Výber rotačnej guľovej matice pre automobilovú aplikáciu začína definovaním presného usporiadania pohybu. Na rozdiel od konvenčného systému guľôčkových skrutiek, v ktorom sa hriadeľ skrutky otáča a matica sa pohybuje lineárne, systém rotujúcich matíc poháňa maticu, zatiaľ čo hriadeľ skrutky sa nemôže otáčať.
V závislosti od konštrukcie stroja môže byť otočná matica držaná v pevnej axiálnej polohe, takže hriadeľ skrutky sa pohybuje lineárne, alebo sa zostava matice môže pohybovať pozdĺž stacionárnej skrutky. Táto konfigurácia môže byť užitočná na osiach s dlhým zdvihom alebo vysokorýchlostnými osami, pretože dlhý hriadeľ skrutky sa nemusí otáčať vysokou rýchlosťou.
„Automobilová aplikácia“ sa však môže vzťahovať buď na mechanizmus vo vozidle, alebo na zariadenie na výrobu automobilov. Požadovaná validácia, odolnosť voči prostrediu a dokumentácia sa môžu podstatne líšiť, takže pred výberom vhodnej rotačnej guľovej matice musí byť aplikácia jasne definovaná.
Ako funguje rotačná guľová matica
Otočná guľová matica obsahuje recirkulačné guľôčky, ktoré sa odvaľujú medzi maticou a špirálovou obežnou dráhou hriadeľa skrutky. Keď sa matica otáča vzhľadom na skrutku, ktorej je bránené v otáčaní, závitové vedenie premení toto relatívne otáčanie na lineárny posun.
Výsledná lineárna rýchlosť je:
Lineárna rýchlosť = rýchlosť otáčania matice × stúpanie skrutky
Napríklad rotujúca matica pracujúca pri 1 000 ot./min s 20 mm predstihom vytvára teoretickú lineárnu rýchlosť 20 000 mm/min alebo 20 m/min.
Usporiadanie pohonu zvyčajne vyžaduje viac ako samotná guľová matica. Kompletná zostava s otočnou maticou môže obsahovať:
- Zladený hriadeľ guľovej skrutky a matica
- Oporné ložiská matice
- Otočné puzdro matice
- Rozhranie remenice, remeňa, prevodu alebo priameho pohonu
- Usporiadanie mazania a tesnenia
- Antirotačné vedenie pre pohyblivý komponent
Tieto rozhrania musia byť hodnotené spoločne. Štandardná guľová matica nemôže byť automaticky prevedená na zostavu rotačnej matice jednoduchým pridaním kladky.
Kedy je vhodný dizajn otočnej matice?
Konvenčná konštrukcia s otočnou skrutkou je zvyčajne jednoduchšia a môže zostať preferovanou voľbou pre krátke alebo mierne jazdy. Usporiadanie s otočnou maticou stojí za zváženie, keď aplikácia zahŕňa:
- Dlhý lineárny pohyb
- Vysoká požadovaná lineárna rýchlosť
- Dlhý, štíhly skrutkový hriadeľ s obmedzenou kritickou rýchlosťou otáčania
- Požiadavka na zníženie zotrvačnosti otáčania hriadeľa skrutky
- Viacero nezávisle poháňaných matíc na jednej pevnej skrutke
- Usporiadanie stroja, v ktorom je otáčanie skrutky nepraktické
Pretože sa skrutka neotáča, konštrukcia rotujúcej matice môže zabrániť obmedzeniu otáčania hriadeľa spojenému s dlhou rotujúcou skrutkou. Stále však treba kontrolovať povolené otáčky matice, systému recirkulácie guľôčok, ložísk a komponentov pohonu.
1. Definujte automobilovú aplikáciu
Začnite tým, že identifikujete, kde sa bude matica s otočnou guľou používať.
