Jak dopasować śrubę kulową i prowadnicę liniową do jednej osi: obciążenie, prędkość, dokładność i rozmiar

A śruba kulowaIprzewodnik liniowywykonywać różne funkcje na tej samej osi ruchu. W tym przewodniku wyjaśniono, jak dobrać rozmiar i dopasować je na podstawie obciążenia, prędkości, dokładności, skoku, sztywności i warunków instalacji, zamiast polegać na stałych parach rozmiarów.

1. Co przenosi śruba kulowa i co przenoszą prowadnice liniowe?

Śruba kulowa i prowadnice liniowe współpracują, ale nie przenoszą takich samych obciążeń.

Theśruba kulowa przenosi przede wszystkim nacisk osiowy. W zależności od maszyny może to obejmować siłę przyspieszenia, siłę procesową, opór tarcia i, w osi pionowej, ciężar ruchomego zespołu.

Theprowadnice liniowe podtrzymują i ograniczają ruchomą konstrukcję. Przenoszą siły pionowe i boczne oraz są odporne na momenty pochylające, odchylające i toczące się wywołane obciążeniem, siłami zewnętrznymi i przesunięciem--środka ciężkości.

Z tego powodu śruby kulowej nie należy traktować jako głównego promieniowego elementu prowadzącego osi. Prowadnice powinny kontrolować ścieżkę ruchu, natomiast śruba zapewnia głównie siłę napędową.

2. Dane wejściowe aplikacji wymagane przed wymiarowaniem

Przed wybraniem któregokolwiek komponentu należy zapoznać się z warunkami pracy całej osi.

Ruchoma Msza

Uwzględnij każdy komponent poruszający się wraz z wózkiem, taki jak stół, uchwyt, przedmiot obrabiany, wrzeciono, oprzyrządowanie i wszelki sprzęt zamontowany na ruchomym zespole.

Siły Zewnętrzne

Identyfikuj siły cięcia, prasowania, zaciskania i inne siły procesowe. Kierunek i punkt działania siły są ważne, ponieważ determinują zarówno nacisk śruby kulowej, jak i obciążenie momentem prowadzącym liniowo.

Orientacja montażu

Określ, czy oś jest pozioma, pionowa czy nachylona. Na osi poziomej grawitacja opiera się głównie na prowadnicach. Na osi pionowej grawitacja staje się również ciągłym obciążeniem osiowym śruby kulowej i układu napędowego.

Skok i długość instalacji

Efektywny skok nie jest taki sam, jak całkowita długość śruby. Miejsce jest również potrzebne na nakrętkę kulkową, zespoły podporowe, obróbkę-końca wału i konstrukcję maszyny.

Prędkość i przyspieszenie

Przyspieszenie wytwarza siłę bezwładności zgodnie z:

F = m × a

Ciężka oś może generować znaczny ciąg nawet przy umiarkowanej prędkości, jeśli przyspieszenie jest duże.

Wymagania dotyczące dokładności

Zdefiniuj dokładność pozycjonowania, powtarzalność, dopuszczalny luz lub luz osiowy oraz wymaganą sztywność. Stopień dokładności śruby powinien wynikać z rzeczywistych wymagań dotyczących pozycjonowania maszyny, a nie po prostu wybierać najwyższą dostępną klasę.

Cykl pracy

Godziny pracy, cykle na godzinę, odległość przesuwu na cykl i zmiany obciążenia wpływają na wymaganą żywotność zarówno śruby kulowej, jak i prowadnic liniowych.

3. Dobierz rozmiar prowadnic liniowych na podstawie sił, momentów i odstępów między blokami

Rozmiaru prowadnicy liniowej nie należy opierać wyłącznie na całkowitej masie maszyny.

Na przykład ruchomy zespół o masie 500 kg wytwarza siłę grawitacji o wartości około:

500 × 9.81 = 4,905 N

Jeśli oś wykorzystuje dwie szyny i cztery bloki, równomierne podzielenie 4905 N między cztery bloki daje jedynie wyidealizowaną wartość statyczną. Prawdziwe maszyny często mają przesunięty środek ciężkości lub siły zewnętrzne, które tworzą momenty.

Wybór przewodnika powinien zatem uwzględniać:

• odstęp między szynami--;
• blok-do-blokowania odstępów;
• wysokość środka ciężkości--;
• wzdłużne i boczne położenie ładunku;
• kierunek siły zewnętrznej;
• momenty pochylania, odchylania i toczenia.

