Kompletny układ napędowy ze śrubą kulową przekształca obrót silnika w kontrolowany ruch liniowy. Śruba kulowa jest głównym elementem przekładni, ale sama w sobie nie może działać jako dokładna oś maszyny. Musi współpracować z silnikiem, sprzęgłem, łożyskami podporowymi, prowadnicą liniową, stołem ruchomym i układem sterowania.
Kiedy silnik obraca wał śruby, kulki obiegowe przenoszą siłę pomiędzy bieżniami śruby i nakrętki. Nakrętka porusza się wzdłuż śruby, natomiast prowadnica liniowa podtrzymuje stół i zapobiega niepożądanemu obrotowi. Sterownik określa odległość, prędkość, przyspieszenie i kierunek podróży.
Główne elementy układu napędowego ze śrubą kulową
Dokładna konstrukcja różni się w zależności od maszyny, ale konwencjonalna oś napędzana silnikiem zwykle zawiera następujące elementy.
| Część | Główna funkcja | Ważny punkt wyboru |
|---|---|---|
| Serwo lub silnik krokowy | Zapewnia prędkość obrotową i moment obrotowy | Wymagania dotyczące momentu obrotowego, prędkości, bezwładności i sterowania |
| Sprzęganie | Łączy wał silnika ze śrubą kulową | Moment obrotowy, sztywność skrętna i dopuszczalna niewspółosiowość |
| Wsparcie ze strony stałej | Umiejscawia śrubę osiowo i przenosi obciążenie promieniowe i osiowe | Układ łożysk, napięcie wstępne i dokładność końca wału |
| Łożysko od strony podpory | Podtrzymuje przeciwny koniec śruby, umożliwiając jednocześnie wybrany układ termiczny | Wymagania dotyczące wyrównania, podparcia promieniowego i rozszerzalności |
| Wał śruby kulowej | Zapewnia spiralną bieżnię i przekazuje sygnał wejściowy obrotu | Średnica, skok, długość, dokładność i prędkość krytyczna |
| Nakrętka kulkowa | Przekształca obrót śruby w ruch liniowy | Typ nakrętki, struktura cyrkulacji, napięcie wstępne i obciążenie znamionowe |
| Obudowa nakrętki lub gniazdo nakrętki | Łączy nakrętkę kulkową ze stołem ruchomym | Sztywność montażu i kompatybilność kołnierzy |
| Prowadnica liniowa | Podtrzymuje stół i kontroluje tor jego przemieszczania się | Obciążenie, moment obrotowy, napięcie wstępne i wyrównanie |
| Kontroler i informacja zwrotna | Steruje i monitoruje pozycję, prędkość i przyspieszenie | Sterowanie w pętli otwartej lub zamkniętej i rozdzielczość sprzężenia zwrotnego |
Prowadnica liniowa przenosi obciążenie promieniowe i momentowe ze stołu. Śruba kulowa powinna przede wszystkim przenosić siłę osiową. Używanie śruby kulowej jako jedynej prowadnicy ruchomego obciążenia może wprowadzić siłę promieniową i moment do nakrętki, powodując nierównomierne zużycie i niestabilną pracę.
Jak działa kompletny układ napędowy ze śrubą kulową?
- Kontroler wydaje polecenie ruchu.
Polecenie określa wymaganą odległość, kierunek, prędkość i przyspieszenie. - Silnik generuje obrót.
Serwosilnik zwykle wykorzystuje sprzężenie zwrotne enkodera do sterowania położeniem i prędkością w pętli zamkniętej. Silnik krokowy może pracować w pętli otwartej lub ze sprzężeniem zwrotnym, w zależności od projektu systemu. - Sprzęgło przenosi moment obrotowy silnika.
Sprzęgło przenosi obrót na wał śruby. Może kompensować ograniczone błędy montażowe, ale nie należy go używać do kompensacji poważnego niewspółosiowości silnika względem śruby. - Łożyska podporowe ustalają śrubę.
Układ łożysk po stronie stałej kontroluje położenie osiowe i przenosi obciążenie wzdłużne. Łożysko od strony podpory stabilizuje przeciwny koniec zgodnie z wybranym układem mocowania. - Wał śruby obraca się.
Gdy wał się obraca, stalowe kulki toczą się pomiędzy pasującymi spiralnymi rowkami śruby i nakrętki. - Nakrętka kulkowa porusza się liniowo.
Toczące się kulki przenoszą siłę osiową na nakrętkę. Ponieważ nakrętka jest połączona ze stołem i zabezpieczona przed obrotem, porusza się ona wzdłuż osi śruby. - Kulki recyrkulują wewnątrz nakrętki.
