Aby ste sa vyhli dosiahnutiu kritickej rýchlosti guľôčkovej skrutky, najprv vypočítajte rýchlosť otáčania požadovanú cieľovou lineárnou rýchlosťou. Potom to porovnajte s kritickými otáčkami skrutkového hriadeľa, povolenými otáčkami guľovej matice na základe DN a limitmi podporných ložísk, spojky a motora.
Prípustná prevádzková rýchlosť je určená najnižším z týchto limitov. V prípade dlhej rotujúcej skrutky je často rozhodujúcim faktorom kritická rýchlosť hriadeľa, pretože sa rýchlo znižuje so zvyšujúcou sa dĺžkou nepodporovanej skrutky.
Aká je kritická rýchlosť guľôčkovej skrutky?
Kritická rýchlosť je rýchlosť otáčania, pri ktorej sa hriadeľ otáčajúcej skrutky približuje k jednej zo svojich prirodzených ohybových frekvencií. Pri tejto rýchlosti alebo blízko nej môže hriadeľ rezonovať a vyvinúť silné bočné vibrácie, bežne označované ako skrutkový bič.
Možné dôsledky zahŕňajú:
- Rýchlo sa zvyšujúce vibrácie a hluk;
- Nestabilné polohovanie a chyby povrchovej úpravy;
- Dodatočné zaťaženie guľovej matice a podporných ložísk;
- Poškodenie spojky, tesnenia alebo ložiska;
- Trvalé ohnutie alebo mechanické zlyhanie v závažných prípadoch.
Kritická rýchlosť nie je jedna pevná otáčka za minútu pre všetky guľôčkové skrutky. Mení sa s priemerom koreňa skrutky, nepodporovanou dĺžkou, stavom koncovej podpory, priamosťou, zarovnaním inštalácie a rotujúcou hmotnosťou.
Nepodporovaná dĺžka skrutky a tuhosť koncovej podpery silne ovplyvňujú kritickú rýchlosť rotujúcej guľôčkovej skrutky.
Kritická rýchlosť nie je jediným rýchlostným limitom
Skrutka môže zostať pod kritickou rýchlosťou hriadeľa, ale stále prekračuje povolenú rýchlosť systému obehu guľôčok. Kompletný výber teda musí porovnávať viacero limitov.
| Obmedzenie rýchlosti | Čo chráni | Hlavné vstupy |
|---|---|---|
| Kritická rýchlosť skrutkového hriadeľa | Zabraňuje rezonancii hriadeľa a bočnému biču | Priemer koreňa, nepodoprená dĺžka a usporiadanie koncovej podpory |
| Povolená rýchlosť na základe DN | Chráni obehový systém gule a maticu pred nadmernou rýchlosťou gule | Priemer guľôčkového kruhu, štruktúra matice a rýchlosť otáčania |
| Rýchlosť uloženia podpery | Zabraňuje nadmernej teplote ložísk a predčasnému poškodeniu ložísk | Typ ložiska, predpätie, mazanie a štruktúra nosnej jednotky |
| Limit motora a spojky | Udržuje stabilný prenos a ovládanie pohonu | Otáčky motora, výkon spojky, zotrvačnosť a zrýchlenie |
Krok 1: Preveďte lineárnu rýchlosť na rýchlosť otáčania skrutky
Požadovaná rýchlosť skrutky sa vypočíta z cieľovej lineárnej rýchlosti a stúpania guľôčkovej skrutky:
n = v × 1000 / p
n = rýchlosť skrutky v ot./min
v = lineárna rýchlosť vm/min
p = stúpanie guľôčkovej skrutky v mm/ot
Napríklad os vyžadujúca lineárnu rýchlosť 20 m/min by potrebovala:
| Vedenie guľôčkovej skrutky | Cieľová lineárna rýchlosť | Požadovaná rýchlosť skrutky |
|---|---|---|
| 5 mm | 20 m/min | 4 000 ot./min |
| 10 mm | 20 m/min | 2 000 ot./min |
| 20 mm | 20 m/min | 1 000 ot./min |
Tento príklad ukazuje, prečo väčšie vedenie môže pomôcť vysokorýchlostnej osi zostať pod hranicou rotácie. Nedokazuje to, že vedenie 20 mm je automaticky vhodné: krútiaci moment, nosnosť, rozlíšenie polohovania, rýchlosť obehu matíc a zrýchlenie sa musia stále kontrolovať.
Krok 2: Potvrďte nepodporovanú dĺžku skrutky
Kritická rýchlosť je vysoko citlivá na nepodporovanú dĺžku medzi účinnými opornými bodmi ložísk. Vzťah je približne:
Kritická rýchlosť ∝ priemer koreňa ÷ nepodporovaná dĺžka2
Pretože člen dĺžky je na druhú, zvýšenie nepodporovanej dĺžky môže znížiť kritickú rýchlosť oveľa závažnejšie, ako sa očakávalo. Použite vzdialenosť medzi účinnými opornými bodmi ložísk, nie iba prikázaný zdvih stroja alebo celkovú dĺžku rezu skrutky.
