забезпечують необхідну навантажувальну здатність, моментну здатність, жорсткість і ресурс.
Крок 4: Виберіть кульковий гвинт
Визначте необхідну осьову тягу, а потім перевірте діаметр гвинта, висновок, динамічну навантажувальну здатність, очікуваний термін служби, критичну швидкість і вигин, якщо це можливо.
У цьому прикладі навмисне не вказано фіксований розмір гвинта чи напрямної, оскільки відсутні дані про геометрію та -силу процесу можуть істотно змінити остаточний вибір.
8. Поширені помилки зіставлення
Використання фіксованого гвинта-до-довідкової таблиці розмірів
Немає універсального взаємозв’язку між діаметром гвинта та розміром лінійної напрямної.
Вибір напрямних лише за вагою машини
Зміщення--центру тяжіння та зовнішні моменти можуть створювати набагато вищі навантаження на окремі блоки, ніж передбачає простий розрахунок ваги.
Вибір кулькової гвинтової перемикання тільки за вантажопідйомністю
Гвинт може мати достатню осьову навантажувальну здатність, але все одно не відповідати критичним -вимогам до -швидкості, прогину, ходу або-довжини встановлення.
Ігнорування прискорення
Прискорення може створювати значні тяги та моментні навантаження, особливо на важких і -циклічних осях.
Використання кулькового гвинта як напрямної
Лінійні напрямні повинні контролювати шлях руху. Кульковий гвинт повинен в основному передавати осьову рушійну силу.
Вказівка надмірного попереднього навантаження
Більше попереднього навантаження не завжди означає краще. Надмірне попереднє навантаження збільшує тертя, тепло і чутливість до помилок монтажу.
9. Контрольний список запитів на повну кулькову гвинтову та лінійну направляючу систему
Для попереднього вибору шарико-гвинтової та лінійної напрямної надайте:
- Рухома маса і зовнішня технологічна сила
- Горизонтальний, вертикальний або похилий монтаж
- Ефективний удар
- Максимальна швидкість і прискорення
- Точність і повторюваність позиціонування
- Щоденні години роботи та частота циклів
- Доступна монтажна довжина кулькового гвинта
- Кількість рейок і блоків
- Відстань між рейками та міжблоками
- Положення--центру ваги, якщо доступне
- Робоче середовище
- Прототип і кількість виробництва
Машинне креслення або простий макет осі особливо корисний, коли навантаження зміщене від напрямної центральної лінії.
Висновок
Відповідність кулькової гвинтової гвинти та лінійної напрямної не означає поєднання двох каталожних розмірів.
Лінійні напрямні слід вибирати відповідно до сил, моментів, розподілу навантаження, геометрії та необхідного ресурсу. Кульковий гвинт слід вибирати відповідно до осьової тяги, терміну служби, діаметра, випередження, критичної швидкості, вигину та вимог до позиціонування.
Потім остаточну комбінацію слід перевірити як повну систему на жорсткість, точність, вирівнювання та умови встановлення.
Потрібна допомога з вибором кулькової гвинти та лінійної направляючої?
DLY постачає кулькові гвинти та гайки, лінійні напрямні рейки та блоки, опорні блоки кулькових гвинтів і муфти з власною довжиною гвинтів і -обробкою кінців валу відповідно до вимог застосування.
