أنظمة إرجاع الكرة واختيار الكرة اللولبية وتزييت الكرة اللولبية.

سيؤدي تحديد اللولب الكروي المناسب لتطبيق معين إلى ضمان دقة الماكينة وقابلية التكرار وعمرها مع تقليل التكلفة الإجمالية للملكية.

يقوم المحرك اللولبي الكروي بترجمة الحركة الدورانية إلى حركة خطية أو العكس ويمكنه تطبيق أو تحمل أحمال دفع عالية - ما يزيد عن 750.000 رطل من السعة الثابتة باستخدام مجموعة لولبية كروية بقطر 6.000 بوصة - بكفاءة أكبر عادةً من 90%. تساعد البراغي الكروية في توجيه المكونات والمنتجات ودعمها وتحديد موقعها ونقلها بدقة في مجموعة من تطبيقات الأتمتة.

يتكون المحرك اللولبي الكروي من لولب كروي وصمولة كروية مع محامل كروية مُعاد تدويرها. يتم تصنيع الواجهة بين المسمار والجوز بواسطة محامل كروية تتدحرج في الأشكال المطابقة في اللولب الكروي والجوز الكروي. يتم توزيع الحمل على اللولب الكروي على عدد كبير من المحامل الكروية بحيث تتعرض كل كرة لحمل منخفض نسبيًا. بسبب عناصره الدوارة، فإن المحرك اللولبي الكروي لديه معامل احتكاك منخفض جدًا، وهو ما يعادل الكفاءة الميكانيكية العالية.

يتمثل الاختلاف الرئيسي بين البراغي الكروية ومسامير الرصاص في استخدام محامل الكرات المعاد تدويرها في اللولب الكروي لتقليل الاحتكاك وزيادة الكفاءة. تعد البراغي الكروية أكثر تكلفة من البراغي الرصاصية، لكن قدرتها على حمل أحمال عالية وتحقيق سرعات عالية وتوفير عمر يمكن التنبؤ به تجعلها تستحق تكلفتها الإضافية للعديد من التطبيقات.

توفر المحركات اللولبية الكروية عادةً كفاءة ميكانيكية تزيد عن 90%، لذلك غالبًا ما يتم تعويض تكلفتها من خلال انخفاض متطلبات الطاقة. تعد سعة التحميل المتزايدة والعمر الأطول والموثوقية المتوقعة للبراغي الكروية من المزايا التي تتفوق على البراغي الرصاصية.

التكرار والدقة

الدقة هي مقياس لمدى اقتراب نظام الحركة من موضع القيادة، ويتم تعريفها على أنها الحد الأقصى للخطأ بين الموضع المتوقع والفعلي. يتم تعريف التكرار على أنه قدرة نظام تحديد المواقع على العودة إلى الموقع أثناء التشغيل. توفر المحركات اللولبية الكروية إمكانية تكرار ممتازة (يعتمد رد الفعل العكسي على قطر محمل الكرة، ولكنه يتراوح عادةً من 0.005 إلى 0.015 بوصة) ودقة (±0.004 بوصة/قدم للبراغي الكروية الدقيقة و±0.0005 بوصة/قدم للبراغي الكروية التي تحمل علامة الدقة -زائد).

دقة الرصاص هي المقياس الأكثر شيوعًا لدقة الكرة اللولبية. يشير الرصاص إلى المدى الذي ستسافر به صمولة الكرة غير الدوارة مع دورة واحدة للمسمار بمقدار 360 درجة. يتم قياس دقة الرصاص على أنها تباين السير المسموح به (الموضع الفعلي مقابل الموضع النظري) لكل قدم أو لكل 300 مم. يتم تقديم اللوالب الكروية بدرجات الدقة الإضافية ودرجات النقل، مع درجة الدقة الإضافية التي تتحكم بإحكام في تراكم أخطاء الرصاص على طول المسافة الكاملة.

رد الفعل العكسي هو الحركة الحرة بين الجوز والمسمار، ويمكن قياسها محوريا وشعاعيا. أفضل طريقة لقياس رد الفعل العكسي المحوري هي تأمين المسمار من الحركة ودفع وسحب صامولة الكرة بشكل محوري أثناء قياس حركتها باستخدام مؤشر القرص. يمكن أيضًا قياس رد الفعل العكسي عن طريق وضع مؤشر الاتصال على صامولة الكرة في النظام ودفعه بوصة واحدة للأمام والخلف إلى الموضع الأصلي. الاختلاف من الصفر هو رد الفعل العكسي. التكرار هو ببساطة القيمة الكمية لرد الفعل العكسي للمسمار الكروي.

