Jaka jest nośność dynamiczna śruby kulowej uziemionej? Obliczanie współczynnika nośności i żywotności

Podstawowe obciążenie dynamiczne szlifowanej śruby kulowej, zwykle określane jakoTo, to wartość katalogowa stosowana do obliczenia nominalnej trwałości zmęczeniowej tocznej śruby pod obciążeniem osiowym.

Nie jest to maksymalne obciążenie, jakie może przenieść maszyna i nie należy go traktować jako zalecanego ciągłego obciążenia eksploatacyjnego. Śruba kulowa działająca przy obciążeniu równym jej wartości znamionowej Ca ma podstawową trwałość nominalną wynoszącą zaledwie milion obrotów w określonych warunkach odniesienia.

Co oznacza nośność dynamiczna Ca?

Gdy śruba kulowa pracuje pod obciążeniem, kulki wielokrotnie stykają się z bieżniami wału śruby i nakrętki kulowej. Te powtarzające się naprężenia kontaktowe mogą ostatecznie spowodować uszkodzenia spowodowane zmęczeniem tocznym, zwykle rozpoczynające się od łuszczenia się powierzchni na kuli lub bieżni.

Podstawowe dynamiczne obciążenie osiowe Ca stanowi znormalizowane odniesienie do szacowania, kiedy może wystąpić to zmęczenie. Ocena zwykle zakłada:

• Stałe obciążenie osiowe
• Brak zmiany kierunku obciążenia
• Prawidłowa instalacja i wyrównanie
• Odpowiednie smarowanie
• Brak nietypowych wstrząsów, zanieczyszczeń lub wpływu temperatury
• Żywotność referencyjna 10⁶rewolucje

Termin „90%” jest ważny. Trwałość nominalna to statystyczna ocena grupy identycznych śrub kulowych, a nie gwarancja, że ​​każda pojedyncza śruba ulegnie uszkodzeniu przy dokładnie obliczonej liczbie obrotów.

Czy uziemiona śruba kulowa automatycznie ma wyższą wartość Ca?

Nie. „Uziemienie” opisuje sposób wytwarzania bieżni śruby i możliwy do osiągnięcia poziom dokładności skoku. Nie definiuje jednej stałej nośności dynamicznej.

Precyzyjnie szlifowana śruba kulowa może zapewniać lepszą dokładność prowadzenia, gładszą geometrię bieżni, ściślejszą kontrolę napięcia wstępnego i bardziej spójny ruch niż standardowa walcowana śruba kulowa. Jednakże te zalety nie oznaczają automatycznie, że każda szlifowana śruba kulowa ma wyższą wartość Ca.

Katalogowa nośność dynamiczna jest określana głównie na podstawie kompletnej konstrukcji wewnętrznej, obejmującej:

• Nominalna średnica śruby
• Średnica i ilość kulek
• Liczba obciążonych obwodów kulkowych
• Efektywna długość nakrętki
• Profil bieżni i kąt zwilżania
• Struktura obiegu piłki
• Materiały na śruby, nakrętki i kulki
• Obróbka cieplna i twardość bieżni

Dlatego dwie szlifowane śruby kulowe o tej samej średnicy i skoku mogą mieć różną obciążalność dynamiczną, jeśli zastosowano w nich różne długości nakrętek, obwody kulek, średnice kulek lub struktury wewnętrzne.

Podobnie dwie śruby kulowe o tej samej klasie dokładności C3 lub C5 niekoniecznie mają tę samą wartość Ca. Stopień dokładności i nośność dynamiczną należy sprawdzić w ramach odrębnych specyfikacji.

Aby uzyskać więcej informacji na temat dokładności odprowadzenia, zobaczJaka jest dokładność uziemionej śruby kulowej?

Ocena dynamiczna, ocena statyczna i obciążenie robocze są różne

Śruba kulowa może spełnić wymagania bezpieczeństwa statycznego, ale nadal ma niewystarczającą trwałość zmęczeniową. Może również mieć akceptowalną obliczoną trwałość zmęczeniową, pozostając jednocześnie podatnym na poważne zatrzymanie awaryjne, obciążenie udarowe lub wyboczenie wału.