Po opuszczeniu obciążonej bieżni kulki przechodzą przez wewnętrzny deflektor, przejście w zaślepce lub zewnętrzną ścieżkę powrotną i ponownie wchodzą do strefy obciążenia. - Prowadnica steruje ścieżką stołu.
Prowadnice liniowe i bloki podtrzymują stół, wytrzymują momenty i utrzymują zamierzony kierunek ruchu.
Aby uzyskać szczegółowe wyjaśnienie wewnętrznej ścieżki powrotnej nakrętki, zobaczJak działa system recyrkulacji śruby kulowej?
W jaki sposób prędkość, skok, siła i moment obrotowy śruby kulowej są ze sobą powiązane?
Podróż liniowa na obrót
Skok śruby kulowej to teoretyczna odległość przebyta przez nakrętkę podczas jednego pełnego obrotu śruby.
Na przykład śruba kulowa o skoku 10 mm teoretycznie przesuwa nakrętkę o 10 mm na każdy pełny obrót śruby.
Prędkość liniowa
Przy 1000 obr/min przewód o średnicy 10 mm wytwarza teoretyczną prędkość liniową 10 000 mm/min. Rzeczywista dozwolona prędkość musi także mieścić się w granicach prędkości krytycznej ślimaka, obrotu kulek, układu podpór, smarowania i konstrukcji maszyny.
Siła osiowa i moment napędowy
Idealną zależność pomiędzy wymaganym momentem obrotowym śruby a siłą osiową można wyrazić jako:
Gdzie:
- T= moment napędowy
- F= siła osiowa
- L= skok śruby kulowej
- η= sprawność mechaniczna
To równanie jest jedynie punktem wyjścia. Dobór silnika musi również uwzględniać moment przyspieszający, opór łożyska, opór prowadnicy, opór uszczelnienia, napięcie wstępne, zewnętrzną siłę procesową i grawitację w osi pionowej.
Systemy napędowe ze śrubą obrotową a układy napędowe z nakrętką obrotową
Śruba obrotowa z nakrętką podróżną
Jest to najczęstsza konfiguracja. Silnik obraca śrubę, podczas gdy nakrętka kulkowa jest przymocowana do ruchomego stołu. Zapewnia praktyczną strukturę dla wielu maszyn CNC, jednostek automatyki, maszyn pakujących i systemów pozycjonowania.
W przypadku długich śrub pracujących z dużą prędkością obrotową znaczenie ma prędkość krytyczna i drgania wału. Przed określeniem maksymalnej prędkości roboczej należy sprawdzić średnicę śruby, długość samonośną i układ łożysk.
Stała śruba z nakrętką obrotową
W systemie z nakrętką obrotową wał śruby pozostaje nieruchomy, podczas gdy nakrętka się obraca. Nakrętka obrotowa jest osadzona w obudowie łożyska i napędzana paskiem, przekładnią lub innym układem przeniesienia napędu.
Ta konfiguracja może być użyteczna w przypadku osi o długim skoku i dużych prędkościach, ponieważ długa śruba nie obraca się z dużą prędkością. Jednakże zespół z nakrętką obrotową jest bardziej złożony, a jego łożysko, napęd i układ smarowania muszą być zaprojektowane jako kompletny zespół.
| Konfiguracja | Element obrotowy | Typowe rozważanie |
|---|---|---|
| Obrotowa śruba | Wał śrubowy | Prosta konstrukcja; w przypadku długich wałów należy sprawdzić prędkość krytyczną |
| Obrotowa nakrętka | Zespół nakrętki kulowej | Nadaje się do niektórych systemów o długim skoku i dużej prędkości; bardziej złożony zespół napędowy nakrętki |
Co decyduje o dokładności systemu śrub kulowych?
Dokładność kompletnego układu napędowego nie jest równa klasie dokładności samej śruby kulowej. Błąd pozycjonowania może wynikać z kilku elementów.
- Dokładność skoku śruby kulowej:Różnica między teoretycznym a rzeczywistym skokiem nakrętki.
- Luz osiowy:Ruch względny pomiędzy śrubą i nakrętką, gdy kierunek siły jest odwrotny.
- Luz wspierający:Ruch osiowy w układzie łożysk nieruchomych.
- Odkształcenie sprzęgła:Odkształcenie skrętne pod wpływem zmieniającego się momentu obrotowego.
- Sztywność śruby i podpory:Przemieszczenie sprężyste pod obciążeniem osiowym.
- Rozszerzalność cieplna:Zmiana długości śruby wraz ze wzrostem temperatury roboczej.
- Dokładność prowadnicy:Odchylenie w rzeczywistej ścieżce ruchu stołu.
- Odkształcenie ramy maszyny:Przemieszczenia konstrukcji pod obciążeniem.
