Ako zladiť guľôčkovú skrutku a lineárne vedenie pre jednu os: zaťaženie, rýchlosť, presnosť a veľkosť

A guľová skrutkaalineárne vedenievykonávať rôzne funkcie na tej istej pohybovej osi. Táto príručka vysvetľuje, ako ich veľkosť a prispôsobenie podľa zaťaženia, rýchlosti, presnosti, zdvihu, tuhosti a podmienok inštalácie namiesto spoliehania sa na párovanie s pevnou veľkosťou.

1. Čo nesie guľôčková skrutka a čo lineárne vedenia?

Guličková skrutka a lineárne vedenia spolupracujú, ale nenesú rovnaké zaťaženie.

Theguľôčková skrutka primárne prenáša axiálny tlak. V závislosti od stroja to môže zahŕňať akceleračnú silu, procesnú silu, trecí odpor a na zvislej osi hmotnosť pohyblivej zostavy.

Thelineárne vedenia podporujú a obmedzujú pohyblivú štruktúru. Prenášajú vertikálne a bočné sily a odolávajú klopným, vychýliteľným a valivým momentom spôsobeným zaťažením, vonkajšími silami a posunutím ťažiska--.

Z tohto dôvodu by sa guľôčková skrutka nemala považovať za hlavný radiálny vodiaci prvok osi. Vodidlá by mali ovládať dráhu pohybu, zatiaľ čo skrutka poskytuje hlavne hnaciu silu.

2. Aplikačné vstupy požadované pred dimenzovaním

Pred výberom ktoréhokoľvek komponentu zhromaždite prevádzkové podmienky celej osi.

Pohyblivá omša

Zahrňte každý komponent, ktorý sa pohybuje spolu s vozíkom, ako je stôl, prípravok, obrobok, vreteno, nástroje a akékoľvek vybavenie namontované na pohyblivej zostave.

Vonkajšie sily

Identifikujte rezné, lisovacie, upínacie alebo iné procesné sily. Smer a bod, v ktorom sila pôsobí, sú dôležité, pretože určujú ťah guľôčkovej skrutky a momentové zaťaženie lineárneho vedenia.

Montážna orientácia

Určite, či je os horizontálna, vertikálna alebo naklonená. Na vodorovnej osi je gravitácia podporovaná hlavne vodidlami. Na vertikálnej osi sa gravitácia tiež stáva nepretržitým axiálnym zaťažením guľôčkovej skrutky a pohonného systému.

Zdvih a dĺžka inštalácie

Efektívny zdvih nie je rovnaký ako celková dĺžka skrutky. Priestor je potrebný aj pre guľovú maticu, podporné jednotky, opracovanie-konca hriadeľa a konštrukciu stroja.

Rýchlosť a zrýchlenie

Zrýchlenie vytvára zotrvačnú silu podľa:

F = m × a

Ťažká os môže generovať značný ťah aj pri strednej rýchlosti, ak je zrýchlenie vysoké.

Požiadavky na presnosť

Definujte presnosť polohovania, opakovateľnosť, prípustnú vôľu alebo axiálnu vôľu a požadovanú tuhosť. Stupeň presnosti skrutiek by mal vychádzať zo skutočných požiadaviek na polohovanie stroja, a nie z jednoduchého výberu najvyššej dostupnej triedy.

Pracovný cyklus

Prevádzkové hodiny, počet cyklov za hodinu, prejdená vzdialenosť na cyklus a kolísanie zaťaženia ovplyvňujú požadovanú životnosť guľôčkovej skrutky aj lineárnych vedení.

3. Nastavte veľkosť lineárnych vodidiel podľa síl, momentov a rozostupov blokov

Dimenzovanie lineárneho vedenia by nemalo byť založené len na celkovej hmotnosti stroja.

Napríklad pohyblivá zostava s hmotnosťou 500 kg vytvára gravitačnú silu približne:

500 × 9.81 = 4,905 N

Ak os používa dve koľajnice a štyri bloky, rovnomerné rozdelenie 4 905 N medzi štyri bloky poskytuje iba idealizovanú statickú hodnotu. Skutočné stroje majú často posunuté ťažisko alebo vonkajšie sily, ktoré vytvárajú momenty.

Pri výbere sprievodcu by sa preto malo zvážiť:

• rozstup koľajníc-k{1}}koľajnici;
• medzery medzi blokmi-do{1}}bloku;
• výška ťažiska--;
• pozdĺžna a bočná poloha zaťaženia;
• smer vonkajšej sily;
• nakláňanie, zatáčanie a otáčanie.

