أنظمة إرجاع الكرة، اختيار المسمار الكروي وتزييت المسمار الكروي.

إن تحديد الكرة اللولبية الصحيحة لتطبيق معين سيضمن دقة الماكينة وإمكانية التكرار وعمرها مع تقليل التكلفة الإجمالية للملكية.

يُحوّل محرك لولبي كروي الحركة الدورانية إلى حركة خطية أو العكس، ويمكنه تطبيق أو تحمّل أحمال دفع عالية - تصل إلى 750,000 رطل من السعة الثابتة - باستخدام مجموعة لولبي كروي بقطر 6000 بوصة، بكفاءة تزيد عادةً عن 90%. تُساعد اللوالب الكروية في توجيه المكونات والمنتجات ودعمها وتحديد موقعها وتحريكها بدقة في مجموعة متنوعة من تطبيقات الأتمتة.

يتكون محرك اللولب الكروي من لولب كروي وصامولة كروية مع محامل كروية دائرية. تتكون الواجهة بين اللولب والصامولة من محامل كروية تدور وفق الأشكال المتطابقة في اللولب الكروي والصامولة الكروية. يُوزع الحمل على اللولب الكروي على عدد كبير من محامل الكرات، مما يجعل كل كرة تتعرض لحمل منخفض نسبيًا. بفضل عناصره الدوارة، يتميز محرك اللولب الكروي بمعامل احتكاك منخفض جدًا، مما يُحقق كفاءة ميكانيكية عالية.

الفرق الرئيسي بين براغي الكرة وبراغي الرصاص هو استخدام محامل كروية معادة التدوير في براغي الكرة لتقليل الاحتكاك وزيادة الكفاءة. براغي الكرة أغلى من براغي الرصاص، لكن قدرتها على تحمل أحمال عالية، وتحقيق سرعات عالية، وعمر افتراضي طويل يجعلها تستحق تكلفتها الإضافية في العديد من التطبيقات.

عادةً ما توفر محركات براغي الكرة كفاءة ميكانيكية تزيد عن 90%، لذا غالبًا ما تُعوّض تكلفتها بانخفاض متطلبات الطاقة. وتُعدّ سعة التحميل المتزايدة، وعمرها الأطول، وموثوقيتها المتوقعة من مزايا براغي الكرة مقارنةً ببراغي الرصاص.

التكرار والدقة

الدقة هي مقياس لمدى اقتراب نظام الحركة من موضع القيادة، وتُعرَّف بأنها أقصى خطأ بين الموضع المتوقع والفعلي. أما قابلية التكرار، فهي قدرة نظام تحديد المواقع على العودة إلى موضعه أثناء التشغيل. تتميز محركات اللولب الكروي بقدرة تكرار ممتازة (يعتمد رد الفعل العكسي على قطر محمل الكرات، ولكنه يتراوح عادةً بين 0.005 و0.015 بوصة) ودقة (±0.004 بوصة/قدم للبراغي الكروية الدقيقة و±0.0005 بوصة/قدم للبراغي الكروية ذات علامة "دقة زائدة").

دقة الرصاص هي المقياس الأكثر شيوعًا لدقة براغي الكرة. يشير الرصاص إلى المسافة التي تقطعها صامولة كروية غير دوارة عند دورة واحدة للبرغي 360 درجة. تُقاس دقة الرصاص باختلاف الحركة المسموح به (الموضع الفعلي مقابل الموضع النظري) لكل قدم أو لكل 300 مم. تتوفر براغي الكرة بدرجتي الدقة الفائقة والنقل، حيث تتحكم درجة الدقة الفائقة بدقة في تراكم أخطاء الرصاص على طول الحركة بالكامل.

رد الفعل العكسي هو الحركة الحرة بين الصامولة والبرغي، ويمكن قياسه محوريًا وشعاعيًا. أفضل طريقة لقياس رد الفعل العكسي المحوري هي تثبيت البرغي من الحركة ودفع وسحب صامولة الكرة محوريًا مع قياس حركتها باستخدام مؤشر قرص. يمكن أيضًا قياس رد الفعل العكسي بوضع مؤشر قرص على صامولة الكرة في النظام ودفعها بوصة واحدة للأمام والخلف إلى وضعها الأصلي. الفرق عن الصفر هو رد الفعل العكسي. التكرارية هي ببساطة القيمة الكمية لرد الفعل العكسي للبرغي الكروي.