Mechanizmus vo vozidle
Komponent vo vozidle môže byť vystavený striedaniu teplôt, vibráciám vozovky, vlhkosti, soli, prachu a opakovaným nárazom. Môže tiež vyžadovať bezpečnostnú analýzu špecifickú pre aplikáciu, sledovateľnosť, testovanie odolnosti a dokumentáciu o kvalite automobilov.
Vhodnosť pre stroj na výrobu automobilov automaticky neznamená, že tá istá guľová matica je kvalifikovaná na inštaláciu vo vnútri vozidla.
Zariadenia na výrobu automobilov
Guľôčkové skrutky s rotačnými maticami možno tiež zvážiť pre osi s dlhým zdvihom v montážnych linkách, zváracích zariadeniach, strojoch na výrobu batérií, kontrolných systémoch a zariadeniach na manipuláciu s komponentmi.
Pri týchto aplikáciách sú hlavnými požiadavkami bežne rýchlosť cyklu, výkon polohovania, ochrana pred kontamináciou, doba prevádzkyschopnosti stroja a dostupnosť údržby.
2. Potvrďte Usporiadanie pohybu
Dodávateľ potrebuje vedieť, ktorý komponent sa otáča a ktorý komponent sa pohybuje lineárne. Uveďte:
- Či je hriadeľ skrutky upevnený axiálne
- Či sa hriadeľ skrutky pohybuje lineárne
- Či sa puzdro matice pohybuje spolu s vozíkom
- Ako bude matica poháňaná
- Ako je pohyblivému komponentu zabránené v otáčaní
- Kde bude umiestnený motor, ložiská a remenica
Nákres rozloženia je obzvlášť dôležitý, pretože "rotujúca matica" môže popisovať viac ako jedno mechanické usporiadanie.
3. Vypočítajte požadované axiálne zaťaženie
Výber by mal byť založený skôr na úplnom zaťažovacom cykle než len na hmotnosti pohyblivého komponentu. Vypočítajte alebo odhadnite:
- Trvalé axiálne prevádzkové zaťaženie
- Sila zrýchlenia a spomalenia
- Špičková sila počas núdzového zastavenia
- Vonkajšia procesná sila
- Gravitačné zaťaženie na zvislej alebo naklonenej osi
- Očakávané prevádzkové cykly a dráha na cyklus
Požadovaná axiálna sila závisí od pohybujúcej sa hmoty, zrýchlenia, smeru inštalácie, vonkajšieho odporu a účinnosti pohonného systému.
Porovnajte vypočítané spektrum zaťaženia s dynamickým aj statickým zaťažením vybranej zostavy guľôčkovej skrutky. Dynamické zaťaženie ovplyvňuje vypočítanú únavovú životnosť, zatiaľ čo statická nosnosť je dôležitá, keď systém môže zažiť vysoké špičkové alebo rázové zaťaženie.
Guličková skrutka by mala prenášať axiálnu silu. Radiálne a momentové zaťaženia pôsobiace na vozík musia byť prenášané vhodným lineárnym vedením.
4. Určite náskok, rýchlosť a zrýchlenie
Požadovaný náskok úzko súvisí s lineárnou rýchlosťou, rýchlosťou otáčania, hnacím momentom a rozlíšením polohy.
- Väčšie vedenie vytvára lineárnejší pohyb na otáčku.
- Menšie vedenie môže poskytnúť jemnejší mechanický posun na otáčku.
- Vyššia rýchlosť otáčania zvyšuje nároky na cirkuláciu guľôčok, vyváženie, mazanie a nosné ložiská.
- Vyššie zrýchlenie zvyšuje zaťaženie puzdra matice, ložísk a komponentov pohonu.
Veľké vedenie by sa nemalo vyberať len na dosiahnutie vysokej rýchlosti. Musí sa zvážiť aj dostupný krútiaci moment motora, požadovaná prídržná sila, pracovný cyklus a cieľ polohovania.