Zahŕňa aj:
- Skrutkové úseky medzi dráhou matice a nosnými ložiskami;
- Dĺžka opracovaných koncov hriadeľov, ktoré ovplyvňujú polohu ložiska;
- Akýkoľvek presahujúci úsek za ložiskom;
- Skutočné umiestnenie a tuhosť pevných a plávajúcich podpier.
Krok 3: Použite správny priemer koreňa
Pri výpočtoch kritických otáčok sa bežne používa päta skrutky alebo menší priemer, nie menovitý vonkajší priemer uvedený v čísle modelu. Napríklad nominálna 25 mm guľôčková skrutka má po vytvorení guľovej drážky menší priemer koreňa.
Použitie menovitého priemeru namiesto skutočného výpočtového priemeru nadhodnotí tuhosť hriadeľa a kritickú rýchlosť. Priemer koreňa získate z technických údajov výrobcu alebo potvrdeného výkresu skrutky.
Zväčšenie priemeru skrutky vo všeobecnosti zvyšuje tuhosť v ohybe a kritickú rýchlosť, ale tiež zvyšuje zotrvačnosť otáčania, nároky na motor, veľkosť podpornej jednotky a náklady. Výber priemeru sa preto musí kontrolovať spolu so zrýchlením a výkonom motora.
Krok 4: Skontrolujte usporiadanie koncovej podpory
Kritická rýchlosť závisí od toho, ako je hriadeľ skrutky obmedzený na oboch koncoch. Tuhšie podporné usporiadanie bežne poskytuje vyššiu kritickú rýchlosť ako skrutka s jedným zle podopretým alebo voľným koncom.
| Podmienka podpory | Schopnosť relatívnej kritickej rýchlosti | Praktická poznámka |
|---|---|---|
| Pevné – zadarmo | Najnižšia | Vo všeobecnosti nevhodné pre dlhú, rýchlo sa otáčajúcu skrutku |
| Podporované – podporované | Vyššie ako pevné – bezplatné | Skutočný výkon závisí od vôle ložiska a tuhosti puzdra |
| Pevné – podporované | Spoločné praktické usporiadanie | Pevné bočné ovládacie prvky axiálnej polohy; plávajúca strana podopiera opačný koniec |
| Pevné – pevné | Najvyššie spomedzi bežných koncových podmienok | Vyžaduje starostlivé zarovnanie a dizajn tepelnej rozťažnosti |
Samotné podporné štítky nestačia. Voľné uloženie ložísk, nesprávne utiahnutie poistnej matice, flexibilné kryty alebo zlé montážne povrchy môžu spôsobiť, že inštalácia bude menej pevná ako teoretické usporiadanie podpery.
Dodávky DLYPodperné jednotky s guľôčkovou skrutkou BK/BF, FK/FF a EK/EFktoré je možné prispôsobiť podľa priemeru skrutky, opracovania konca hriadeľa a usporiadania inštalácie.
Výpočty kritických otáčok musia používať efektívnu vzdialenosť medzi skutočnými podpernými bodmi ložísk.
Krok 5: Použite správnu bezpečnostnú maržu
Nepracujte zámerne pri teoretickej rezonančnej rýchlosti. Prípustná prevádzková hodnota by mala zahŕňať bezpečnostný faktor špecifikovaný výrobcom guľôčkovej skrutky alebo metódou výpočtu.
Niektoré katalógové metódy výpočtu už násobia teoretickú kritickú rýchlosť bezpečnostným faktorom, napríklad 0,8. Pred použitím dodatočného faktora skontrolujte definíciu, inak môže byť bezpečnostná rezerva náhodne započítaná dvakrát.
Konečné nastavenie rýchlosti by malo tiež zvážiť:
- Výrobné a montážne tolerancie;
- Rovnosť a rovnováha skrutiek;
- Stav spojky a ložiska;
- Zrýchlenie, spomalenie a prechodné prekročenie rýchlosti;
- Zmeny v konštrukcii stroja počas dlhodobej prevádzky.
