Systèmes de retour à balle, sélection de vis à billes et lubrification à vis à billes.

La spécification de la bonne vis à billes pour une application donnée garantira la précision, la répétabilité et la durée de vie de la machine tout en minimisant le coût total de possession.

Un lecteur de vis à billes traduit le mouvement de rotation en mouvement linéaire ou vice versa et peut appliquer ou résister à des charges de poussée élevée - vers une capacité statique de 750 000 lb en utilisant un assemblage de vis à billes de Ø6 000 pouces - avec une efficacité généralement supérieure à 90%. Les vis à billes aident à guider, à prendre en charge, à localiser et à déplacer avec précision les composants et les produits dans une gamme d'applications d'automatisation.

Un lecteur de vis à billes se compose d'une vis à billes et d'un écrou à billes avec des roulements à billes de recirculation. L'interface entre la vis et l'écrou est fabriquée par des roulements à billes qui roulent dans les formes de correspondance dans la vis à billes et l'écrou à billes. La charge sur la vis à billes est distribuée sur un grand nombre de roulements à billes afin que chaque balle soit soumise à une charge relativement basse. En raison de ses éléments de roulement, le lecteur de vis à billes a un coefficient de frottement très faible, ce qui équivaut à une efficacité mécanique élevée.

La principale différence entre les vis à billes et les vis de plomb est l'utilisation de roulements à billes de recirculation dans la vis à billes pour minimiser le frottement et maximiser l'efficacité. Les vis à billes sont plus chères que les vis de plomb, mais leur capacité à transporter des charges élevées, à atteindre des vitesses rapides et à fournir une durée de vie prévisible en vaut bien leur coût supplémentaire pour de nombreuses applications.

Les liens de vis à billes offrent généralement une efficacité mécanique supérieure à 90%, donc leur coût est souvent compensé par des besoins en puissance réduits. La capacité de charge accrue, la durée de vie plus longue et la fiabilité prévisible des vis à billes sont des avantages sur les vis de plomb.

Répétabilité et précision

La précision est une mesure de la façon dont un système de mouvement aborde une position de commande et est défini comme l'erreur maximale entre la position attendue et réelle. La répétabilité est définie comme la capacité d'un système de positionnement à revenir à un emplacement pendant le fonctionnement. Les disques de vis à billes offrent une excellente répétabilité (le contrecoup dépend du diamètre du roulement à billes, mais varie généralement de 0,005 à 0,015 po) et de la précision (± 0,004 pouces /ft pour les vis de billes de précision et ± 0,0005 pouces pour les vis à billes étiquetées de précision de précision).

La précision du plomb est la mesure la plus courante de la précision des vis à billes. Le plomb fait référence à la distance à laquelle un écrou à billes non rotatif se déplacera avec un seul tour à 360 ° de la vis. La précision du plomb est mesurée comme la variation de voyage autorisée (position réelle en fonction de la position théorique) par pied ou par 300 mm. Des vis à billes sont offertes dans les notes de précision plus et de transport, avec l'accumulation d'erreur de plomb de la précision de la précision plus sur toute la longueur du voyage.

Le contrecoup est le mouvement libre entre l'écrou et la vis, et peut être mesuré axialement et radialement. La meilleure façon de mesurer le contrecoup axial est de fixer la vis du mouvement et de pousser et de tirer axialement sur l'écrou de la balle tout en mesurant son mouvement avec un indicateur de cadran. Le contrecoup peut également être mesuré en mettant un indicateur de cadran sur l'écrou de la balle dans le système et en le faisant un pouce vers l'avant et en arrière vers la position d'origine. La variation de zéro est le contrecoup. La répétabilité est simplement la valeur quantitative du contrecoup d'une vis à billes.

Un écrou à balle non répandu a des dégagements internes entre les composants, ce qui signifie que les contrecoups existent. Un écrou à billes préchargé n'a pas de dégagement axial et élimine donc le contrecoup et augmente par la suite la rigidité. La précharge augmente également le couple nécessaire pour tourner la vis et est mesuré par le pourcentage de précharge à une capacité dynamique (un écrou à billes avec une capacité dynamique de 1500 lb et une précharge de 10% ont une précharge interne de 150 lb). Les vis à billes de filetage de précision sont généralement utilisées sans préchargement. La précharge d'une vis à billes améliore la répétabilité en supprimant les contrecoups, mais n'affecte pas la précision.

