Sistemas de retorno de bola, selección de tornillo de bola y lubricación de tornillo de bola.

Especificar el tornillo de pelota derecho para una aplicación determinada garantizará la precisión de la máquina, la repetibilidad y la vida al tiempo que minimiza el costo total de propiedad.

Una unidad de tornillo de bola traduce el movimiento de rotación al movimiento lineal o viceversa y puede aplicar o soportar cargas de empuje altas, de 750,000 lb de capacidad estática utilizando un conjunto de tornillo de bola de Ø6.000 pulgadas, con una eficiencia típicamente mayor al 90%. Los tornillos de bola de ayuda, soporte, ubicación y mueven con precisión los componentes y productos en una gama de aplicaciones de automatización.

Una unidad de tornillo de bola consiste en un tornillo de bola y una tuerca de bola con rodamientos de bolas de recirculación. La interfaz entre el tornillo y la tuerca se realiza mediante rodamientos de bolas que rodan en el juego de combate en el tornillo de la bola y la tuerca de la bola. La carga en el tornillo de bola se distribuye sobre una gran cantidad de rodamientos de bolas para que cada bola esté sujeta a una carga relativamente baja. Debido a sus elementos rodantes, la unidad de tornillo de bola tiene un coeficiente de fricción muy bajo, lo que equivale a una alta eficiencia mecánica.

La diferencia clave entre los tornillos de bola y los tornillos de plomo es el uso de rodamientos de bolas de recirculación en el tornillo de bola para minimizar la fricción y maximizar la eficiencia. Los tornillos de bola son más caros que los tornillos de plomo, pero su capacidad para transportar cargas altas, lograr velocidades rápidas y ofrecer una vida predecible hace que valga la pena su costo adicional para muchas aplicaciones.

Las unidades de tornillo de bola generalmente proporcionan una eficiencia mecánica superior al 90%, por lo que su costo a menudo se compensa con los requisitos de potencia reducidos. El aumento de la capacidad de carga, la vida útil más larga y la confiabilidad predecible de los tornillos de bola son ventajas sobre los tornillos de plomo.

Repetibilidad y precisión

La precisión es una medida de cuán estrechamente un sistema de movimiento se acerca a una posición de comando, y se define como el error máximo entre la posición esperada y real. La repetibilidad se define como la capacidad de un sistema de posicionamiento para volver a una ubicación durante la operación. Los unidades de tornillo de bola ofrecen una excelente repetibilidad (la reacción depende del diámetro del rodamiento de bolas, pero generalmente varía de 0.005 a 0.015 pulg.) Y precisión (± 0.004 pulg./FT para tornillos de bolas de precisión y ± 0.0005 pulg./FT para tornillos de bolas marcados con precisión).

La precisión del plomo es la medida más común de la precisión del tornillo de bola. El plomo se refiere a hasta qué punto viajará una tuerca de bola no rotatoria con un solo giro del tornillo de 360 ​​°. La precisión del plomo se mide como la variación de viaje permitida (posición real versus posición teórica) por pie o por 300 mm. Los tornillos de bola se ofrecen en Precision Plus y grados de transporte, con la precisión más la acumulación de errores de plomo que controlan bien el grado durante la longitud completa de los viajes.

La reacción es la libre movimiento entre la tuerca y el tornillo, y se puede medir axial y radialmente. La mejor manera de medir la reacción axial es asegurar el tornillo del movimiento y empujar axialmente y tirar de la tuerca de la bola mientras mide su movimiento con un indicador de dial. La reacción también se puede medir colocando un indicador de dial en la tuerca de la pelota en el sistema y conduciendo una pulgada hacia adelante y hacia atrás a la posición original. La variación de cero es la reacción. La repetibilidad es simplemente el valor cuantitativo de la reacción de un tornillo de bola.

Una tuerca de bola no recordada tiene espacios espaciales internos entre componentes, lo que significa que existe una reacción violenta. Una tuerca de bola precargada no tiene espacio libre axial y, por lo tanto, elimina la reacción violenta y posteriormente aumenta la rigidez. La precarga también aumenta el par requerido para girar el tornillo y se mide por el porcentaje de precarga a la capacidad dinámica (una tuerca de bola con una capacidad dinámica de 1500 lb y una calificación de precarga del 10% tiene una precarga interna de 150 lb). Los tornillos de bola de rosca de precisión generalmente se usan sin precarga. La precarga de un tornillo de bola mejora la repetibilidad al eliminar la reacción violenta, pero no afecta la precisión.