تحتوي الصامولة الكروية غير المحملة مسبقًا على خلوص داخلي بين المكونات، مما يعني وجود رد فعل عنيف. لا تحتوي الصامولة الكروية المحملة مسبقًا على خلوص محوري، وبالتالي تزيل رد الفعل العكسي وبالتالي تزيد من الصلابة. يزيد التحميل المسبق أيضًا من عزم الدوران المطلوب لتدوير المسمار ويتم قياسه بنسبة التحميل المسبق إلى السعة الديناميكية (صمولة كروية بسعة ديناميكية تبلغ 1500 رطل ومعدل تحميل مسبق بنسبة 10% لها تحميل مسبق داخلي يبلغ 150 رطلاً). يتم استخدام البراغي الكروية الدقيقة بشكل عام بدون تحميل مسبق. يؤدي التحميل المسبق للمسمار الكروي إلى تحسين إمكانية التكرار عن طريق إزالة رد الفعل العكسي، ولكنه لا يؤثر على الدقة.

تتوفر صواميل الكرات المحملة مسبقًا على البراغي الدقيقة بالإضافة إلى منتجات لولبية دقيقة مختارة. تكلفتها أعلى من المكسرات غير المحملة مسبقًا بسبب التعقيد والتصنيع الإضافي والتجميع والتحقق/القياس. يمكن تحميل مجموعات اللولب الكروي مسبقًا بتكوينات مزدوجة أو مفردة. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من التحميل المسبق - كرة كبيرة الحجم ذات صمولة واحدة (تلامس 4 نقاط)، وصمولة واحدة (تلامس نقطتين) وصمولة مزدوجة (تلامس نقطتين). يحافظ التحميل المسبق للجوز الفردي على أصغر حجم للحزمة مع الحفاظ على سعة التحميل الكاملة. تحتوي صواميل تخطي الرصاص على نصف سعة الصواميل المفردة ذات الحجم المماثل حيث يتم تحميل نصف محامل الكرات فقط في كل اتجاه. تتمتع مجموعات التحميل المسبق ذات الجوز المزدوج بنفس سعة التحميل التي يتمتع بها صمولة واحدة حيث يتم تحميل صامولة كروية واحدة فقط في كل اتجاه.

هناك العديد من الطرق لتصنيع اللوالب الكروية على الرغم من تصنيفها عادةً إلى فئتين - الدقة والدقة الإضافية. يتم تشكيل سباق اللولب الكروي الدقيق من خلال عملية الدرفلة على البارد. يتم تشكيل الجوز ليتناسب مع قدرة أداء المسمار. يوفر هذا الأسلوب دقة متوسطة، في حدود ±0.004 بوصة/قدم من دقة الرصاص على براغي سلسلة بوصة النقل. يتم إنتاج المسمار والجوز للبراغي الكروية ذات الخيط الدقيق عن طريق الطحن الدقيق. توفر البراغي الكروية ذات الدقة الزائدة دقة أعلى بكثير تبلغ ± 0.0005 بوصة/قدم من دقة الرصاص على براغي السلسلة ذات الدقة الزائدة بوصة. تكلفة الدقة بالإضافة إلى البراغي الكروية الخيطية أعلى من البراغي الدقيقة نظرًا لارتفاع وقت المعالجة.

أنظمة إرجاع الكرة

يتم استخدام ثلاثة أنواع مختلفة من أنظمة إرجاع الكرة بشكل شائع. تعتبر أنابيب الإرجاع الخارجية، التي تُستخدم عادةً في البراغي مقاس بوصة، فعالة من حيث التكلفة وسهلة التركيب والصيانة والإصلاح. عادةً ما تُستخدم أنظمة إرجاع الزر الداخلي على البراغي ذات الرصاص المنخفض. فهي مدمجة، مع عدم وجود نتوءات شعاعية خارجية لتعقيد التركيب وتوفر ضوضاء واهتزازات أقل من المرتجعات الخارجية. غالبًا ما تُستخدم أنظمة إرجاع الأزرار الداخلية في مجموعات الاتصال ذات الأربع نقاط والصمولة المفردة والتحميل المسبق. عادةً ما يتم استخدام إرجاع الغطاء النهائي الداخلي على البراغي ذات الرصاص العالي. فهي مدمجة مع عدم وجود نتوءات شعاعية خارجية لتعقيد التركيب. كما أن الضوضاء والاهتزازات منخفضة مقارنة بالعائدات الخارجية.