تحتوي صامولة الكرة غير المُحمَّلة مسبقًا على خلوص داخلي بين مكوناتها، مما يعني وجود رد فعل عكسي. أما صامولة الكرة المُحمَّلة مسبقًا فلا تحتوي على خلوص محوري، وبالتالي تُزيل رد الفعل العكسي، وبالتالي تزيد من صلابتها. كما يزيد الحمل المسبق من عزم الدوران اللازم لتدوير البرغي، ويُقاس بنسبة الحمل المسبق إلى السعة الديناميكية (صمولة كرة بسعة ديناميكية 1500 رطل وتصنيف حمل مسبق 10% يكون لديها حمل مسبق داخلي 150 رطل). تُستخدم براغي الكرة ذات اللولب الدقيق عادةً بدون حمل مسبق. يُحسِّن التحميل المسبق للبرغي الكروي من إمكانية التكرار عن طريق إزالة رد الفعل العكسي، ولكنه لا يؤثر على الدقة.

تتوفر صواميل كروية محملة مسبقًا في براغي بريسيجن بلس ومنتجات براغي بريسيجن مختارة. تكلفتها أعلى من الصواميل غير المحملة مسبقًا نظرًا لتعقيدها، والتشغيل الآلي الإضافي، والتجميع، والتحقق/القياس. يمكن تحميل مجموعات براغي الكرات مسبقًا بتكوينات صامولة مزدوجة أو مفردة. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من التحميل المسبق - صامولة مفردة كروية كبيرة الحجم (اتصال بأربع نقاط)، وصامولة مفردة بتخطي الرصاص (اتصال بنقطتين)، وصامولة مزدوجة (اتصال بنقطتين). يحافظ التحميل المسبق للصامولة المفردة على أصغر حجم للحزمة مع الحفاظ على سعة التحميل الكاملة. تتمتع صواميل الكرات بتخطي الرصاص بنصف سعة الصواميل المفردة ذات الحجم المماثل حيث يتم تحميل نصف محامل الكرات فقط في كل اتجاه. تتمتع مجموعات التحميل المسبق للصامولة المزدوجة بنفس سعة تحميل الصواميل المفردة حيث يتم تحميل صامولة كروية واحدة فقط في كل اتجاه.

هناك العديد من طرق تصنيع براغي الكرات، على الرغم من أنها تُصنف عادةً إلى فئتين: الدقة والدقة الفائقة. يُشكَّل مسار براغي الكرات ذات اللولب الدقيق بعملية درفلة على البارد. تُشَكَّل الصمولة لتتناسب مع أداء البرغي. يوفر هذا النهج دقة متوسطة، تصل إلى ±0.004 بوصة/قدم في دقة الرصاص على براغي سلسلة النقل بالبوصة. يُنتَج برغي وصامولة براغي الكرات ذات اللولب الدقيق بالطحن الدقيق. توفر براغي الكرات ذات اللولب الدقيق بدقة أعلى بكثير، تصل إلى ±0.0005 بوصة/قدم في دقة الرصاص على براغي سلسلة الدقة الفائقة بالبوصة. تكلفة براغي الكرات ذات اللولب الدقيق أعلى من تكلفة براغي الدقة نظرًا لطول وقت المعالجة.

أنظمة إرجاع الكرة

تُستخدم ثلاثة أنواع مختلفة من أنظمة إرجاع الكرات بشكل شائع. أنابيب الإرجاع الخارجية، المستخدمة عادةً في براغي البوصة، فعّالة من حيث التكلفة وسهلة التركيب والصيانة والإصلاح. تُستخدم أنظمة إرجاع الأزرار الداخلية عادةً في البراغي منخفضة الرصاص. تتميز هذه الأنظمة بصغر حجمها، وعدم وجود نتوءات شعاعية خارجية تُعقّد التركيب، كما أنها تُوفّر ضوضاء واهتزازًا أقل من أنظمة الإرجاع الخارجية. تُستخدم أنظمة إرجاع الأزرار الداخلية غالبًا في تجميعات التلامس رباعي النقاط، والصامولة المفردة، والتحميل المسبق. تُستخدم أنظمة إرجاع الغطاء الطرفي الداخلية عادةً في البراغي عالية الرصاص. تتميز هذه الأنظمة بصغر حجمها، وعدم وجود نتوءات شعاعية خارجية تُعقّد التركيب، كما أن ضوضاءها واهتزازها منخفضان مقارنةً بأنظمة الإرجاع الخارجية.

