Nosné ložiská s guľôčkovou skrutkou sú navrhnuté tak, aby lokalizovali hriadeľ skrutky, prenášali axiálny tlak a udržiavali tuhosť potrebnú pre presný pohyb. Náhla kolízia, núdzové zastavenie alebo rýchly spätný chod však môžu generovať krátkodobú špičkovú záťaž oveľa vyššiu, ako je os vystavená počas normálnej prevádzky.
Aj keď je trvalé prevádzkové zaťaženie v rámci menovitých hodnôt ložiska, opakované rázové zaťaženia môžu poškodiť obežné dráhy ložísk, valivé prvky, upevňovacie komponenty alebo rozhrania na konci hriadeľa. Prevencia tohto typu zlyhania si vyžaduje viac než výber väčšieho ložiska: profil pohybu, mechanické dorazy, usporiadanie podpery a presnosť inštalácie sa musia zvážiť spoločne.
Čo je rázové zaťaženie v systéme guľôčkových skrutiek?
Rázové zaťaženie je sila, ktorá prudko stúpa počas veľmi krátkej doby. V osi guľôčkovej skrutky sa môže generovať, keď:
- Pohyblivý stôl dosiahne koniec svojej dráhy
- Kočík narazí na prekážku
- Motor sa spúšťa, zastavuje alebo reverzuje príliš agresívne
- Núdzové zastavenie spomalí ťažkú pohybujúcu sa hmotu
- Vertikálna os stráca kontrolu a klesá
- Vôľa alebo uvoľnenie umožňuje súčiastkam naraziť počas spätného chodu
- Vonkajší náraz sa prenáša cez konštrukciu stroja
Tieto udalosti môžu produkovať oveľa vyššiu okamžitú silu ako bežné rezanie, polohovanie alebo prepravu nákladov. Výsledná sila prechádza cez vozík a guľovú maticu do hriadeľa skrutky a jeho podporných ložísk.
Ktoré komponenty môžu byť poškodené?
Fráza „guľôčkové ložisko“ sa niekedy používa voľne, ale nárazom môže byť ovplyvnených niekoľko rôznych komponentov.
Oporné ložisko s pevným koncom
Pevný koniec normálne nesie axiálne zaťaženie v oboch smeroch a určuje axiálnu polohu skrutky. Často je to podpora, ktorá je priamo vystavená náhlemu ťahovému zaťaženiu.
Ložisko s plávajúcim koncom
Plávajúci koniec primárne podopiera skrutku radiálne, pričom umožňuje axiálny pohyb požadovaný tepelnou rozťažnosťou. Nesprávna montáž, ktorá zablokuje tento koniec axiálne, môže spôsobiť, že sa nárazové a tepelné zaťaženie rozdelí neúmyselným spôsobom.
Obežné dráhy guľôčkovej matice a skrutky
Náraz prenášaný cez maticu môže vytvoriť vysoké kontaktné napätie medzi guľôčkami a obežnými dráhami. Silný alebo opakovaný náraz môže spôsobiť trvalé vrúbkovanie, únavu povrchu alebo zmeny v krútiacom momente.
Spojka a koniec hriadeľa
Náhle zastavenie môže tiež preťažiť spojku, poistnú maticu ložiska, opracovaný čap alebo montážne skrutky. Výmena iba podporného ložiska preto nemusí vyriešiť celý problém.
Ako rázové zaťaženie poškodzuje oporné ložiská
Ložisko sa môže trvalo poškodiť, aj keď sa po náraze stále otáča. Medzi najbežnejšie mechanizmy poškodenia patria:
- Odsadenie obežnej dráhy:koncentrované kontaktné napätie vytvára trvalé stopy tam, kde sa valivé prvky dotýkajú obežnej dráhy.
- Poškodenie valivých prvkov:loptičky môžu po silnom náraze vytvoriť povrchové stopy, praskliny alebo lokálne deformácie.
- Zmena predbežného načítania:deformácia alebo pohyb v usporiadaní ložísk môže zmeniť pôvodné predpätie.
- Falošné brnenie alebo rozčuľovanie:opakované malé kmity pri zaťažení môžu poznačiť kontaktné plochy aj bez úplného otočenia.
- Strata zarovnania:Náraz môže posunúť oporné puzdro, konzolu matice alebo polohu spojky.
- Pohyb upevňovacieho prvku:voľné skrutky podpornej jednotky alebo puzdra matíc umožňujú dodatočný náraz pri každej zmene smeru.
Medzi typické príznaky patrí nový hluk, zvýšené vibrácie, nerovnomerný krútiaci moment, axiálny pohyb, lokalizované zahrievanie a znížená opakovateľnosť polohovania.