Zväčšenie vzdialenosti medzi koľajnicami vo všeobecnosti zlepšuje odolnosť voči valivým momentom, zatiaľ čo zväčšenie pozdĺžnej vzdialenosti medzi blokmi môže zlepšiť odolnosť voči klopným a zatáčavým momentom.

Po výpočte rozloženia zaťaženia skontrolujte dynamickú únosnosť, statickú únosnosť, prípustné momenty a požadovanú životnosť od výrobcu vodidiel.

4. Nastavte veľkosť guľôčkovej skrutky podľa ťahu, životnosti, vzperu a kritickej rýchlosti

Požadovaný axiálny ťah

Pre horizontálnu os možno potrebný ťah skrutky odhadnúť zo sily zrýchlenia, vonkajšej procesnej sily a mechanickej odolnosti.

F_celkom = F_zrýchlenie + F_proces + F_odpor

Pre vertikálnu os je potrebné zahrnúť aj gravitáciu. Samotná vertikálna pohybujúca sa hmota s hmotnosťou 500 kg vytvára približne 4 905 N gravitačného zaťaženia pred pridaním zrýchlenia a procesných síl.

Životnosť guľôčkovej skrutky

Životnosť guľôčkovej skrutky závisí od vzťahu medzi dynamickým zaťažením skrutky a ekvivalentným axiálnym prevádzkovým zaťažením. Namiesto použitia maximálnej sily by sa malo zvážiť skutočné spektrum zaťaženia.

Vzpieranie

Dlhé guľôčkové skrutky vystavené tlakovému zaťaženiu musia byť skontrolované z hľadiska vybočenia. Medzi dôležité faktory patrí priemer koreňa skrutky, nepodporovaná dĺžka, usporiadanie podpery a tlaková sila.

Kritická rýchlosť

Dlhé rotujúce skrutky musia tiež zostať pod svojou povolenou kritickou rýchlosťou. Požadované otáčky skrutky závisia od lineárnej rýchlosti a stúpania skrutky.

Väčšie vedenie môže znížiť rýchlosť otáčania skrutky pri rovnakej lineárnej rýchlosti pohybu, ale tiež mení krútiaci moment motora, mechanickú výhodu a rozlíšenie polohy. Priemer a olovo by sa preto mali vyberať spoločne.

5. Presnosť zhody, predpätie a tuhosť

Samotná nosnosť nerozhoduje o tom, či sú skrutka a vodidlá správne zladené. Kompletná os musí tiež poskytovať požadovanú presnosť a tuhosť.

Presnosť guľôčkovej skrutky

Zvoľte stupeň presnosti guľôčkovej skrutky podľa pohybu osi, tolerancie polohovania, stratégie riadenia a celkového rozpočtu chýb stroja.

Predpätie

Predpätie guľôčkovej skrutky môže znížiť axiálnu vôľu a zvýšiť tuhosť, zatiaľ čo predpätie vodidla môže znížiť posun pri meniacich sa zaťaženiach. Nadmerné predpätie však zvyšuje trenie, tvorbu tepla a citlivosť na chyby pri inštalácii.

Cieľom nie je všade špecifikovať maximálne predpätie alebo maximálnu presnosť. Skrutka, vodidlá, oporné ložiská, spojka, montážne plochy a rám stroja by mali byť zvolené ako jeden mechanický systém.

6. Skontrolujte zarovnanie skrutky a vodiacej lišty a geometriu inštalácie

Dokonca aj správne dimenzované komponenty môžu fungovať zle, ak sú skrutka a vodiace lišty nainštalované s nadmernou chybou.

Medzi dôležité faktory inštalácie patria:

• rovnosť povrchu montáže koľajníc-;
• rovnobežnosť medzi vodiacimi koľajnicami;
• zarovnanie guľôčkových skrutiek;
• podpora-zarovnania ložísk;
• presnosť montáže guľových matíc;
• tuhosť pohyblivého vozíka.

Zlé zarovnanie môže zvýšiť krútiaci moment pohonu, teplo a opotrebovanie a zároveň znížiť životnosť a výkon polohovania. Predpäté systémy vo všeobecnosti kladú vyššie nároky na presnosť inštalácie.