Les écrous à billes préchargés sont disponibles sur les vis de précision plus et de sélectionner les produits de vis de précision. Leur coût est plus élevé que les écrous non préchargés en raison de la complexité, de l'usinage supplémentaire, de l'assemblage et de la vérification / mesure. Les assemblages de vis à billes peuvent être préchargés avec des configurations à double ou unique. Il existe trois principaux types de précharge de précharge - une balle surdimensionnée à écrou unique (contact à 4 points), un plomb de sauts de noix unique (contact à 2 points) et un double écrou (contact à 2 points). La précharge de noix unique maintient la plus petite taille du package tout en maintenant une capacité de charge complète. Les écrous à billes de plomb à sauter ont la moitié de la capacité des écrous simples de taille similaire car seuls la moitié des roulements à billes sont chargés dans chaque direction. Les assemblages de précharge à double noix ont la même capacité de charge qu'un seul écrou car un seul écrou à boule est chargé dans chaque direction.

Il existe de nombreuses méthodes de fabrication de vis de billes bien qu'elles soient généralement classées en deux catégories: la précision et la précision plus. La race d'une vis à billes de fil de précision est formée par un processus de roulement froid. L'écrou est usiné pour correspondre à la capacité de performance de la vis. Cette approche fournit une précision modérée, de l'ordre de ± 0,004 pouces et une précision du plomb sur les vis de la série de transport de pouces. La vis et l'écrou des vis à billes de filetage de précision plus sont produits par broyage de précision. Les vis à billes de filetage de précision et plus offrent une précision beaucoup plus élevée de ± 0,0005 po et une précision de plomb sur les vis de série de précision plus de pouces. Le coût de la précision plus des vis à billes en filetage est plus élevé que les vis de précision en raison du temps de traitement plus élevé.

Systèmes de retour de balle

Trois types différents de systèmes de retour de balles sont couramment utilisés. Les tubes de retour externes, généralement utilisés dans les vis à pouces, sont rentables et faciles à installer, à maintenir et à réparer. Les systèmes de retour de bouton internes sont généralement utilisés sur les vis à faibles du plomb. Ils sont compacts, sans protubérances radiales externes pour compliquer le montage et offrir moins de bruit et de vibrations que les rendements externes. Les systèmes de retour de bouton internes sont souvent utilisés dans les assemblages de contact à 4 points, de noix unique et de précharge. Les rendements internes du capuchon d'extrémité sont généralement utilisés sur les vis de plomb élevées. Ils sont compacts sans protubérances radiales externes pour compliquer le montage. Leur bruit et leurs vibrations sont également faibles par rapport aux rendements externes.

Sélection de vis à balle

L'ensemble de vis à billes qui fournit la capacité de charge et la durée de vie spécifiés requis pour une application spécifique est mieux sélectionné par le biais d'un processus itératif. La charge de conception, l'orientation du système, la longueur de voyage, la durée de vie requise et la vitesse requise sont utilisées pour déterminer le diamètre et le plomb de l'ensemble de vis à billes. Les composants de vis à billes individuels sont ensuite sélectionnés en fonction de la précision et des exigences de répétabilité, des contraintes dimensionnelles, de la configuration de montage, des exigences d'alimentation disponibles et des conditions environnementales.

Commencez par déterminer la précision de position et la répétabilité requise de l'application. Les vis à billes de pouce sont produites en deux notes principales - le transport et la précision plus. Les vis de bille de qualité de transport sont utilisées dans les applications ne nécessitant que des mouvements grossiers ou ceux utilisant une rétroaction linéaire pour l'emplacement de position. Les vis de bille de qualité plus précis sont utilisées lorsqu'il est essentiel de positionnement précis et reproductible. Les vis de qualité de transport permettent une plus grande variation cumulative sur la longueur utile de la vis. Les vis de précision plus de qualité contiennent une accumulation d'erreur de plomb pour un positionnement précis sur toute la longueur utile de la vis.

Déterminez comment l'ensemble de vis à billes sera monté dans la machine. La configuration des supports de fin et de la distance de déplacement dicteront les limites de charge et de vitesse de la vis à billes.

Une vis de bille en tension peut gérer les charges jusqu'à la capacité nominale de l'écrou. Pour un écrou à billes en compression, utilisez un tableau de chargement de compression disponible auprès du fabricant pour sélectionner un diamètre de vis à billes qui rencontre ou dépasse la charge de conception. Toutes les vis avec des courbes qui traversent ou au-dessus et à droite du point tracé, par exemple, conviennent à l'exemple suivant. Les charges de compression appropriées illustrées dans ce graphique ne doivent pas dépasser la capacité de charge statique maximale comme indiqué dans la table de notation pour l'ensemble d'écrou à billes individuel. Ainsi, à une longueur de 85 po (2159 mm), une charge système de 30 000 lb (133 500 N) et avec une fixité finale d'une extrémité fixe et l'autre prise en charge - la sélection minimale est un assemblage de vis à billes de précision de 1,750 x 0,200 plus pouces.

Calculez le fil de la vis à billes qui produira l'exigence de vitesse à l'aide de la formule suivante.

