Nośność śruby kulowej SFU1605: Nośność statyczna i dynamiczna

SFU1605 to powszechnie stosowana specyfikacja śruby kulowej do sprzętu CNC, kompaktowych modułów liniowych, maszyn grawerujących i osi automatyki przemysłowej. Oznaczenie ogólnie określa nominalną średnicę śruby 16 mm i skok 5 mm, co oznacza, że ​​nakrętka przemieszcza się o 5 mm na każdy pełny obrót śruby.

Jednak sam „SFU1605” nie określa jednej stałej nośności. Podstawowe obciążenie dynamiczne i podstawowe obciążenie statyczne zależą od konstrukcji nakrętki kulowej, liczby obciążonych obwodów kulkowych, geometrii wewnętrznej i specyfikacji produkcyjnej. Na przykład firma DLY dostarcza konfiguracje SFU1605-3 i SFU1605-4, a ich obciążalność statyczna jest różna.

Nośność SFU1605-3 i SFU1605-4

Poniższe specyfikacje opierają się na aktualnych danych produktów firmy DLY dotyczących śrub kulowych 1605:

kgf oznacza kilogram siły, a nie kilogramy ładunku.Jeden kilogram siły równa się w przybliżeniu 9,80665 niutonów. Zatem obciążenie statyczne wynoszące 1790 kgf wynosi w przybliżeniu 17,55 kN, ale nie oznacza to, że maszyna może bezpiecznie przenosić ładunek o masie 1790 kg.

Przed określeniem dopuszczalnej masy ruchomej należy wziąć pod uwagę orientację maszyny, przyspieszenie, siłę skrawania, wstrząsy, układ podpór, wyboczenie śruby, dokładność montażu i wymaganą trwałość użytkową.

Co oznacza SFU1605?

Oznaczenie modelu dostarcza podstawowych informacji o wymiarach:

• SFU:Seria pojedynczych nakrętek kulkowych z kołnierzem;
• 16:Nominalna średnica wału śruby 16 mm;
• 05:Nominalny skok 5 mm na obrót;
• -3 lub -4:Konfiguracja nakrętki, w tym liczba obwodów kulkowych zastosowana w oznaczeniu modelu DLY.

Skok 5 mm określa skok liniowy na obrót. Na przykład prędkość ślimaka wynosząca 1000 obr/min teoretycznie daje prędkość liniową 5000 mm/min, przed uwzględnieniem przyspieszenia i dopuszczalnej prędkości roboczej całego zespołu.

Kompletny model należy potwierdzić przy składaniu zamówienia. ZamiennikNakrętka kulkowa 1605należy również sprawdzić wymiary kołnierza, długość całkowitą, numer obwodu, napięcie wstępne lub luz oraz kompatybilność z istniejącym wałem śrubowym.

Jaka jest podstawowa statyczna nośność osiowa?

Podstawowe statyczne obciążenie osiowe, określone jakozLubC_0a, jest znormalizowaną wartością odniesienia związaną z określonym poziomem trwałego odkształcenia przy najbardziej obciążonym kontakcie pomiędzy kulkami i bieżniami.

Nie należy go interpretować jako zalecanego ciągłego obciążenia roboczego lub bezwzględnego punktu awarii. Praca w pobliżu wartości znamionowych statycznych może spowodować trwałe wgniecenia w kulkach lub bieżniach, szczególnie w przypadku wstrząsów, wibracji, uderzeń lub błędów montażowych.

Trwałe wcięcie bieżni może powodować:

• Nierówny opór jazdy;
• Powtarzający się hałas w określonym położeniu śruby;
• Wyższy moment obrotowy i temperatura silnika;
• Zmniejszona dokładność pozycjonowania;
• Przyspieszone zużycie i krótsza żywotność.

Wartość statyczna jest szczególnie ważna, gdy śruba kulowa jest nieruchoma lub porusza się bardzo wolno pod dużym obciążeniem, lub gdy system jest narażony na uderzenia i siły zatrzymania awaryjnego.

Jaka jest podstawowa dynamiczna obciążalność osiowa?

Podstawowe dynamiczne obciążenie osiowe, określane jakoTo, służy do obliczenia nominalnej trwałości zmęczeniowej śruby kulowej pracującej pod obciążeniem. Nie jest to maksymalne obciążenie, jakie śruba może udźwignąć podczas jednego ruchu.

W przypadku śrub kulowych podstawową trwałość znamionową w obrotach można oszacować za pomocą:

Gdzie:

• L₁₀= podstawowa trwałość znamionowa w obrotach;
• To= podstawowe dynamiczne obciążenie osiowe;
• F_M= równoważne średnie obciążenie osiowe.

Ponieważ współczynnik obciążenia podnosi się do trzeciej potęgi, nawet umiarkowany wzrost równoważnego obciążenia roboczego może znacznie zmniejszyć obliczoną trwałość zmęczeniową.