7. Spracovaný príklad: 500 kg horizontálna automatizačná os

Zvážte predbežnú horizontálnu os automatizácie s nasledujúcimi požiadavkami:

Krok 1: Výpočet zotrvačnej sily

Pri zrýchlení 1,0 m/s²:

F = 500 × 1.0 = 500 N

Toto je len sila zrýchlenia. Ešte treba pridať procesnú silu a mechanickú odolnosť.

Krok 2: Výpočet vodiaceho zaťaženia

Vodiaci systém podporuje približne 4 905 N statickej hmotnosti. Zaťaženie jednotlivých blokov však nemožno potvrdiť, kým nie sú známe rozstupy koľajníc, rozstup blokov a poloha ťažiska--.

Krok 3: Vyberte Usporiadanie sprievodcu

Vypočítajte sily a momenty pôsobiace na každý blok pomocou skutočnej geometrie stroja, potom vyberte rad vodiacich prvkov a konfiguráciu bloku, ktoré poskytujú požadovanú nosnosť, momentovú kapacitu, tuhosť a životnosť.

Krok 4: Vyberte guľôčkovú skrutku

Určite požadovaný axiálny tlak a potom skontrolujte priemer skrutky, stúpanie, dynamickú nosnosť, očakávanú životnosť, kritickú rýchlosť a tam, kde je to vhodné.

Tento príklad zámerne nešpecifikuje pevnú veľkosť skrutky alebo vodidla, pretože chýbajúce údaje o geometrii a sile procesu- môžu podstatne zmeniť konečný výber.

8. Bežné chyby pri párovaní

Použitie pevnej skrutky-na{1}}nasmerovanie tabuľky veľkostí

Medzi priemerom guľôčkovej skrutky a veľkosťou lineárneho vedenia neexistuje univerzálny vzťah{0}}k{1}}jednému.

Výber len vodítok z hmotnosti stroja

Posun ťažiska--ťažiska a vonkajšie momenty môžu spôsobiť oveľa vyššie zaťaženie jednotlivých blokov, ako naznačuje jednoduchý výpočet hmotnosti.

Výber len guľôčkovej skrutky z nosnosti

Skrutka môže mať dostatočnú axiálnu zaťažiteľnosť, ale stále nespĺňa požiadavky aplikácie na kritickú{0}}rýchlosť, vybočenie, vedenie alebo{1}}dĺžku inštalácie.

Ignorovanie zrýchlenia

Zrýchlenie môže spôsobiť značné ťahové a momentové zaťaženie, najmä na ťažkých osiach a osiach s vysokým{0}}cyklom.

Použitie guľôčkovej skrutky ako vodidla

Lineárne vodidlá by mali riadiť dráhu pohybu. Guličková skrutka by mala prenášať hlavne axiálnu hnaciu silu.

Určenie nadmerného predpätia

Väčšie predpätie nie je vždy lepšie. Nadmerné predpätie zvyšuje trenie, teplo a citlivosť na montážne chyby.

9. Kontrolný zoznam RFQ pre kompletný systém guľôčkovej skrutky a lineárneho vedenia

Pre predbežný výber guľôčkovej skrutky a lineárneho vedenia uveďte:

• Pohybujúca sa hmota a vonkajšia procesná sila
• Horizontálna, vertikálna alebo šikmá montáž
• Efektívna mŕtvica
• Maximálna rýchlosť a zrýchlenie
• Presnosť polohovania a opakovateľnosť
• Denné prevádzkové hodiny a frekvencia cyklov
• Dostupná dĺžka inštalácie guľôčkovej skrutky
• Počet koľajníc a blokov
• Rozostup koľajníc a rozstup blokov
• Poloha ťažiska--, ak je k dispozícii
• Pracovné prostredie
• Prototyp a výrobné množstvo

Strojový výkres alebo jednoduché rozloženie osí je užitočné najmä vtedy, keď je zaťaženie odsadené od vodiacej stredovej čiary.

Záver

Zosúladenie guľôčkovej skrutky a lineárneho vedenia nie je otázkou spárovania dvoch katalógových veľkostí.

Lineárne vedenia by sa mali vyberať podľa síl, momentov, rozloženia zaťaženia, geometrie a požadovanej životnosti. Guličková skrutka by sa mala vyberať podľa axiálneho tlaku, životnosti, priemeru, stúpania, kritickej rýchlosti, vzpierania a požiadaviek na umiestnenie.

Konečná kombinácia by sa potom mala skontrolovať ako kompletný systém na tuhosť, presnosť, zarovnanie a podmienky inštalácie.

← Späť na DLY Blog