Plomb (in.) = REPORT (IN. Min.-1) / RPM

Déterminer l'espérance de vie de l'application

La durée de vie de l'assemblage peut être calculée en utilisant la cote de charge dynamique spécifiée pour chaque écrou à balle. Tous les écrous à billes avec des courbes qui traversent ou sont au-dessus du point tracé conviennent à l'exemple. Les attentes de durée de vie appropriées montrées dans ce graphique ne doivent pas dépasser la capacité de charge statique maximale comme indiqué dans la table de cote pour l'ensemble d'écrou à billes individuelles. Dans cet exemple, l'espérance de vie de l'application (voyage total) souhaitée est de 2 millions de personnes (50,8 millions de mm). Ensuite, la charge de fonctionnement normale maximale est de 10 000 lb (44 500 N).

Déterminer la vitesse critique de la vis

La vitesse de vis critique est la condition où la vitesse rotative de l'assemblage établit des vibrations harmoniques. La vitesse critique dépend du diamètre de la racine de la vis, de la longueur non pris en charge et de la configuration de support final. Dans la plupart des graphiques du fabricant, toutes les vis avec des courbes qui traversent ou au-dessus et à droite du point tracé conviennent à l'exemple suivant. Les quatre dessins de fixité d'extrémité montrent les configurations des roulements pour prendre en charge un arbre rotatif, et le graphique montre l'effet de ces conditions sur la vitesse critique de l'arbre pour la longueur de vis non prise en charge. Les vitesses acceptables indiquées par ce graphique s'appliquent à l'arbre de vis sélectionnée et ne sont pas indicatives des vitesses réalisables de tous les assemblages d'écrou à billes associés.

Si les calculs de charge, de durée de vie et de vitesse confirment que l'ensemble de vis de balle sélectionné répond ou dépasse les exigences de conception, passez à l'étape suivante. Sinon, les vis de plus grand diamètre augmenteront la capacité de charge et augmenteront la vitesse de vitesse. Les fils plus petits diminueront la vitesse linéaire (en supposant la vitesse constante du moteur d'entrée), augmenteront la vitesse du moteur (en supposant une vitesse linéaire constante) et diminueront le couple d'entrée requis. Des fils plus élevés augmenteront la vitesse linéaire (en supposant la vitesse constante du moteur d'entrée), diminueront la vitesse du moteur d'entrée (en supposant une vitesse linéaire constante) et augmentent le couple d'entrée requis.

Déterminez comment l'écrou à billes s'interface dans l'application. Une bride d'écrou à balle est la méthode typique de fixation de l'écrou à balle à la charge. Les écrous à billes filetés et les écrous cylindriques à billes sont des moyens alternatifs pour fournir l'interface.

Les écrous à billes préchargés élimineront le contrecoup du système et augmenteront la rigidité. Les kits d'essuie-glace protègent l'assemblage des contaminants et contiennent une lubrification. Les supports de roulement et l'usinage final sont également disponibles pour la plupart des vis à billes.

Les vis à balles doivent être soigneusement manipulées avant une installation appropriée. Les chocs aux roulements à billes peuvent endommager les courses de roulements par le brinling ou la fissuration. Des charges élevées ou une flexion de la vis peuvent entraîner des flexions. Il est important de garder l'assemblage emballé et lubrifié et stocké dans une zone propre et sèche car les débris et la contamination peuvent brouiller les pistes de recirculation, et une humidité ou une pluie élevée peut provoquer de la corrosion.

Le montage du système est une autre considération importante. L'écrou à billes ne doit être chargé qu'axialement, car toute charge radiale réduit considérablement les performances de l'assemblage. L'assemblage doit également être correctement aligné avec le système d'entraînement, les supports de roulement et la charge pour obtenir des performances et une durée de vie optimales.

Lubrification à la vis

L'ensemble de vis à billes ne doit jamais être exécuté sans lubrification appropriée. Les lubrifiants maintiennent l'avantage à faible frottement des assemblages de vis à billes en minimisant la résistance au roulement entre les balles et les rainures et la friction coulissante entre les balles adjacentes.

L'huile peut être appliquée à un débit contrôlé directement au point de besoin, et il nettoiera les contaminants lorsqu'il passe à travers l'écrou à billes. Il peut également fournir un refroidissement. D'un autre côté, une pompe et un système de mesure sont nécessaires pour appliquer correctement l'huile, car l'huile a également le potentiel de contaminer des fluides de processus.

La graisse est moins coûteuse et nécessite une application moins fréquente que l'huile, et elle ne contamine pas les fluides de processus. D'un autre côté, la graisse est difficile à garder à l'intérieur de l'écrou à balle et a tendance à s'accumuler aux extrémités du voyage à l'écrou à balle, où il accumule les copeaux et les particules abrasives. L'incompatibilité de l'ancienne graisse avec la graisse de ré-lubrification peut créer un problème, il est donc important de vérifier la compatibilité. Une graisse de charge de charge peut aider à prolonger la durée de vie d'un assemblage, mais la cote de charge globale ne changera pas.