اختيار الكرة اللولبية

من الأفضل اختيار مجموعة اللولب الكروي التي توفر سعة التحميل المحددة والعمر المطلوب لتطبيق معين من خلال عملية تكرارية. يتم استخدام حمل التصميم، واتجاه النظام، وطول السفر، والعمر المطلوب، والسرعة المطلوبة، لتحديد القطر والرصاص لمجموعة اللولب الكروي. يتم بعد ذلك تحديد المكونات اللولبية الكروية الفردية بناءً على متطلبات الدقة والتكرار، وقيود الأبعاد، وتكوين التركيب، ومتطلبات الطاقة المتاحة، والظروف البيئية.

ابدأ بتحديد الدقة الموضعية والتكرار المطلوب للتطبيق. يتم إنتاج البراغي الكروية مقاس بوصة في درجتين رئيسيتين – النقل والدقة الإضافية. تُستخدم البراغي الكروية من فئة النقل في التطبيقات التي تتطلب حركة خشنة فقط أو تلك التي تستخدم ردود فعل خطية للموقع الموضعي. يتم استخدام البراغي الكروية عالية الدقة عندما يكون تحديد المواقع الدقيق والقابل للتكرار أمرًا بالغ الأهمية. تسمح براغي درجة النقل بتباين تراكمي أكبر على الطول المفيد للمسمار. تحتوي البراغي الدقيقة بالإضافة إلى تراكم خطأ الرصاص من أجل تحديد موضع دقيق على طول المسمار المفيد بالكامل.

حدد كيفية تركيب مجموعة اللولب الكروي في الماكينة. إن تكوين دعامات النهاية ومسافة السفر سوف يحدد حدود الحمل والسرعة للبرغي الكروي.

يمكن للمسمار الكروي المشدود التعامل مع الأحمال حتى السعة المقدرة للصامولة. بالنسبة للصمولة الكروية المضغوطة، استخدم مخطط تحميل الضغط المتوفر من الشركة المصنعة لتحديد قطر اللولب الكروي الذي يلبي أو يتجاوز حمل التصميم. جميع البراغي ذات المنحنيات التي تمر عبر أو أعلى وعلى يمين النقطة المرسومة، على سبيل المثال، مناسبة لتطبيق المثال التالي. يجب ألا تتجاوز أحمال الضغط المناسبة الموضحة في هذا الرسم البياني الحد الأقصى لسعة الحمل الثابت كما هو موضح في جدول التصنيف الخاص بمجموعة صامولة الكرة الفردية. وبالتالي، بطول 85 بوصة (2159 ملم)، يبلغ حمل النظام 30000 رطل (133500 نيوتن) مع تثبيت طرف واحد ثابت والطرف الآخر مدعوم - الحد الأدنى للاختيار هو 1.750 × 0.200 دقة زائد بوصة التجمع الكرة اللولبية.

احسب تقدم الكرة اللولبية التي ستنتج متطلبات السرعة باستخدام الصيغة التالية.

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

تحديد العمر المتوقع للتطبيق

يمكن حساب عمر التجميع باستخدام تصنيف الحمل الديناميكي المحدد لكل صمولة كروية. جميع المكسرات الكروية ذات المنحنيات التي تمر عبر النقطة المرسومة أو الموجودة فوقها مناسبة للمثال. لا ينبغي أن يتجاوز العمر المتوقع المناسب الموضح في هذا الرسم البياني الحد الأقصى لسعة الحمولة الثابتة كما هو موضح في جدول التصنيف الخاص بمجموعة صامولة الكرة الفردية. في هذا المثال، يبلغ متوسط ​​العمر المتوقع للتطبيق (إجمالي السفر) المطلوب 2 مليون بوصة (50.8 مليون ملم). ثم الحد الأقصى لحمل التشغيل العادي هو 10000 رطل (44500 نيوتن).

تحديد السرعة الحرجة للمسمار

سرعة اللولب الحرجة هي الحالة التي تقوم فيها السرعة الدورانية للتجميع بإعداد اهتزازات توافقية. تعتمد السرعة الحرجة على قطر جذر المسمار، والطول غير المدعوم، وتكوين الدعم النهائي. في معظم المخططات الخاصة بالشركة المصنعة، تكون جميع البراغي ذات المنحنيات التي تمر عبر النقطة المرسومة أو أعلى منها وعلى يمينها مناسبة للمثال التالي. توضح رسومات تثبيت الأطراف الأربعة تكوينات المحامل لدعم عمود الدوران، ويوضح الرسم البياني تأثير هذه الظروف على سرعة العمود الحرجة لطول المسمار غير المدعوم. تنطبق السرعات المقبولة المبينة في هذا الرسم البياني على العمود اللولبي المحدد، ولا تشير إلى السرعات التي يمكن تحقيقها لجميع مجموعات الصواميل الكروية المرتبطة.