Las tuercas de bola precargadas están disponibles en tornillos de precisión más y seleccionan productos de tornillo de precisión. Su costo es más alto que las tuercas no retrasadas debido a la complejidad, el mecanizado adicional, el ensamblaje y la verificación/medición. Los conjuntos de tornillos de bola se pueden precargar con configuraciones de tuercas dobles o simples. Hay tres tipos principales de precarga: bola de gran tamaño de tuerca (contacto de 4 puntos), cable de salto de tuerca única (contacto de 2 puntos) y tuerca doble (contacto de 2 puntos). La precarga de una sola tuerca mantiene el tamaño del paquete más pequeño y mantiene la capacidad de carga completa. Las tuercas de bola de plomo omitir tienen la mitad de la capacidad de tuercas individuales de tamaño similar, ya que solo la mitad de los rodamientos de bolas se cargan en cada dirección. Los conjuntos de precarga de tuerca doble tienen la misma capacidad de carga que una sola tuerca que solo una tuerca de bola se carga en cada dirección.

Existen muchos métodos para fabricar tornillos de bola, aunque generalmente se clasifican en dos categorías: Precisión y Precisión Plus. La raza de un tornillo de bola de precisión se forma mediante un proceso de rodadura de frío. La tuerca está mecanizada para que coincida con la capacidad de rendimiento del tornillo. Este enfoque proporciona una precisión moderada, en el orden de ± 0.004 in./ft precisión de plomo en los tornillos de la serie de pulgadas de transporte. El tornillo y la tuerca de los tornillos de bola de rosca de más precisión se producen mediante molienda de precisión. Los tornillos de bola de rosca de precisión más ofrecen una precisión mucho mayor de ± 0.0005 pulgadas. El costo de la precisión más los tornillos de bola de rosca es más alto que los tornillos de precisión debido al tiempo de procesamiento más alto.

Sistemas de retorno de bola

Se usan comúnmente tres tipos diferentes de sistemas de retorno de bola. Los tubos de retorno externos, típicamente utilizados en tornillos de pulgada, son rentables y fáciles de instalar, mantener y reparar. Los sistemas de retorno de botones internos generalmente se usan en tornillos de plomo bajo. Son compactos, sin protuberancias radiales externas para complicar el montaje y ofrecer menos ruido y vibración que los retornos externas. Los sistemas de retorno de botones internos a menudo se usan en contacto de 4 puntos, tuerca única y ensamblajes de precarga. Los retornos internos de la tapa final se usan típicamente en tornillos de cables altos. Son compactos sin protuberancias radiales externas para complicar el montaje. Su ruido y vibración también son bajos en comparación con los retornos externos.

Selección de tornillo de bola

El conjunto del tornillo de bola que proporciona la capacidad de carga especificada y la vida requerida para una aplicación específica se selecciona mejor a través de un proceso iterativo. La carga de diseño, la orientación del sistema, la longitud de viaje, la vida útil requerida y la velocidad requerida, se utilizan para determinar el diámetro y el cable del conjunto del tornillo de bola. Los componentes individuales del tornillo de bola se seleccionan en función de la precisión y el requisito de repetibilidad, restricciones dimensionales, configuración de montaje, requisitos de energía disponibles y condiciones ambientales.

Comience determinando la precisión posicional y la repetibilidad requerida de la aplicación. Los tornillos de bola de pulgadas se producen en dos grados principales: transporte y precisión más. Los tornillos de bola de grado de transporte se utilizan en aplicaciones que requieren solo un movimiento grueso o aquellos que usan retroalimentación lineal para la ubicación posicional. Los tornillos de bola de grado de precisión se usan cuando el posicionamiento preciso y repetible es crítico. Los tornillos de grado de transporte permiten una mayor variación acumulativa sobre la longitud útil del tornillo. Los tornillos de grado más de precisión contienen acumulación de error de plomo para una posición precisa sobre toda la longitud útil del tornillo.

Determine cómo se montará el conjunto del tornillo de bola en la máquina. La configuración del final admite y la distancia de viaje dictará las limitaciones de carga y velocidad del tornillo de bola.

Un tornillo de bola en la tensión puede manejar cargas hasta la capacidad nominal de la tuerca. Para una tuerca de bola en compresión, use una tabla de carga de compresión disponible del fabricante para seleccionar un diámetro de tornillo de bola que cumpla o exceda la carga de diseño. Todos los tornillos con curvas que pasan a través o por encima y a la derecha del punto trazado, por ejemplo, son adecuados para la siguiente aplicación de ejemplo. Las cargas de compresión adecuadas que se muestran en este gráfico no deben exceder la capacidad de carga estática máxima como se da en la tabla de calificación para el conjunto de tuerca de bola individual. Por lo tanto, a una longitud de 85 pulgadas (2159 mm), una carga del sistema de 30,000 lb (133,500 N) y con una fijación final de un extremo fijo y el otro extremo admitido: la selección mínima es un conjunto de tornillo de bola de precisión de 1.750 x 0.200 más pulgadas.

Calcule el cable del tornillo de bola que producirá el requisito de velocidad utilizando la siguiente fórmula.