Praktické spôsoby, ako zvýšiť bezpečnú lineárnu rýchlosť
| Zmena dizajnu | Prečo to pomáha | Vyrovnanie na kontrolu |
|---|---|---|
| Použite skrutku s väčším priemerom | Zvyšuje ohybovú tuhosť hriadeľa a kritickú rýchlosť | Vyššia zotrvačnosť, dopyt po motore, veľkosť a cena |
| Znížte nepodporovanú dĺžku | Výrazne zvyšuje kritickú rýchlosť, pretože dĺžka je druhá mocnina | Zdvih, poloha ložiska a vôľa pohybu matice |
| Použite väčšie vedenie | Vytvára rovnakú lineárnu rýchlosť pri nižších otáčkach skrutky | Krútiaci moment pohonu, rozlíšenie, typ matice a limit DN |
| Zlepšite tuhosť podpery | Zvyšuje koeficient efektívnej koncovej pevnosti | Predpätie ložísk, súososť a tepelná rozťažnosť |
| Obmedzte otáčky motora v ovládači | Zabraňuje ustálenému stavu a prikázanej nadmernej rýchlosti | Skutočný čas cyklu procesu |
| Použite usporiadanie s otočnou maticou | Udržuje dlhý hriadeľ skrutky nehybný a zabraňuje otáčaniu hriadeľa | Zložitejšia maticová, ložisková a mazacia štruktúra |
Pre konvenčné aplikácie s rotačnou skrutkou, DLY'smožnosti vysokorýchlostných guľôčkových skrutiekmožno prehodnotiť podľa požadovaného priemeru, stúpania, rýchlosti, zdvihu a štruktúry matice. Pri skutočnej inštalácii je potrebné ešte skontrolovať prípustné otáčky výrobku.
Pre veľmi dlhú os, kde sa kritická rýchlosť otáčania hriadeľa stáva hlavným obmedzením, asúprava guľôčkových skrutiek s maticoumožno zvážiť, pretože dlhý hriadeľ skrutky zostáva nehybný, kým sa matica otáča.
Problémy s inštaláciou, ktoré môžu pripomínať vibrácie pri kritickej rýchlosti
Nie každá vibrácia pri vysokej rýchlosti znamená, že bola dosiahnutá vypočítaná kritická rýchlosť. Podobné príznaky môžu vyplynúť z:
- Nesúososť medzi motorom, spojkou, skrutkou a podpornými jednotkami;
- Ohnutý hriadeľ skrutky alebo nadmerná chyba priamosti;
- Uvoľnené ložiskové puzdrá alebo montážne skrutky;
- Nesprávne predpätie ložiska alebo utiahnutie poistnej matice;
- Nevyvážená spojka alebo rotujúci komponent;
- Poškodené komponenty obehu lopty;
- Problém ladenia serva alebo štrukturálnej rezonancie inde v stroji.
Ak dôjde k vibráciám pri jednej opakovateľnej otáčke za minútu, znížte rýchlosť a pred pokračovaním v prevádzke skontrolujte celú zostavu. Neprechádzajte opakovane cez silný rezonančný rozsah, len aby ste potvrdili šum.
Informácie potrebné na kontrolu rýchlosti
Na vyhodnotenie kritickej rýchlosti a vysokorýchlostnej prevádzky guľôčkovej skrutky pripravte:
- Model guľôčkovej skrutky a menovitý priemer;
- Skutočný priemer koreňa alebo úplný výkres skrutky;
- Vedenie a počet začiatkov vlákna;
- Celková dĺžka skrutky a nepodporovaná dĺžka;
- Efektívny zdvih a požadovaná lineárna rýchlosť;
- Pevné a plávajúce bočné podporné usporiadanie;
- Maximálna rýchlosť motora a profil zrýchlenia;
- Prevádzkové zaťaženie a smer inštalácie;
- Typ guľovej matice a limit DN výrobcu.
Pri praktickom výbere samotná celková dĺžka skrutky nestačí. DLY normálne potrebuje efektívny zdvih, polohy podpery, ťahanie konca, vedenie a cieľovú rýchlosť, aby skontroloval, či je navrhovaná konfigurácia guľôčkovej skrutky vhodná.
Záver
Vyhýbanie sa kritickej rýchlosti guľôčkovej skrutky začína výpočtom skutočných otáčok za minútu požadovaných pre cieľovú lineárnu rýchlosť. Tieto otáčky potom musia zostať pod prípustnou hodnotou určenou kritickými otáčkami hriadeľa, limitom DN, podpornými ložiskami, spojkou a motorom.
V prípade dlhých alebo vysokorýchlostných osí sú najefektívnejšie zmeny zvyčajne zväčšenie priemeru skrutky, zníženie nepodporovanej dĺžky, zlepšenie podpory konca, zvýšenie predstihu alebo udržanie skrutky v nehybnej polohe so štruktúrou rotujúcej matice. Pri konečnom návrhu treba skontrolovať aj nosnosť, tuhosť, presnosť, zrýchlenie a tepelnú rozťažnosť.
Potrebujete pomoc pri kontrole kritickej rýchlosti guľôčkovej skrutky?
Pošlite priemer skrutky, vedenie, nepodporovanú dĺžku, usporiadanie podpery, cieľovú lineárnu rýchlosť a výkres koncového obrábania spoločnosti DLY na potvrdenie špecifikácie.