Wzór ten stanowi podstawowe odniesienie w określonych warunkach. Rzeczywista żywotność może zostać skrócona w wyniku zanieczyszczenia, złego smarowania, niewspółosiowości, nadmiernego napięcia wstępnego, obciążenia udarowego, temperatury oraz różnic w produkcji lub montażu.

Ocena statyczna i ocena dynamiczna nie są zamienne

Obie kontrole są konieczne. Śruba kulowa może spełniać wymagania bezpieczeństwa statycznego, ale nadal ma niewystarczającą trwałość zmęczeniową. I odwrotnie, może mieć akceptowalną obliczoną trwałość dynamiczną, ale nadal być podatny na poważne obciążenia szczytowe lub udarowe.

Jak obliczyć statyczny współczynnik bezpieczeństwa

Statyczny współczynnik bezpieczeństwa można wyrazić jako:

Gdzie:

• F_S= statyczny współczynnik bezpieczeństwa;
• z= podstawowe statyczne obciążenie osiowe;
• F_maks= maksymalne obciążenie osiowe oczekiwane w zastosowaniu.

Maksymalne obciążenie osiowe powinno obejmować więcej niż normalna siła robocza. W zależności od zastosowania może obejmować:

• Ciężar działający na oś pionową;
• Siła przyspieszania i hamowania;
• Siła obróbki lub nacisku;
• Tarcie od prowadnic i uszczelek;
• Siła zatrzymania awaryjnego;
• Uderzenie, wibracje lub nieoczekiwana przeszkoda.

Wymagany współczynnik bezpieczeństwa zależy od warunków ruchu, uderzenia, wymagań dotyczących dokładności i konsekwencji awarii. Należy go wybrać, kierując się wskazówkami technicznymi producenta i poziomem ryzyka aplikacji, zamiast stosować jedną uniwersalną wartość do każdej maszyny.

Dlaczego SFU1605-4 ma wyższą wartość statyczną

SFU1605-4 firmy DLY wykorzystuje cztery obwody kulkowe w porównaniu z trzema obwodami w SFU1605-3. Dodatkowy obciążony obwód rozkłada obciążenie osiowe na więcej styków kulka-bieżnia.

W rezultacie SFU1605-4 ma:

• Wyższa podstawowa nośność statyczna: 1790 kgf w porównaniu z 1240 kgf;
• Nieco wyższa nośność dynamiczna: 780 kgf w porównaniu do 765 kgf;
• Wyższa podana sztywność: 20 kgf/μm w porównaniu z 17 kgf/μm;
• Dłuższy korpus nakrętki niż wersja trójobwodowa.

SFU1605-4 może być preferowany, gdy wymagana jest większa nośność statyczna i sztywność, a maszyna ma wystarczająco dużo miejsca na instalację dłuższej nakrętki. SFU1605-3 może pozostać odpowiedni dla kompaktowych osi o niższych wymaganiach dotyczących obciążenia.

Wyższa ocena nie oznacza automatycznie, że SFU1605-4 będzie właściwym wyborem. Należy również wziąć pod uwagę przestrzeń montażową, wymagany skok, długość nakrętki, oczekiwaną trwałość, dokładność i koszt.

Czy SFU1605 może udźwignąć 1790 kg?

Nie. Wartość 1790 kgf podana dla SFU1605-4 to podstawowe statyczne obciążenie osiowe, a nie zalecane obciążenie wynoszące 1790 kg.

W przypadku osi poziomej śruba kulowa zwykle nie podnosi bezpośrednio całej masy maszyny. Pokonuje głównie siłę przyspieszenia, tarcie prowadzące i zewnętrzną siłę procesową. W przypadku osi pionowej grawitacja działa bezpośrednio wzdłuż śruby, więc poruszająca się masa staje się główną częścią obciążenia osiowego.

Na przykład dwie maszyny o tej samej ruchomej masie 100 kg mogą wywierać bardzo różne obciążenia na śrubę kulową:

• Wolno poruszający się stół poziomy z prowadnicami liniowymi o niskim tarciu może wymagać stosunkowo małego ciągłego ciągu.
• Szybka oś pionowa musi opierać się grawitacji i zapewniać dodatkowy ciąg podczas przyspieszania i zwalniania.
• Na oś obróbczą lub prasującą może działać siła zewnętrzna znacznie większa niż siła wywołana samym poruszającą się masą.

Dlatego też na podstawie samego Coa nie można określić dopuszczalnej ładowności.

Inne limity, które należy sprawdzić

Nawet jeśli nakrętka SFU1605 ma wystarczającą nośność, kompletny zespół śruby kulowej może być ograniczony przez inne czynniki.