Zwiększanie odstępu między szynami ogólnie poprawia odporność na momenty toczne, natomiast zwiększenie odstępu wzdłużnego między blokami może poprawić odporność na momenty pochylające i odchylające.

Po obliczeniu rozkładu obciążeń należy sprawdzić podane przez producenta prowadnicy nośność dynamiczną, nośność statyczną, dopuszczalne momenty i wymaganą trwałość użytkową.

4. Dobierz śrubę kulową na podstawie ciągu, trwałości, wyboczenia i prędkości krytycznej

Wymagany nacisk osiowy

Dla osi poziomej wymagany nacisk śruby można oszacować na podstawie siły przyspieszenia, zewnętrznej siły procesowej i oporu mechanicznego.

F_całkowity = F_{przyśpieszenie} + F_proces + F_opór

W przypadku osi pionowej należy również uwzględnić grawitację. Sama poruszająca się pionowo masa o masie 500 kg wytwarza około 4905 N obciążenia grawitacyjnego przed dodaniem sił przyspieszenia i procesu.

Życie śruby kulowej

Trwałość śruby kulowej zależy od zależności pomiędzy obciążalnością dynamiczną śruby i równoważnym osiowym obciążeniem roboczym. Zamiast stosować wyłącznie siłę maksymalną, należy wziąć pod uwagę rzeczywiste spektrum obciążenia.

Wyboczenie

Długie śruby kulowe poddane obciążeniu ściskającemu należy sprawdzić pod kątem wyboczenia. Do ważnych czynników zalicza się średnicę nasady śruby, długość samonośną, układ podpór i siłę ściskającą.

Prędkość krytyczna

Długie śruby obrotowe również muszą pozostawać poniżej dopuszczalnej prędkości krytycznej. Wymagane obroty ślimaka zależą od prędkości liniowej i skoku ślimaka.

Większy skok może zmniejszyć prędkość obrotową śruby przy tej samej prędkości przesuwu liniowego, ale zmienia także moment obrotowy silnika, przewagę mechaniczną i rozdzielczość pozycjonowania. Dlatego średnicę i skok należy dobierać łącznie.

5. Dopasuj dokładność, napięcie wstępne i sztywność

Sama nośność nie decyduje o prawidłowym dopasowaniu śruby i prowadnic. Kompletna oś musi także zapewniać wymaganą dokładność i sztywność.

Dokładność śruby kulowej

Wybierz stopień dokładności śruby kulowej zgodnie z przemieszczeniem osi, tolerancją pozycjonowania, strategią sterowania i całkowitym budżetem błędów maszyny.

Wstępnie załaduj

Wstępne napięcie śruby kulowej może zmniejszyć luz osiowy i zwiększyć sztywność, podczas gdy wstępne napięcie prowadnicy może zmniejszyć przemieszczenie pod zmieniającymi się obciążeniami. Jednakże nadmierne napięcie wstępne zwiększa tarcie, wytwarzanie ciepła i wrażliwość na błędy montażowe.

Celem nie jest określenie wszędzie maksymalnego napięcia wstępnego lub maksymalnej precyzji. Śruba, prowadnice, łożyska oporowe, sprzęgło, powierzchnie montażowe i rama maszyny powinny być dobrane jako jeden układ mechaniczny.

6. Sprawdź wyrównanie prowadnicy śruby i geometrię montażową

Nawet elementy o prawidłowych wymiarach mogą działać słabo, jeśli śruba i prowadnice zostaną zamontowane z nadmiernym niedopasowaniem.

Do ważnych czynników instalacyjnych należą:

• montaż na szynie-prostość powierzchni;
• równoległość pomiędzy szynami prowadzącymi;
• ustawienie śruby kulowej;
• wspierać-ustawienie łożysk;
• dokładność montażu nakrętki kulowej;
• sztywność ruchomego wózka.

Złe ustawienie może zwiększyć moment obrotowy napędu, nagrzewać się i zużycie, jednocześnie zmniejszając żywotność i wydajność pozycjonowania. Systemy z obciążeniem wstępnym zazwyczaj stawiają wyższe wymagania dotyczące dokładności instalacji.