5. Skontrolujte otáčky matice a prípustné prevádzkové podmienky
Jednou z výhod usporiadania s rotujúcou maticou je, že dlhý hriadeľ skrutky zostáva stacionárny a nepodlieha rovnakému obmedzeniu kritickej rýchlosti otáčania ako rotujúca skrutka. To neznamená, že zostava môže pracovať neobmedzenou rýchlosťou.
Potvrďte povolenú rýchlosť otáčania:
- Otočná guľová matica
- Systém recirkulácie guľôčok
- Oporné ložiská matice
- Pohon remenice alebo ozubeného kolesa
- Usporiadanie tesnení a mazania
Prevádzková rýchlosť by mala zostať v medziach špecifikovaných pre zvolenú zostavu guľôčkovej skrutky a rotujúcej matice. Nárast teploty a výkon mazania by sa mali hodnotiť aj pri plánovanom pracovnom cykle.
6. Vyberte požadovanú presnosť a predbežné načítanie
Príslušná presnosť závisí od toho, čo musí automobilová aplikácia ovládať. Dôležité požiadavky môžu zahŕňať:
- Presnosť polohovania
- Obojsmerná opakovateľnosť
- Axiálna vôľa alebo vôľa
- Hladkosť chodu
- Axiálna tuhosť
- Povolené zvýšenie teploty
Predpätie môže znížiť axiálnu vôľu a zvýšiť tuhosť, ale nadmerné predpätie zvyšuje krútiaci moment a teplo. Preto by sa mal vyberať podľa skutočného zaťaženia, rýchlosti a požiadaviek na umiestnenie, a nie automaticky vyberať najvyššiu dostupnú úroveň.
Stupeň presnosti a predpätie sú rôzne špecifikácie. Vyššia trieda presnosti olova sama o sebe nezaručuje nulovú vôľu a vyššie predpätie neopravuje chyby montáže alebo zarovnania.
7. Vyhodnoťte ložiská podpery matíc a rozhranie pohonu
Matica potrebuje usporiadanie ložísk, ktoré umožňuje otáčanie pri riadení axiálneho a radiálneho pohybu. Tieto ložiská môžu prenášať reakcie pohonu a musia poskytovať dostatočnú tuhosť pre zamýšľané zaťaženie a rýchlosť.
Skontrolujte nasledujúce rozhrania:
- Typ a usporiadanie ložiska
- Predpätie ložiska
- Rozmery puzdra matice
- Spôsob montáže kladky alebo ozubeného kolesa
- Napnutie hnacieho remeňa
- Poloha motora
- Sústrednosť bývania
- Prístup k mazaniu
Nadmerné napnutie remeňa môže spôsobiť radiálne zaťaženie ložísk matice. Zlá súososť medzi rotujúcou maticou, nosnými ložiskami a hnacou kladkou môže spôsobiť vibrácie, nerovnomerný krútiaci moment a predčasné opotrebovanie.
8. Poskytnite samostatný systém navádzania
Guličková skrutka generuje a prenáša axiálny pohyb, ale nemala by sa používať ako hlavné vedenie pohyblivej konštrukcie. Lineárne vedenia alebo iný vhodný vodiaci mechanizmus musia prenášať radiálne zaťaženie a momenty.
Valčekové lineárne vedenie môže prenášať radiálne a momentové zaťaženie v systéme pohybu rotujúcej guľovej matice.
Lineárne hriadele a ložiská poskytujú alternatívnu metódu vedenia pre vhodné zariadenia s nízkou alebo strednou záťažou.
Dva vyššie uvedené obrázky znázorňujú možné komponenty vedenia, a nie rotujúce guľové matice. Vodiaci systém by mal byť vybraný nezávisle podľa radiálneho zaťaženia, momentového zaťaženia, tuhosti a inštalačného priestoru.