1. Vypočítajte maximálne zaťaženie, nielen normálne zaťaženie
Výber podperných ložísk by nemal byť založený len na stálom ťahu potrebnom na pohyb stroja. Musí sa tiež preskúmať zrýchlenie, spomalenie, núdzové zastavenie a možné kolízne podmienky.
Sila potrebná na zrýchlenie alebo spomalenie pohybujúcej sa hmoty súvisí s:
F = m × a
kdeFje zotrvačná sila,mje pohybujúca sa hmota aaje zrýchlenie alebo spomalenie.
Kratší čas zastavenia spôsobuje vyššie spomalenie a tým aj vyššiu silu. Ak stôl narazí na pevnú mechanickú zarážku, skutočný vrchol môže byť oveľa vyšší ako sila predpovedaná normálnym naprogramovaným spomalením.
Porovnajte vypočítané prevádzkové a špičkové zaťaženie s povoleným zaťažením celého systému vrátane:
- Guľôčková skrutka a guľová matica
- Oporné ložisko s pevným koncom
- Podpora s plávajúcim koncom
- Spojka
- Držiak matice a podporné puzdrá
- Montážne skrutky a konštrukcia stroja
Použite prípustné údaje o statickom a dynamickom zaťažení výrobcu spolu s príslušným bezpečnostným faktorom pre skutočné prevádzkové podmienky.
2. Použite profil riadeného pohybu
Agresívne zrýchlenie nie vždy spôsobí okamžitú zrážku, ale môže spôsobiť opakované špičkové sily počas každého prevádzkového cyklu. Riadiaci systém by sa mal vyhnúť zbytočným skokovým zmenám rýchlosti alebo krútiaceho momentu.
V závislosti od ovládača možno nárazy znížiť nastavením:
- Čas zrýchlenia a spomalenia
- Nastavenia trhania alebo S-krivky
- Rýchlosť spätného chodu
- Rýchlosť priblíženia ku koncu jazdy
- Stratégia spomalenia núdzového zastavenia
- Limity krútiaceho momentu serva
Pohybový profil s krivkou S mení zrýchlenie pozvoľnejšie ako náhly príkaz. To môže znížiť špičkovú silu prenášanú na maticu, ložiská na konci hriadeľa a spojku, najmä na osiach s veľkou pohyblivou hmotnosťou.
3. Zabráňte tomu, aby vozík narazil na pevnú zarážku
Koncové spínače a softvérové limity pohybu by mali zastaviť os skôr, ako vozík dosiahne mechanický koniec dráhy. Mechanická zarážka by mala pôsobiť skôr ako konečné bezpečnostné zariadenie než ako bežný spôsob zastavenia.
Spoľahlivé cestovné ochranné opatrenie môže zahŕňať:
- Naprogramované mäkké limity
- Spínače spomalenia
- Koncové koncové spínače
- Mechanické dorazy umiestnené za normálnym pracovným zdvihom
- Priemyselné tlmiče nárazov, kde je potrebné riadiť energiu nárazu
Ak sa použije tlmič nárazov, mal by sa vybrať podľa pohybujúcej sa hmoty, rýchlosti nárazu, frekvencie nárazu a dostupného brzdného zdvihu. Mal by pôsobiť na pohyblivú konštrukciu na vhodnom mieste – nie priamo na hriadeľ guľôčkovej skrutky alebo podporné ložisko.
4. Vyberte správne usporiadanie ložísk
Usporiadanie podpery určuje, ako sú prenášané axiálne a radiálne sily. Bežné pevné a plávajúce usporiadanie používa pevný pevný koniec na axiálne umiestnenie skrutky a plávajúci koniec na prispôsobenie tepelnej rozťažnosti.
Sada ložísk s pevným koncom musí zodpovedať požadovanému axiálnemu zaťaženiu, tuhosti, rýchlosti a presnosti. Jednoduchá inštalácia väčšej guľôčkovej skrutky nezaručuje, že podporné ložisko vydrží maximálny ťah aplikácie.
Počas výberu potvrďte:
- Maximálne axiálne zaťaženie v oboch smeroch
- Špičkové zaťaženie počas zrýchlenia a núdzového zastavenia
- Požadovaná axiálna tuhosť
- Prevádzková rýchlosť
- Usporiadanie ložísk a predpätie
- Rozmery a uloženie konca hriadeľa
- Rozhrania krytu a poistných matíc
DLY poskytujepodporné jednotky s guľôčkovou skrutkouv kombináciách s pevnou a plávajúcou stranou, ako sú BK/BF, FK/FF a EK/EF. Príslušná séria a veľkosť by sa mali zvoliť podľa konca hriadeľa skrutky a požiadaviek na zaťaženie stroja.