7. Przykład praktyczny: pozioma oś automatyki o masie 500 kg

Rozważ wstępną poziomą oś automatyki z następującymi wymaganiami:

Krok 1: Oblicz siłę bezwładności

Przy przyspieszeniu 1,0 m/s²:

F = 500 × 1.0 = 500 N

To jest tylko siła przyspieszająca. Należy jeszcze dodać siłę procesową i opór mechaniczny.

Krok 2: Oblicz obciążenie prowadzące

System prowadnic wytrzymuje ciężar statyczny wynoszący około 4905 N. Jednakże obciążenia poszczególnych bloków nie można potwierdzić, dopóki nie będzie znany rozstaw szyn, rozstaw bloków i położenie środka ciężkości.

Krok 3: Wybierz układ prowadnic

Oblicz siły i momenty działające na każdy blok, korzystając z rzeczywistej geometrii maszyny, a następnie wybierz serię prowadnic i konfigurację bloku, która zapewnia wymaganą nośność, zdolność przenoszenia momentu, sztywność i trwałość.

Krok 4: Wybierz śrubę kulową

Określ wymagany nacisk osiowy, a następnie sprawdź średnicę śruby, skok, nośność dynamiczną, oczekiwaną trwałość, prędkość krytyczną i wyboczenie, jeśli ma to zastosowanie.

W tym przykładzie celowo nie określono stałego rozmiaru śruby ani prowadnicy, ponieważ brakujące dane dotyczące geometrii i{0}}siły procesu mogą znacząco zmienić ostateczny wybór.

8. Typowe błędy w dopasowywaniu

Używanie śruby stałej-do-tabeli rozmiarów prowadnicy

Nie ma uniwersalnej zależności jeden-do-pomiędzy średnicą śruby kulowej a rozmiarem prowadnicy liniowej.

Wybieranie tylko prowadnic z masy maszyny

Przesunięcie środka ciężkości-i momenty zewnętrzne mogą powodować znacznie większe obciążenia poszczególnych bloków, niż sugeruje to proste obliczenie ciężaru.

Wybór tylko śruby kulowej z nośności

Śruba może mieć wystarczającą nośność osiową, ale nadal nie spełnia krytycznych wymagań aplikacji dotyczących-prędkości, wyboczenia, skoku lub-długości montażowej.

Ignorowanie przyspieszenia

Przyspieszenie może powodować znaczne obciążenia ciągiem i momentem, szczególnie na osiach ciężkich i o dużym cyklu-.

Używanie śruby kulowej jako prowadnicy

Prowadnice liniowe powinny kontrolować ścieżkę ruchu. Śruba kulowa powinna przenosić głównie osiową siłę napędową.

Określanie nadmiernego obciążenia wstępnego

Większe wstępne ładowanie nie zawsze jest lepsze. Nadmierne napięcie wstępne zwiększa tarcie, ciepło i wrażliwość na błędy montażowe.

9. Lista kontrolna zapytania ofertowego dotycząca kompletnego systemu śruby kulowej i prowadnicy liniowej

W celu wstępnego doboru śruby kulowej i prowadnicy liniowej należy podać:

• Poruszająca się masa i zewnętrzna siła procesowa
• Montaż poziomy, pionowy lub ukośny
• Skuteczny udar
• Maksymalna prędkość i przyspieszenie
• Dokładność i powtarzalność pozycjonowania
• Dzienne godziny pracy i częstotliwość cykli
• Dostępna długość montażowa śruby kulowej
• Liczba szyn i bloków
• Rozstaw szyn i odstępy między blokami
• Pozycja środka ciężkości--, jeśli jest dostępna
• Środowisko pracy
• Prototyp i wielkość produkcji

Rysunek maszyny lub prosty układ osi jest szczególnie przydatny, gdy obciążenie jest przesunięte od linii środkowej prowadnicy.

Wniosek

Dopasowanie śruby kulowej i prowadnicy liniowej nie polega na połączeniu dwóch rozmiarów katalogowych.

Prowadnice liniowe należy dobierać pod kątem sił, momentów, rozkładu obciążenia, geometrii i wymaganej trwałości. Śruba kulowa powinna być wybrana zgodnie z naciskiem osiowym, żywotnością, średnicą, skokiem, prędkością krytyczną, wymaganiami dotyczącymi wyboczenia i pozycjonowania.

Ostateczną kombinację należy następnie sprawdzić jako kompletny system pod kątem sztywności, dokładności, wyrównania i warunków instalacji.

← Powrót do bloga DLY