Jak wybrać obrotową nakrętkę kulową do zastosowań motoryzacyjnych

Wybór obrotowej nakrętki kulowej do zastosowań motoryzacyjnych rozpoczyna się od dokładnego określenia układu ruchu. W przeciwieństwie do konwencjonalnego systemu śrub kulowych, w którym wał śruby obraca się, a nakrętka porusza się liniowo, system obracającej się nakrętki napędza nakrętkę, podczas gdy wał śruby nie może się obracać.

W zależności od konstrukcji maszyny nakrętka obrotowa może być utrzymywana w ustalonym położeniu osiowym, tak że wał śruby porusza się liniowo, lub zespół nakrętki może przemieszczać się wzdłuż nieruchomej śruby. Ta konfiguracja może być użyteczna w przypadku osi o długim skoku lub dużych prędkościach, ponieważ długi wał ślimakowy nie musi obracać się z dużą prędkością.

Jednakże „zastosowanie w motoryzacji” może odnosić się albo do mechanizmu w pojeździe, albo do sprzętu do produkcji samochodów. Wymagana walidacja, odporność na warunki środowiskowe i dokumentacja mogą się znacznie różnić, dlatego przed wyborem odpowiedniej obrotowej nakrętki kulowej należy jasno określić zastosowanie.

Jak działa obrotowa nakrętka kulkowa

Obracająca się nakrętka kulkowa zawiera kulki obiegowe, które toczą się pomiędzy nakrętką a spiralną bieżnią wału śruby. Kiedy nakrętka obraca się względem śruby, która jest zabezpieczona przed obrotem, skok gwintu przekształca ten względny obrót w przemieszczenie liniowe.

Wynikowa prędkość liniowa wynosi:

Prędkość liniowa = prędkość obrotowa nakrętki × skok śruby

Na przykład obracająca się nakrętka pracująca z prędkością 1000 obr./min i skokiem 20 mm wytwarza teoretyczną prędkość liniową 20 000 mm/min, czyli 20 m/min.

Układ napędowy zwykle wymaga czegoś więcej niż samej nakrętki kulowej. Kompletny zespół nakrętki obrotowej może obejmować:

• Dopasowany wał i nakrętka śruby kulowej
• Łożyska podporowe nakrętki
• Obrotowa obudowa nakrętki
• Koło pasowe, pasek, przekładnia lub interfejs napędu bezpośredniego
• Układ smarowania i uszczelniania
• Wskazówki zapobiegające obrotowi ruchomego elementu

Interfejsy te należy oceniać łącznie. Standardowej nakrętki kulkowej nie można automatycznie przekształcić w zespół nakrętki obrotowej po prostu przez dodanie koła pasowego.

Kiedy odpowiednia jest konstrukcja z nakrętką obrotową?

Konwencjonalna konstrukcja ze śrubą obrotową jest zwykle prostsza i może pozostać preferowanym wyborem w przypadku krótkich lub umiarkowanych przesuwów. Układ z nakrętką obrotową warto rozważyć, gdy zastosowanie obejmuje:

• Długi przesuw liniowy
• Wysoka wymagana prędkość liniowa
• Długi, smukły wał śrubowy z ograniczoną krytyczną prędkością obrotową
• Wymóg zmniejszenia bezwładności obrotowej wału śrubowego
• Wiele niezależnie napędzanych zespołów nakrętek na jednej nieruchomej śrubie
• Układ maszyny, w którym obracanie ślimaka jest niepraktyczne

Ponieważ śruba się nie obraca, konstrukcja z nakrętką obrotową pozwala uniknąć ograniczenia wirowania wału związanego z długą obracającą się śrubą. Jednakże należy sprawdzić dopuszczalną prędkość obrotową nakrętki, układu recyrkulacji kulek, łożysk i elementów napędu.

1. Zdefiniuj zastosowanie motoryzacyjne

Rozpocznij od określenia miejsca zastosowania obrotowej nakrętki kulowej.

Mechanizm w pojeździe

Element pojazdu może być narażony na wahania temperatury, wibracje drogowe, wilgoć, sól, kurz i powtarzające się wstrząsy. Może również wymagać analizy bezpieczeństwa specyficznej dla aplikacji, identyfikowalności, testów trwałości i dokumentacji jakości motoryzacyjnej.

Przydatność do maszyny do produkcji samochodów nie oznacza automatycznie, że ta sama nakrętka kulkowa nadaje się do montażu wewnątrz pojazdu.

Sprzęt do produkcji samochodów

Śruby kulowe z nakrętką obrotową można również rozważyć w osiach o długim skoku w liniach montażowych, sprzęcie spawalniczym, maszynach do produkcji akumulatorów, systemach kontroli i sprzęcie do obsługi podzespołów.

W przypadku tych zastosowań główne wymagania obejmują zwykle częstotliwość cykli, wydajność pozycjonowania, ochronę przed zanieczyszczeniami, czas pracy maszyny i dostępność konserwacji.