Aby zapoznać się z przykładem porównania ocen dynamicznych i statycznych, przeczytajSFU1605 Obciążalność śruby kulowej: wartości Ca i Coa.

Jak obliczyć trwałość nominalną śruby kulowej

W celu uproszczonych obliczeń podstawowych przy stałym obciążeniu osiowym i odpowiednich warunkach pracy trwałość nominalną można oszacować za pomocą:

Gdzie:

• L₁₀= podstawowa trwałość nominalna w obrotach
• To= podstawowe dynamiczne obciążenie osiowe
• FM= równoważne średnie obciążenie osiowe

Ca i Fm muszą używać tej samej jednostki siły, takiej jak N, kN lub kgf. Nie należy dzielić wartości wyrażonej w niutonach przez wartość wyrażoną w kilogramach bez uprzedniej konwersji jednostek.

Dlaczego niewielki wzrost obciążenia może znacznie skrócić żywotność

Ponieważ współczynnik obciążenia podnosi się do trzeciej potęgi, trwałość zmęczeniowa gwałtownie spada, gdy równoważne obciążenie robocze zbliża się do Ca.

Wartości te są matematycznymi wynikami trwałości znamionowej, a nie zalecanymi limitami obciążenia roboczego. Prawdziwa maszyna nadal wymaga marginesu na wstrząsy, napięcie wstępne, smarowanie, zanieczyszczenia, ustawienie, temperaturę i ryzyko zastosowania.

Przykład praktyczny: od Ca do obrotów, podróży i godzin

Rozważmy ilustracyjną szlifowaną śrubę kulową z:

• Nośność dynamiczna Ca = 20 kN
• Równoważne średnie obciążenie osiowe Fm = 5 kN
• Ołów = 10 mm
• Średnia prędkość ślimaka = 300 obr./min

Krok 1: Oblicz życie nominalne w obrotach

Krok 2: Zamień obroty na odległość podróży

Krok 3: Zamień obroty na godziny pracy

Ten przykład stanowi jedynie podstawowe obliczenie trwałości zmęczeniowej. Nie obejmuje współczynników obciążenia, napięcia wstępnego, przestojów, zmian przyspieszenia, wstrząsów, zanieczyszczeń, pogorszenia smarowania ani innych ograniczeń maszyny.

Jak obliczyć równoważne średnie obciążenie osiowe

Większość maszyn nie pracuje pod jednym stałym obciążeniem. Przyspieszanie, obróbka, ruch powrotny, przytrzymywanie i zwalnianie mogą powodować różne siły osiowe.

Dla kilku stopni obciążenia działających w tym samym kierunku, równoważne obciążenie średnie można oszacować za pomocą średniej sześciennej:

Tutaj q oznacza obroty lub odległość przebytą pod każdym obciążeniem. Jeśli prędkość robocza pozostaje stała, proporcja czasu pracy może również odzwierciedlać proporcję obrotów.

Załóżmy na przykład, że jeden cykl zawiera:

• 2 kN na 70% skoku
• 6 kN na 30% skoku

Prosta średnia arytmetyczna wyniosłaby zaledwie 3,2 kN, co oznacza niedoszacowanie efektu zmęczeniowego stopnia obciążenia 6 kN. Szczytowe obciążenia robocze mają ogromne znaczenie, ponieważ trwałość zmęczeniowa zależy od zależności sześciennej.

Jeżeli obciążenie osiowe zmienia kierunek, obciążenia w kierunku dodatnim i ujemnym należy oceniać oddzielnie, zgodnie z metodą obliczeniową producenta. Bardziej wymagający wynik jest następnie wykorzystywany do oceny życia.