Plomo (in.) = Tasa de viaje (in. Min.-1)/rpm

Determinar la esperanza de vida de la aplicación

La vida útil del ensamblaje se puede calcular utilizando la clasificación de carga dinámica especificada para cada tuerca de bola. Todas las nueces de bola con curvas que pasan o están por encima del punto trazado son adecuados para el ejemplo. Las expectativas de vida adecuadas que se muestran en este gráfico no deben exceder la capacidad de carga estática máxima como se da en la tabla de calificación para el conjunto de tuerca de bola individual. En este ejemplo, la esperanza de vida de la aplicación (Total Travel) deseada es de 2 millones (50.8 millones de mm). Entonces la carga operativa normal máxima es de 10,000 lb (44,500 n).

Determinar la velocidad crítica del tornillo

La velocidad crítica del tornillo es la condición en la que la velocidad giratoria del ensamblaje establece vibraciones armónicas. La velocidad crítica depende del diámetro de la raíz del tornillo, la longitud no compatible y la configuración de soporte final. En la mayoría de las listas de fabricantes, todos los tornillos con curvas que pasan a través o por encima y a la derecha del punto trazado son adecuados para el siguiente ejemplo. Los cuatro dibujos de fijación final muestran las configuraciones de cojinetes para soportar un eje giratorio, y el gráfico muestra el efecto de estas condiciones en la velocidad crítica del eje para la longitud del tornillo no respaldado. Las velocidades aceptables que se muestran en este gráfico se aplican al eje del tornillo seleccionado, y no son indicativos de las velocidades alcanzables de todos los conjuntos de tuercas de bola asociados.

Si los cálculos de carga, vida y velocidad confirman que el conjunto de tornillo de bola seleccionado cumple o excede los requisitos de diseño, continúe con el siguiente paso. Si no, los tornillos de mayor diámetro aumentarán la capacidad de carga y aumentarán la clasificación de velocidad. Los cables más pequeños disminuirán la velocidad lineal (suponiendo la velocidad de entrada constante del motor), aumentarán la velocidad del motor (suponiendo la velocidad lineal constante) y disminuirá el par de entrada requerido. Los cables más altos aumentarán la velocidad lineal (suponiendo la velocidad constante del motor de entrada), disminuirán la velocidad del motor de entrada (suponiendo la velocidad lineal constante) y aumentará el par de entrada requerido.

Determine cómo la tuerca de la bola interactuará en la aplicación. Una brida de la nuez de bola es el método típico de unir la tuerca de la bola a la carga. Las tuercas de bola roscada y las tuercas de bola cilíndrica son formas alternativas de proporcionar la interfaz.

Las nueces de bola precargadas eliminarán la reacción del sistema y aumentarán la rigidez. Los kits de limpiaparabrisas protegen el ensamblaje de los contaminantes y contienen lubricación. Los soportes de rodamiento y el mecanizado final también están disponibles para la mayoría de los tornillos de pelota.

Los tornillos de las bolas deben manejarse cuidadosamente antes de la instalación adecuada. Los choques de los rodamientos de bolas pueden dañar las carreras de los rodamientos a través de la brinelización o el agrietamiento. Las cargas altas o la flexión del tornillo pueden conducir a la flexión. Es importante mantener el ensamblaje empaquetado, lubricado y almacenado en un área limpia y seca porque los desechos y la contaminación pueden atascar pistas de recirculación, y la alta humedad o la lluvia pueden causar corrosión.

El montaje del sistema es otra consideración importante. La tuerca de la bola debe cargarse axialmente solo, ya que cualquier carga radial reduce significativamente el rendimiento del ensamblaje. El ensamblaje también debe alinearse correctamente con el sistema de accionamiento, los soportes de rodamiento y cargar para lograr un rendimiento y la vida óptimos.

Lubricación de tornillo de bola

El conjunto del tornillo de bola nunca debe ejecutarse sin una lubricación adecuada. Los lubricantes mantienen la baja ventaja de fricción de los conjuntos de tornillos de bola minimizando la resistencia de rodadura entre bolas y ranuras y fricción deslizante entre bolas adyacentes.

El aceite se puede aplicar a un caudal controlado directamente hasta el punto de necesidad, y limpiará los contaminantes a medida que atraviese la tuerca de la bola. También puede proporcionar enfriamiento. Por otro lado, se necesita una bomba y un sistema de medición para aplicar el aceite correctamente, ya que el aceite también tiene el potencial de contaminar fluidos de proceso.

La grasa es menos costosa y requiere una aplicación menos frecuente que el aceite, y no contamina los fluidos del proceso. Por otro lado, la grasa es difícil de mantener dentro de la tuerca de la pelota y tiende a acumularse en los extremos del viaje de la nuez de la bola, donde acumula chips y partículas abrasivas. La incompatibilidad de la grasa antigua con grasa de re-lubricación puede crear un problema, por lo que es importante verificar la compatibilidad. Una grasa de carga puede ayudar a extender la vida útil de un ensamblaje, pero la clasificación general de carga no cambiará.