2. Potwierdź układ ruchu

Dostawca musi wiedzieć, który element obraca się, a który porusza się liniowo. Sprecyzować:

• Czy wał śrubowy jest zamocowany osiowo
• Czy wał ślimakowy porusza się liniowo
• Czy obudowa nakrętki porusza się wraz z wózkiem
• Jak nakrętka będzie napędzana
• Sposób zapobiegania obracaniu się ruchomego elementu
• Gdzie będzie zlokalizowany silnik, łożyska i koło pasowe

Rysunek rozmieszczenia jest szczególnie ważny, ponieważ „obrotowa nakrętka” może opisywać więcej niż jeden układ mechaniczny.

3. Oblicz wymagane obciążenie osiowe

Wybór powinien opierać się na pełnym cyklu obciążenia, a nie tylko na masie ruchomego elementu. Oblicz lub oszacuj:

• Ciągłe osiowe obciążenie robocze
• Siła przyspieszania i hamowania
• Siła szczytowa podczas zatrzymania awaryjnego
• Zewnętrzna siła procesu
• Obciążenie grawitacyjne na osi pionowej lub nachylonej
• Oczekiwane cykle operacyjne i podróż na cykl

Wymagana siła osiowa zależy od poruszającej się masy, przyspieszenia, kierunku montażu, oporów zewnętrznych i sprawności układu napędowego.

Porównaj obliczone spektrum obciążeń z obciążeniami dynamicznymi i statycznymi wybranego zespołu śruby kulowej. Obciążenie dynamiczne wpływa na obliczoną trwałość zmęczeniową, natomiast nośność statyczna jest ważna, gdy system może doświadczać wysokich obciążeń szczytowych lub udarowych.

Śruba kulowa powinna przenosić siłę osiową. Obciążenia promieniowe i momentowe działające na wózek muszą być przenoszone przez odpowiedni system prowadnic liniowych.

4. Określ prowadzenie, prędkość i przyspieszenie

Wymagany skok jest ściśle powiązany z prędkością liniową, prędkością obrotową, momentem napędowym i rozdzielczością pozycjonowania.

• Większy skok powoduje większy przesuw liniowy na obrót.
• Mniejszy skok może zapewnić mniejsze przemieszczenie mechaniczne na obrót.
• Wyższa prędkość obrotowa zwiększa wymagania dotyczące cyrkulacji kulek, wyważania, smarowania i łożysk podporowych.
• Wyższe przyspieszenie zwiększa obciążenie obudowy nakrętki, łożysk i elementów napędu.

Dużego przewodu nie należy wybierać wyłącznie w celu uzyskania dużej prędkości. Należy również wziąć pod uwagę dostępny moment obrotowy silnika, wymaganą siłę trzymania, cykl pracy i cel pozycjonowania.

5. Sprawdź prędkość obrotową nakrętki i dopuszczalne warunki pracy

Jedną z zalet układu z nakrętką obrotową jest to, że długi wał śruby pozostaje nieruchomy i nie podlega takim samym ograniczeniom krytycznej prędkości obrotowej jak obracająca się śruba. Nie oznacza to jednak, że zespół może pracować z nieograniczoną prędkością.

Potwierdzić dopuszczalną prędkość obrotową:

• Obracająca się nakrętka kulkowa
• System recyrkulacji piłki
• Łożyska podporowe nakrętki
• Koło pasowe lub napęd zębaty
• Uszczelnienia i układ smarowania

Prędkość robocza powinna mieścić się w granicach określonych dla wybranego zespołu śruby kulowej i nakrętki obrotowej. Należy również ocenić wzrost temperatury i skuteczność smarowania w zamierzonym cyklu pracy.

6. Wybierz wymaganą dokładność i napięcie wstępne

Odpowiednia dokładność zależy od tego, co musi kontrolować aplikacja motoryzacyjna. Ważne wymagania mogą obejmować:

• Dokładność pozycjonowania
• Dwukierunkowa powtarzalność
• Luz osiowy lub luz
• Płynność działania
• Sztywność osiowa
• Dopuszczalny wzrost temperatury

Napięcie wstępne może zmniejszyć luz osiowy i zwiększyć sztywność, ale nadmierne napięcie wstępne zwiększa moment obrotowy i ciepło. Dlatego należy go wybierać w zależności od rzeczywistego obciążenia, prędkości i wymagań dotyczących pozycjonowania, a nie automatycznie wybierać najwyższy dostępny poziom.

Stopień dokładności i napięcie wstępne to różne specyfikacje. Wyższy stopień dokładności doprowadzenia sam w sobie nie gwarantuje zerowego luzu, a wyższe napięcie wstępne nie koryguje błędów montażu lub wyrównania.