- Metoda sprzężenia zwrotnego:Enkoder silnika nie mierzy bezpośrednio położenia stołu, chyba że zostanie użyte oddzielne urządzenie liniowego sprzężenia zwrotnego.
DLY dostarcza walcowane śruby kulowe C7 i C10 do ogólnych wymagań ruchu oraz szlifowane śruby C5, C3 i wersje o większej precyzji do zastosowań wymagających ściślejszej kontroli. Ostateczna dokładność systemu nadal zależy od instalacji, podpór, napięcia wstępnego, temperatury i metody kontroli.
Jak wybrać system napędu śrubą kulową
Wybór śruby kulowej należy rozpocząć od pełnych warunków pracy, a nie tylko od średnicy śruby.
| Parametr | Dlaczego to ma znaczenie |
|---|---|
| Maksymalne i normalne obciążenie osiowe | Wpływa na średnicę, typ nakrętki, nośność i oczekiwaną trwałość zmęczeniową |
| Skok i całkowita długość śruby | Wpływa na długość wału, wyboczenie, prędkość krytyczną i rozmieszczenie podpór |
| Wymagana prędkość liniowa | Określa wymagany wyprzedzenie i prędkość obrotową |
| Przyspieszenie i cykl pracy | Wpływa na moment obrotowy silnika, ciepło i żywotność |
| Wymóg pozycjonowania | Wpływa na stopień dokładności, napięcie wstępne, sprzężenie zwrotne i kontrolę termiczną |
| Montaż poziomy lub pionowy | Zmienia wymagania dotyczące obciążenia grawitacyjnego, hamowania i jazdy do tyłu |
| Sposób montażu | Wpływa na prędkość krytyczną, wytrzymałość na wyboczenie i sztywność osiową |
| Środowisko operacyjne | Określa wymagania dotyczące uszczelnienia, smarowania i ochrony przed korozją |
DLY zapewniaśruby kuloweo różnych średnicach, wyprowadzeniach, strukturze nakrętek i stopniach dokładności. Długość i obróbkę końcówek wału można dopasować do układów podpór BK/BF, FK/FF lub EK/EF zgodnie z rysunkiem klienta.
Elementy podporowe należy potwierdzić wraz z rysunkiem końcówki wału. DLYzespoły wsporników śrub kulowychobejmują układy po stronie stałej i podporowej dla różnych rozmiarów śrub i konstrukcji montażowych.
Typowe problemy z systemem napędu śruby kulowej
| Objaw | Możliwa przyczyna | Pierwsza kontrola |
|---|---|---|
| Nierówny ruch lub ciasne punkty | Niewspółosiowość, wygięty wał, zanieczyszczona bieżnia lub błąd prowadnicy | Sprawdź wyrównanie na całym skoku |
| Położenie zmienia się po zmianie kierunku | Luz nakrętki, luz łożyska, odkształcenie sprzęgła lub luźne połączenie | Zmierz każde źródło utraconego ruchu osobno |
| Nienormalny hałas | Słabe smarowanie, uszkodzone kulki, problem z systemem powrotnym lub uszkodzenie łożyska | Zidentyfikuj, czy hałas pochodzi z nakrętki, łożysk czy silnika |
| Rosnąca temperatura | Nadmierne napięcie wstępne, duża prędkość, niewłaściwe smarowanie lub niewspółosiowość | Sprawdź temperaturę, moment obrotowy i stan smarowania |
| Wibracje śruby przy dużej prędkości | Praca w pobliżu prędkości krytycznej, słabe wsparcie lub nadmierne bicie | Sprawdź prędkość śruby, długość samonośną i układ łożysk |
| Przeciążenie silnika | Nieprawidłowe obliczenie momentu obrotowego, zakleszczenie, nadmierne obciążenie lub agresywne przyspieszanie | Porównaj rzeczywisty prąd i moment obrotowy na każdym etapie pracy |
Konserwacja powinna obejmować odpowiednie smarowanie, kontrolę zanieczyszczeń, kontrolę podpór i sprzęgieł oraz monitorowanie hałasu, temperatury i wydajności pozycjonowania. Jeżeli pojawi się usterka, zamiast wymieniać nakrętkę kulkową, należy sprawdzić całą oś bez określenia pierwotnej przyczyny.
Skontaktuj się z nami
Potrzebujesz pomocy w wyborze śruby kulowej, rodzaju nakrętki, klasy dokładności lub układu podpory? Prześlij nam swoje obciążenie, skok, prędkość, metodę montażu i rysunek końcówki wału.
Adres e-mail do kontaktu: dlyexport2@dlybearing.com|Skontaktuj się z WhatsApp: +86 166 0578 8856|Skontaktuj się z nami