Jak określić rzeczywiste obciążenie osiowe

Ruchoma masa maszyny nie jest automatycznie równa obciążeniu osiowemu działającemu na śrubę kulową. Droga obciążenia zależy od tego, czy oś jest pozioma, pionowa czy nachylona.

Oś pozioma

W przypadku osi poziomej śruba kulowa zwykle nie utrzymuje bezpośrednio całego ciężaru stołu. Prowadnice liniowe wytrzymują ten ciężar. Śruba pokonuje głównie:

• Siła przyspieszania i hamowania
• Tarcie prowadnicy, uszczelki i wycieraczki
• Obróbka, prasowanie lub siła procesowa
• Łańcuch kablowy i rezystancja pomocnicza
• Niewspółosiowość lub nietypowy opór montażowy

Oś pionowa

W przypadku osi pionowej grawitacja działa bezpośrednio wzdłuż śruby. Dlatego też poruszająca się masa staje się główną częścią obciążenia osiowego.

Podczas przyspieszania w dół, zwalniania, zatrzymywania awaryjnego lub ruchu regeneracyjnego wielkość i kierunek obciążenia może się zmienić. Dlatego też należy obliczyć pełny cykl pracy, a nie sprawdzać jedynie warunki podnoszenia.

Jak napięcie wstępne wpływa na żywotność śruby kulowej uziemiającej

Precyzyjnie szlifowane śruby kulowe są często wstępnie naprężane w celu zmniejszenia luzu osiowego i poprawy sztywności. Jednakże napięcie wstępne powoduje wewnętrzne obciążenie styku kulka-bieżnia, zanim maszyna przyłoży jakąkolwiek siłę zewnętrzną.

Obciążenie wstępne nie oznacza, że ​​katalogowa wartość Ca wzrasta. Zamiast tego zmienia wewnętrzne warunki obciążenia, które należy uwzględnić podczas obliczania trwałości.

Jest to szczególnie ważne, gdy:

• Zewnętrzne obciążenie robocze jest stosunkowo niskie
• Wysoki poziom napięcia wstępnego zapewnia sztywność
• Maszyna pracuje w sposób ciągły z dużą prędkością
• Wzrost temperatury zmienia stan obciążenia wstępnego
• Niewspółosiowość powoduje dodatkowe obciążenie wewnętrzne

W przypadku precyzyjnej śruby kulowej z napięciem wstępnym należy zastosować metodę obliczania napięcia wstępnego i trwałości określoną dla dokładnej konstrukcji nakrętki. Nie należy po prostu wprowadzać zewnętrznego obciążenia maszyny do podstawowego wzoru i ignorować wewnętrzne obciążenie wstępne.

Warunki skracające rzeczywisty okres użytkowania

Obliczona wartość L10 zakłada odpowiednie warunki montażu i eksploatacji. Rzeczywista żywotność może być krótsza, jeśli śruba jest narażona na działanie:

• Słabe wyrównanie:powoduje nierówne obciążenie kulki i nadmierny moment obrotowy.
• Niewystarczające smarowanie:zwiększa tarcie, ciepło i zużycie bieżni.
• Zanieczyszczenie:wprowadza cząsteczki ścierne w ścieżkę cyrkulacji kulki.
• Wstrząsy i wibracje:wytwarzać obciążenia wyższe niż normalnie obliczony ciąg.
• Nieprawidłowe ładowanie wstępne:zwiększa naprężenie wewnętrzne i temperaturę.
• Rozszerzalność cieplna:może zmienić wyrównanie lub zwiększyć wiązanie osiowe.
• Błąd łożyska podporowego:może powodować bicie wału i dodatkowy opór.
• Zniekształcenie nawiasu nakrętkowego:powoduje odsunięcie nakrętki od naturalnej osi śruby.

Warunki te zwykle nie zmieniają numeru Ca wydrukowanego w katalogu produktów. Zmieniają stopień zbliżenia rzeczywistej maszyny do obliczonej trwałości znamionowej.