5. Udržujte správne zarovnanie
Nesprávne nastavenie neabsorbuje náraz. Namiesto toho pridáva radiálnu silu a ohýbanie do systému, ktorý už zažíva axiálny náraz.
Skontrolujte, či:
- Podpery s pevným a plávajúcim koncom sú správne umiestnené
- Os skrutky sleduje dráhu vodiacej dráhy
- Puzdro guľovej matice nie je nútené do strán ani vertikálne
- Ložiskové ramená a dosadacie plochy sú čisté
- Hriadeľ motora a hriadeľ skrutky sú správne zarovnané
- Spojka sa nepoužíva na zakrytie veľkého posunu
Po utiahnutí podporných jednotiek a puzdra matice pomaly pohybujte osou počas celého zdvihu a skontrolujte zmeny jazdného odporu.
6. Odstráňte uvoľnenie v systéme pohonu
Voľné komponenty môžu spôsobiť sekundárny náraz vždy, keď os zmení smer. Skontrolujte:
- Upevňovacie skrutky nosnej jednotky
- Ložisková poistná matica
- Upevňovacie skrutky guľových matíc
- Spojovacie upínacie skrutky
- Montážne skrutky motora
- Maticová konzola a spojenie vozíka
Upevňovacie prvky by mali byť utiahnuté špecifikovaným krútiacim momentom a zaistené metódou, ktorú vyžaduje konštrukcia. Prílišné utiahnutie nenahrádza správne lícovanie a umiestnenie povrchov.
7. Chráňte vertikálne osi pred nekontrolovaným zostupom
Vertikálna os si vyžaduje dodatočnú pozornosť, pretože gravitácia naďalej pôsobí, keď sa stratí výkon alebo brzdná sila. Ak stôl alebo bremeno spadne, guľôčková skrutka a ložisko s pevným koncom môžu na konci jazdy dostať silný náraz.
V závislosti od konštrukcie stroja môže ochrana zahŕňať brzdu motora, protizávažie, vhodnú riadiacu logiku alebo iné prídržné zariadenie. Zvolená metóda musí byť schopná riadiť skutočnú pohybujúcu sa hmotnosť za normálnych aj chybných podmienok.
8. Skontrolujte os po zrážke
Po zrážke alebo núdzovom zastavení okamžite nevracajte os do prevádzky plnej rýchlosti. Začnite mechanickou kontrolou a testom pri nízkej rýchlosti.
Skontrolujte:
- Abnormálny axiálny pohyb na pevnom konci
- Zmeny krútiaceho momentu počas zdvihu
- Nový hluk alebo vibrácie
- Vyhrievanie na ložiskovom telese
- Pohyb maticovej konzoly alebo podporných jednotiek
- Deformácia alebo skĺznutie spojky
- Poškodenie hriadeľa skrutky alebo opracovaných čapov
- Strata presnosti polohovania alebo opakovateľnosti
Ak sa hluk alebo odpor objaví bezprostredne po náraze, ďalšia prevádzka môže poškodenie zhoršiť. Pred obnovením normálnej výroby je potrebné skontrolovať nosné ložisko, zostavu guľôčkovej skrutky a súvisiace montážne rozhrania.
Mazanie pomáha znižovať opotrebenie, ale nedokáže absorbovať kolíziu
Správne mazanie je nevyhnutné pre životnosť ložísk a obežných dráh guľôčkových skrutiek. S mazivom by sa však nemalo zaobchádzať ako so zariadením na ochranu pred nárazmi. Nemôže zabrániť trvalému prehĺbeniu spôsobenému špičkovým zaťažením, ktoré presahuje povolenú kapacitu komponentu.
Mazanie, tesnenie a čistota by sa preto mali udržiavať ako súčasť bežnej prevádzky, zatiaľ čo predchádzanie otrasom by sa malo riešiť pomocou výpočtu zaťaženia, riadenia pohybu, ochrany pri jazde a mechanického dizajnu.
Záver
Ochrana podporných ložísk guľôčkových skrutiek pred nárazmi začína kontrolou, odkiaľ prichádza sila nárazu. Vhodný výber ložiska je dôležitý, ale musí byť kombinovaný s kontrolovanou akceleráciou, spoľahlivými limitmi zdvihu, správne zvolenými tlmičmi, správnym vyrovnaním a bezpečným uchytením.
Pre novú zostavu poskytnite model guľôčkovej skrutky, priemer hriadeľa, stúpanie, dráhu, pohyblivú hmotnosť, maximálnu rýchlosť, zrýchlenie, orientáciu inštalácie a výkres konca hriadeľa. Tieto podrobnosti pomáhajú určiť, čiguľová skrutkaa jeho nosné usporiadanie sú vhodné pre očakávané špičkové zaťaženia.