Wyboczenie wału śruby

Długa, smukła śruba pod wpływem osiowego obciążenia ściskającego może się wygiąć, zanim nakrętka kulkowa osiągnie swoje obciążenie statyczne. Dopuszczalne obciążenie ściskające zależy od średnicy rdzenia śruby, długości samonośnej i rozmieszczenia podpór końcowych.

Prędkość krytyczna

Obracająca się śruba może wibrować lub drgać, gdy osiągnie prędkość krytyczną. Limit zależy od średnicy wału, długości montażu i konfiguracji wspornika. Długa śruba SFU1605 może zatem mieć niższą dopuszczalną prędkość obrotową niż krótsza śruba tego samego modelu.

Nośność podporowa

Łożyska stałe, zespoły nośne i przeciwnakrętka muszą wytrzymać oczekiwane obciążenie osiowe i prędkość roboczą. Wybór nakrętki kulowej o wyższej wartości znamionowej nie zwiększa nośności niewymiarowego układu łożyskowego.

Dokładność i sztywność śrub

Nośność nie wskazuje na dokładność pozycjonowania. Walcowana śruba kulowa C7 i szlifowana śruba kulowa C5 mogą mieć tę samą średnicę nominalną i skok, ale spełniać różne wymagania dotyczące dokładności.

Smarowanie i zanieczyszczenia

Niewystarczające smarowanie, wióry, kurz i chłodziwo mogą skrócić rzeczywistą żywotność, nawet jeśli obliczone obciążenie mieści się w zakresie znamionowym. Ochronę i konserwację należy zaplanować odpowiednio do środowiska operacyjnego.

Jak wybrać pomiędzy SFU1605-3 i SFU1605-4

Zamiast wybierać tylko najwyższą wartość obciążenia, zastosuj następujący proces:

1. Oblicz maksymalne obciążenie osiowe, w tym grawitację, przyspieszenie, siłę procesową i wstrząs.
2. Oblicz równoważne średnie obciążenie osiowe w całym cyklu operacyjnym.
3. Sprawdź statyczny współczynnik bezpieczeństwa za pomocą Coa i maksymalnego obciążenia osiowego.
4. Oblicz wymaganą trwałość zmęczeniową, korzystając z Ca i równoważnego średniego obciążenia.
5. Sprawdź wyboczenie śruby w zastosowaniach obciążonych ściskaniem.
6. Sprawdź prędkość krytyczną, korzystając z długości śruby i układu wsporników końcowych.
7. Upewnij się, że długość nakrętki i wymiary kołnierza odpowiadają konstrukcji maszyny.
8. Sprawdź łożyska oporowe, sprzęgło, moment obrotowy silnika i dokładność montażu.

DLY jest szczegółoweSpecyfikacje śrub kulowych 1605zawierać informacje o wymiarach i nośności dla konfiguracji nakrętek SFU, DFU, SFI, DFI i innych konfiguracji nakrętek 1605. Modeli tych nie należy traktować jako mających identyczną pojemność tylko dlatego, że mają wspólną średnicę 16 mm i przewód 5 mm.

Jakie informacje należy podać w celu dokonania wyboru?

Aby sprawdzić, czy SFU1605 jest odpowiedni, podaj następujące szczegóły:

• Instalacja pozioma, pionowa lub nachylona;
• Poruszająca się masa;
• Obróbka zewnętrzna, siła docisku lub robocza;
• Maksymalna prędkość i prędkość silnika;
• Czas przyspieszania i hamowania;
• Skok i całkowita długość śruby;
• Wymagany okres użytkowania lub cykle operacyjne;
• Wymagania dotyczące dokładności i luzu;
• Konfiguracja wsparcia końcowego;
• Środowisko pracy i metoda smarowania;
• Wymagana obróbka końcowa lub istniejący rysunek.

Wartości te umożliwiają sprawdzenie nośności, trwałości, odporności na wyboczenie, prędkości krytycznej i wymiarów montażowych jako jednego kompletnego systemu.

Wniosek

DLY SFU1605-3 ma podstawowe obciążenie dynamiczne 765 kgf i podstawowe obciążenie statyczne 1240 kgf. SFU1605-4 ma wytrzymałość dynamiczną 780 kgf i statyczną 1790 kgf.

Wartości te stanowią referencyjne wartości techniczne, a nie dopuszczalną ładowność maszyny. Prawidłowy dobór wymaga również rzeczywistego obciążenia osiowego, współczynnika bezpieczeństwa, pożądanej trwałości zmęczeniowej, długości śruby, prędkości roboczej, rozmieszczenia podpór i kierunku montażu.

SFU1605-4 zapewnia wyższą nośność statyczną i sztywność, podczas gdy SFU1605-3 oferuje krótszy korpus nakrętki do zastosowań o niższych wymaganiach dotyczących obciążenia. Ostateczny model należy wybrać na podstawie pełnych warunków pracy, a nie samej średnicy i ołowiu.

← Powrót do bloga DLY