إذا أكدت حسابات الحمل والعمر والسرعة أن مجموعة اللولب الكروي المحددة تلبي متطلبات التصميم أو تتجاوزها، فانتقل إلى الخطوة التالية. إذا لم يكن الأمر كذلك، فإن البراغي ذات القطر الأكبر ستزيد من سعة الحمولة وتزيد من تصنيف السرعة. سوف تؤدي الخيوط الأصغر إلى تقليل السرعة الخطية (بافتراض سرعة محرك الإدخال الثابتة)، وزيادة سرعة المحرك (بافتراض سرعة خطية ثابتة)، وتقليل عزم الدوران المطلوب. ستؤدي الخيوط الأعلى إلى زيادة السرعة الخطية (بافتراض سرعة محرك الإدخال الثابتة)، وتقليل سرعة محرك الإدخال (بافتراض سرعة خطية ثابتة)، وزيادة عزم الدوران المطلوب.

تحديد كيفية تفاعل الجوز الكروي مع التطبيق. شفة الجوز الكروي هي الطريقة النموذجية لربط الجوز الكروي بالحمل. تعد الصواميل الكروية الملولبة والصواميل الكروية الأسطوانية من الطرق البديلة لتوفير الواجهة.

ستعمل صواميل الكرات المحملة مسبقًا على القضاء على رد الفعل العكسي للنظام وزيادة الصلابة. تعمل مجموعات المساحات على حماية المجموعة من الملوثات وتحتوي على مواد التشحيم. تتوفر أيضًا دعامات المحامل والتصنيع النهائي لمعظم البراغي الكروية.

يجب التعامل مع مسامير الكرات بعناية قبل التثبيت الصحيح. يمكن أن تؤدي الصدمات التي تتعرض لها المحامل الكروية إلى إتلاف سباقات المحامل من خلال عملية التحميص أو التشقق. يمكن أن تؤدي الأحمال العالية أو ثني المسمار إلى الانحناء. من المهم الحفاظ على المجموعة معبأة ومشحمة ومخزنة في منطقة نظيفة وجافة لأن الحطام والتلوث يمكن أن يؤدي إلى تشويش مسارات إعادة التدوير، كما أن الرطوبة العالية أو المطر يمكن أن يسبب التآكل.

يعد تركيب النظام أحد الاعتبارات المهمة الأخرى. يجب تحميل الصامولة الكروية محوريًا فقط، حيث أن أي تحميل شعاعي يقلل بشكل كبير من أداء التجميع. يجب أيضًا أن تتم محاذاة التجميع بشكل صحيح مع نظام القيادة ودعامات المحامل والحمل لتحقيق الأداء الأمثل والعمر الأمثل.

تشحيم الكرة اللولبية

لا ينبغي أبدًا تشغيل مجموعة اللولب الكروي بدون التشحيم المناسب. تحافظ مواد التشحيم على ميزة الاحتكاك المنخفض للمجموعات اللولبية الكروية عن طريق تقليل مقاومة التدحرج بين الكرات والأخاديد والاحتكاك المنزلق بين الكرات المجاورة.

يمكن وضع الزيت بمعدل تدفق متحكم فيه مباشرة إلى نقطة الحاجة، وسوف يقوم بتنظيف الملوثات أثناء مروره عبر صمولة الكرة. ويمكنه أيضًا توفير التبريد. من ناحية أخرى، هناك حاجة إلى مضخة ونظام قياس لتطبيق الزيت بشكل صحيح، حيث أن الزيت لديه أيضًا القدرة على تلويث سوائل العملية.

يعتبر الشحوم أقل تكلفة ويتطلب استخدامًا أقل تكرارًا من الزيت، كما أنه لا يلوث سوائل العملية. من ناحية أخرى، من الصعب الاحتفاظ بالشحوم داخل الصامولة الكروية ويميل إلى التراكم في نهايات سفر الصامولة الكروية، حيث تتراكم الرقائق والجزيئات الكاشطة. قد يؤدي عدم توافق الشحم القديم مع شحم إعادة التشحيم إلى حدوث مشكلة، لذا من المهم التحقق من التوافق. يمكن أن يساعد الشحم الذي يحمل الحمولة على إطالة عمر التجميع، لكن تصنيف الحمل الإجمالي لن يتغير.