اختيار المسمار الكروي

يُفضّل اختيار مجموعة لولب الكرة التي توفر سعة التحميل والعمر الافتراضي المطلوبين لتطبيق مُحدد من خلال عملية تكرارية. يُستخدم الحمل التصميمي، واتجاه النظام، وطول الحركة، والعمر الافتراضي والسرعة المطلوبة لتحديد قطر مجموعة لولب الكرة وطولها. ثم تُختار مكونات اللولب بناءً على متطلبات الدقة والتكرار، والقيود البعدية، وتكوين التركيب، ومتطلبات الطاقة المتاحة، والظروف البيئية.

ابدأ بتحديد دقة الموضع وقابلية التكرار المطلوبة للتطبيق. تُنتج براغي الكرة البوصة بدرجتين رئيسيتين: النقل والدقة الفائقة. تُستخدم براغي الكرة من الدرجة النقلية في التطبيقات التي تتطلب حركة خشنة فقط أو تلك التي تستخدم التغذية الراجعة الخطية لتحديد الموضع. تُستخدم براغي الكرة من الدرجة الدقة الفائقة عندما يكون تحديد الموضع بدقة وقابلية التكرار أمرًا بالغ الأهمية. تسمح براغي الدرجة النقلية بتباين تراكمي أكبر على طول البرغي المُفيد. تحتوي براغي الدرجة الدقة الفائقة على تراكم خطأ الرصاص لتحديد الموضع بدقة على طول البرغي المُفيد بالكامل.

حدد كيفية تركيب مجموعة لولب الكرة في الآلة. سيحدد تصميم الدعامات الطرفية ومسافة الحركة حدود الحمل والسرعة للبرغي الكروي.

يمكن للبرغي الكروي المشدود أن يتحمل أحمالًا تصل إلى السعة المقدرة للصامولة. بالنسبة للصامولة الكروية المضغوطة، استخدم مخطط تحميل الضغط المتوفر من الشركة المصنعة لاختيار قطر برغي كروي يتوافق مع الحمل التصميمي أو يتجاوزه. على سبيل المثال، جميع البراغي ذات المنحنيات التي تمر عبر النقطة المرسومة أو أعلى منها وإلى يمينها مناسبة للتطبيق النموذجي التالي. يجب ألا تتجاوز أحمال الضغط المناسبة الموضحة في هذا الرسم البياني أقصى سعة تحميل ثابتة كما هو موضح في جدول التصنيف لكل مجموعة صامولة كروية. وبالتالي، بطول 85 بوصة (2159 مم)، وحمل نظام يبلغ 30,000 رطل (133,500 نيوتن)، مع ثبات طرفي بحيث يكون أحد الطرفين ثابتًا والآخر مدعومًا - يكون الحد الأدنى للاختيار هو مجموعة برغي كروي بدقة 1.750 × 0.200 بوصة زائد.

قم بحساب طول مسمار الكرة الذي سيُنتج متطلبات السرعة باستخدام الصيغة التالية.

الرصاص (بوصة) = معدل السفر (بوصة دقيقة -1) / دورة في الدقيقة

تحديد متوسط ​​العمر المتوقع للتطبيق

يمكن حساب عمر التجميع باستخدام معدل الحمل الديناميكي المحدد لكل صامولة كروية. جميع الصواميل الكروية ذات المنحنيات التي تمر عبر النقطة المرسومة أو فوقها مناسبة لهذا المثال. يجب ألا يتجاوز العمر الافتراضي المناسب الموضح في هذا الرسم البياني أقصى سعة تحميل ثابتة كما هو موضح في جدول التصنيف لكل صامولة كروية. في هذا المثال، يبلغ متوسط ​​العمر الافتراضي المطلوب للتطبيق (إجمالي المسافة) 2 مليون بوصة (50.8 مليون مم). وبالتالي، يبلغ أقصى حمل تشغيلي طبيعي 10,000 رطل (44,500 نيوتن).

تحديد السرعة الحرجة للبرغي

سرعة المسمار الحرجة هي الحالة التي تُحدث فيها سرعة دوران التجميع اهتزازات توافقية. تعتمد السرعة الحرجة على قطر جذر المسمار، والطول غير المدعوم، وتكوين دعامة الطرف. في معظم مخططات الشركات المصنعة، تُعتبر جميع البراغي ذات المنحنيات التي تمر عبر النقطة المرسومة أو فوقها أو إلى يمينها مناسبة للمثال التالي. تُظهر رسومات ثبات الأطراف الأربعة تكوينات المحامل لدعم عمود دوار، ويُظهر الرسم البياني تأثير هذه الظروف على سرعة العمود الحرجة لطول المسمار غير المدعوم. تنطبق السرعات المقبولة الموضحة في هذا الرسم البياني على عمود المسمار المختار، ولا تُشير إلى السرعات التي يمكن تحقيقها لجميع مجموعات صواميل الكرة المرتبطة بها.