7. Oceń łożyska podpierające nakrętki i interfejs napędu

Nakrętka wymaga układu łożysk, który umożliwia obrót, kontrolując ruch osiowy i promieniowy. Łożyska te mogą przenosić reakcje napędowe i muszą zapewniać sztywność wystarczającą dla zamierzonego obciążenia i prędkości.

Przejrzyj następujące interfejsy:

• Typ i układ łożyska
• Wstępne obciążenie łożyska
• Wymiary obudowy nakrętki
• Metoda montażu koła pasowego lub przekładni
• Napięcie paska napędowego
• Pozycja silnika
• Koncentryczność obudowy
• Dostęp do smarowania

Nadmierne napięcie paska może zwiększyć obciążenie promieniowe łożysk nakrętek. Słaba koncentryczność pomiędzy nakrętką obrotową, łożyskami podporowymi i kołem napędowym może powodować wibracje, nierówny moment obrotowy i przedwczesne zużycie.

8. Zapewnij oddzielny system naprowadzania

Śruba kulowa generuje i przenosi ruch osiowy, ale nie powinna być używana jako główna prowadnica ruchomej konstrukcji. Prowadnice liniowe lub inny odpowiedni mechanizm prowadzący muszą przenosić obciążenia i momenty promieniowe.

Rolkowa prowadnica liniowa może przenosić obciążenia promieniowe i momentowe w układzie ruchu obrotowej nakrętki kulowej.

Wały i łożyska liniowe stanowią alternatywną metodę prowadzenia dla odpowiedniego sprzętu o lekkim lub średnim obciążeniu.

Dwa powyższe obrazy przedstawiają możliwe elementy prowadnicy, a nie obracające się nakrętki kulowe. System prowadnic należy dobrać niezależnie, biorąc pod uwagę obciążenie promieniowe, moment obrotowy, sztywność i przestrzeń montażową.

9. Weź pod uwagę temperaturę, zanieczyszczenie i smarowanie

Warunki środowiskowe wpływają na układ uszczelnienia i smarowania. Potwierdź oczekiwane:

• Minimalna i maksymalna temperatura pracy
• Narażenie na pył, cząsteczki metalu lub odpryski spawalnicze
• Kontakt z płynem chłodzącym, olejem, wodą lub środkami czyszczącymi
• Poziom wibracji i wstrząsów
• Wymagany okres konserwacji
• Dopuszczalny rodzaj smaru

Ponieważ nakrętka się obraca, metoda dostarczania i zatrzymywania smaru musi być dostosowana do obracającej się obudowy. Wlot smaru, orientacja uszczelnienia i dostęp konserwacyjny powinny zostać określone na etapie projektowania.

10. Sprawdź przestrzeń montażową i kompatybilność

Sama średnica śruby i skok nie wystarczą do zdefiniowania obracającej się nakrętki kulowej. Należy potwierdzić następujące wymiary i interfejsy:

• Średnica nominalna śruby i skok
• Kierunek gwintu
• Całkowita długość śruby i użyteczny skok
• Wymiary kołnierza nakrętki
• Obrotowa średnica zewnętrzna obudowy
• Łożyska gniazd i barki ustalające
• Koło pasowe napędu lub interfejs przekładni
• Pozycja montażowa silnika
• Dostępna promieniowa i osiowa przestrzeń montażowa

Nakrętka kulkowa i wał śruby muszą być dostarczone jako kompatybilny zespół. Dopasowanie jedynie średnicy nominalnej i skoku nie jest wystarczające, ponieważ geometria bieżni, rozmiar kulki, napięcie wstępne i konstrukcja cyrkulacji muszą również odpowiadać.

Informacje wymagane do doboru obrotowej nakrętki kulowej

Wniosek

Obrotową nakrętkę kulkową należy wybrać jako część kompletnego zespołu napędowego, a nie jako izolowaną nakrętkę. Właściwy wybór zależy od układu ruchu, obciążenia osiowego, wyprzedzenia, prędkości, przyspieszenia, dokładności, napięcia wstępnego, łożysk podporowych, interfejsu napędu i środowiska operacyjnego.

W przypadku urządzeń do produkcji samochodów o długim skoku utrzymywanie nieruchomego wału śrubowego może pomóc uniknąć ograniczenia prędkości krytycznej długiego wału obrotowego. W przypadku mechanizmu pokładowego należy potwierdzić dodatkowe wymagania dotyczące trwałości, bezpieczeństwa, identyfikowalności i ochrony środowiska, specyficzne dla danego zastosowania, zanim produkt będzie mógł zostać uznany za odpowiedni.

DLY dostarcza szeroką gamęzespoły śrub kulowychIseria nakrętek kulkowych. W przypadku wymagań dotyczących nakrętki obrotowej należy przesłać układ ruchu i parametry operacyjne do oceny wykonalności, a nie wybierać wyłącznie na podstawie średnicy śruby i skoku.

← Powrót do bloga DLY