9. Zvážte teplotu, znečistenie a mazanie
Podmienky prostredia ovplyvňujú usporiadanie tesnenia a mazania. Potvrďte očakávané:
- Minimálna a maximálna prevádzková teplota
- Vystavenie prachu, kovovým časticiam alebo rozstreku zo zvárania
- Kontakt s chladiacou kvapalinou, olejom, vodou alebo čistiacimi chemikáliami
- Úroveň vibrácií a otrasov
- Požadovaný interval údržby
- Povolený typ maziva
Pretože sa matica otáča, metóda použitá na dodávanie a zadržiavanie maziva musí byť kompatibilná s rotačným puzdrom. Vstup mazania, orientácia tesnenia a prístup k údržbe by sa mali definovať vo fáze návrhu.
10. Skontrolujte montážny priestor a kompatibilitu
Samotný priemer skrutky a stúpanie nestačia na definovanie rotačnej guľovej matice. Mali by sa potvrdiť nasledujúce rozmery a rozhrania:
- Menovitý priemer skrutky a vedenie
- Smer závitu
- Celková dĺžka skrutky a použiteľná dráha
- Rozmery príruby matice
- Vonkajší priemer otočného puzdra
- Ložiskové sedadlá a polohovacie ramená
- Rozhranie hnacej remenice alebo prevodovky
- Montážna poloha motora
- K dispozícii radiálny a axiálny inštalačný priestor
Guľôčková matica a skrutkový hriadeľ musia byť dodané ako kompatibilná zostava. Zhoda iba menovitého priemeru a predstihu nie je dostatočná, pretože geometria obežnej dráhy, veľkosť guľôčky, predpätie a konštrukcia obehu musia tiež zodpovedať.
Informácie potrebné na výber matice s rotujúcou guľou
| Požadované informácie | Prečo na tom záleží |
|---|---|
| Miesto aplikácie | Odlišuje komponent vo vozidle od zariadenia na výrobu automobilov |
| Usporiadanie pohybu | Definuje, ktorý komponent sa otáča a ktorý komponent sa pohybuje |
| Zdvih a celková dĺžka skrutky | Určuje požadované usporiadanie hriadeľa a stroja |
| Pohyblivá hmotnosť a axiálne zaťaženie | Používa sa na výpočty nosnosti a životnosti |
| Maximálna lineárna rýchlosť | Používa sa na výber rýchlosti otáčania olova a matice |
| Zrýchlenie a pracovný cyklus | Ovplyvňuje špičkové zaťaženie, teplotu a životnosť |
| Presnosť a cieľ vôle | Určuje stupeň presnosti a požiadavky na predpätie |
| Životné prostredie | Definuje požiadavky na tesnenie, mazanie a materiál |
| Inštalačný výkres | Potvrdzuje rozhrania krytu, ložísk a pohonu |
Záver
Rotujúca guľová matica by mala byť vybraná ako súčasť kompletnej zostavy pohonu a nie ako izolovaná matica. Správna voľba závisí od usporiadania pohybu, axiálneho zaťaženia, predstihu, rýchlosti, zrýchlenia, presnosti, predpätia, podporných ložísk, rozhrania pohonu a prevádzkového prostredia.
V prípade zariadení na výrobu automobilov s dlhým zdvihom môže držanie skrutkového hriadeľa v nehybnom stave pomôcť vyhnúť sa obmedzeniu kritickej rýchlosti dlhého rotujúceho hriadeľa. V prípade mechanizmu zabudovaného vo vozidle musia byť potvrdené dodatočné požiadavky na trvanlivosť, bezpečnosť, sledovateľnosť a environmentálne požiadavky špecifické pre danú aplikáciu predtým, ako sa výrobok môže považovať za vhodný.
DLY dodáva radzostavy guľôčkových skrutiekaséria guľových matíc. Pri požiadavke na rotačnú maticu pošlite rozloženie pohybu a prevádzkové parametre na posúdenie uskutočniteľnosti namiesto výberu iba podľa priemeru skrutky a stúpania.