إذا أكدت حسابات الحمل والعمر والسرعة أن مجموعة لولب الكرة المختارة تلبي متطلبات التصميم أو تتجاوزها، فانتقل إلى الخطوة التالية. إذا لم يكن الأمر كذلك، فإن استخدام براغي ذات قطر أكبر سيزيد من سعة التحميل ويزيد من تصنيف السرعة. يؤدي استخدام أسلاك توصيل أصغر إلى تقليل السرعة الخطية (بافتراض ثبات سرعة محرك الإدخال)، وزيادة سرعة المحرك (بافتراض ثبات السرعة الخطية)، وتقليل عزم الإدخال المطلوب. أما الأسلاك ذات القطر الأكبر، فتزيد من السرعة الخطية (بافتراض ثبات سرعة محرك الإدخال)، وتقليل سرعة محرك الإدخال (بافتراض ثبات السرعة الخطية)، وزيادة عزم الإدخال المطلوب.

حدد كيفية ربط صامولة الكرة بالحمل. شفة صامولة الكرة هي الطريقة التقليدية لربط صامولة الكرة بالحمل. وتُعدّ صواميل الكرة الملولبة والأسطوانية طرقًا بديلة لتوفير هذه الواجهة.

صواميل الكرات المُحمّلة مسبقًا تُقلل من ارتداد النظام وتُزيد من صلابته. مجموعات المسحات تحمي التجميع من الملوثات وتحتوي على مواد تشحيم. كما تتوفر دعامات المحامل وآلات التشغيل الطرفية لمعظم براغي الكرات.

يجب التعامل مع براغي الكرات بعناية قبل التركيب الصحيح. قد تؤدي الصدمات التي تتعرض لها محامل الكرات إلى إتلاف مسارات المحامل من خلال التشقق أو التشقق. كما قد يؤدي التحميل العالي أو ثني البرغي إلى انحناءه. من المهم الحفاظ على تجميع البرغي مُغلّفًا ومُشحمًا ومُخزّنًا في مكان نظيف وجاف، لأن الحطام والملوثات قد تُعيق مسارات إعادة التدوير، كما أن الرطوبة العالية أو الأمطار قد تُسبب التآكل.

يُعد تركيب النظام عاملاً مهمًا آخر. يجب تحميل صامولة الكرة محوريًا فقط، لأن أي تحميل شعاعي يُقلل بشكل كبير من أداء التجميع. كما يجب محاذاة التجميع بشكل صحيح مع نظام الدفع، ودعامات المحامل، والحمل لتحقيق الأداء الأمثل وإطالة العمر الافتراضي.

تزييت المسمار الكروي

يجب عدم تشغيل مجموعة لولب الكرة بدون تزييت مناسب. تحافظ زيوت التشحيم على ميزة الاحتكاك المنخفض لمجموعات لولب الكرة من خلال تقليل مقاومة التدحرج بين الكرات والأخاديد، وتقليل احتكاك الانزلاق بين الكرات المتجاورة.

يمكن ضخ الزيت بمعدل تدفق مُتحكم به مباشرةً إلى نقطة الحاجة، حيث يُزيل الملوثات أثناء جريانه عبر صامولة الكرة. كما يُمكنه توفير التبريد. من ناحية أخرى، يلزم وجود مضخة ونظام قياس لضخ الزيت بشكل صحيح، إذ يُمكن للزيت أيضًا تلويث سوائل العمليات.

الشحم أقل تكلفةً ويتطلب استخدامًا أقل تكرارًا من الزيت، كما أنه لا يُلوّث سوائل العمليات. من ناحية أخرى، يصعب الاحتفاظ بالشحم داخل صامولة الكرة، ويميل إلى التراكم عند أطراف مسارها، حيث تتراكم الشظايا والجزيئات الكاشطة. قد يُسبب عدم توافق الشحم القديم مع شحم إعادة التزييت مشكلة، لذا من المهم التحقق من التوافق. يُمكن أن يُساعد شحم حمل الأحمال على إطالة عمر التجميع، ولكن لن يتغير تصنيف الحمل الإجمالي.