Dlaczego sam Ca nie może wybrać uziemionej śruby kulowej

Śruba o odpowiedniej nośności dynamicznej może w dalszym ciągu być nieodpowiednia dla danej maszyny. Pełny wybór powinien również sprawdzić:

Praktyczny proces doboru uziemionej śruby kulowej

1. Zdefiniuj pełny cykl pracy.Uwzględnij przemieszczenie, prędkość, przyspieszenie, siłę procesu, czas przebywania i zmiany kierunku.
2. Oblicz każdy stopień obciążenia osiowego.Oddziel normalny ruch, przyspieszenie, obróbkę, hamowanie i warunki awaryjne.
3. Oblicz równoważne średnie obciążenie.Użyj średniej sześciennej zamiast zwykłej średniej arytmetycznej.
4. Ustaw wymaganą żywotność.Zdefiniuj wymagane obroty, odległość przebycia, cykle lub godziny pracy.
5. Określ wymagane Ca.Wybierz śrubę o wystarczającym obliczonym marginesie trwałości zmęczeniowej.
6. Sprawdź Coa i obciążenia szczytowe.Uwzględnij siły uderzenia, hamowania i zatrzymania awaryjnego.
7. Sprawdź długość śruby i ograniczenia prędkości.Sprawdź wyboczenie i prędkość krytyczną, korzystając z rzeczywistego układu podpór.
8. Wybierz dokładność i napięcie wstępne osobno.Nie zakładaj, że wyższy stopień precyzji automatycznie zapewnia większą nośność.
9. Przejrzyj cały zespół.Potwierdź wymiary nakrętki, zespoły podporowe, obróbkę końca wału, sprzęgło, smarowanie i uszczelnienie.

Zobacz DLYprodukty ze śrubami kulowymido walcowanych i precyzyjnie szlifowanych konfiguracji śrub kulowych, typów nakrętek, zespołów podporowych i niestandardowej obróbki końcówek wałów.

Informacje o wyborze uziemionej śruby kulowej DLY

DLY dostarcza walcowane na zimno i precyzyjnie szlifowane śruby kulowe do maszyn CNC, automatyki przemysłowej, sprzętu do precyzyjnego pozycjonowania i niestandardowych zespołów ruchu.

W zależności od wymagań modelu i projektu dostępne specyfikacje mogą obejmować gatunki precyzyjne C5 i C3, niestandardowe długości, konfiguracje nakrętek kulkowych, wymagania dotyczące napięcia wstępnego, zespoły podporowe i obróbkę końca wału.

Dla porównania DLY używa w przybliżeniu:

• Dokładność przewodu C3: ±0,008 mm na 300 mm
• Dokładność odprowadzenia C5: ±0,018 mm na 300 mm

Te wartości dokładności nie określają nośności dynamicznej. Ostateczne wartości Ca i Coa należy potwierdzić na podstawie dokładnej średnicy śruby, skoku, rodzaju nakrętki, obwodów kulek i specyfikacji produktu.

Wniosek

Nośność dynamiczna Ca szlifowanej śruby kulowej jest znormalizowanym odniesieniem używanym do obliczania nominalnej trwałości zmęczeniowej tocznej. Nie jest to maksymalne dopuszczalne obciążenie i nie oznacza, że ​​śruba powinna pracować stale przy tym obciążeniu.

Szlifowany proces produkcyjny może poprawić dokładność doprowadzenia, spójność ruchu i kontrolę napięcia wstępnego, ale wartość Ca zależy głównie od wewnętrznej struktury śruby kulowej, wymiarów, obwodów kulkowych, geometrii styku, materiałów i obróbki cieplnej.

Prawidłowy dobór wymaga jednoczesnego sprawdzenia równoważnego średniego obciążenia osiowego, wymaganej żywotności, napięcia wstępnego, obciążenia szczytowego, wartości znamionowej statycznej, długości śruby, prędkości obrotowej, rozmieszczenia podpór, dokładności, smarowania i warunków montażu.

← Powrót do bloga DLY