Systèmes de retour à bille, sélection de vis à billes et lubrification des vis à billes.

Spécifier 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 entraînement par vis à billes traduit le mouvement de rotation en mouvement linéaire ou vice versa et peut appliquer ou résister à des charges de poussée élevées – capacité statique supérieure à 750 000 lb en utilisant un ensemble de vis à billes de Ø6 000 po – avec une efficacité généralement supérieure à 90 %. Les vis à billes aident à guider, soutenir, localiser et déplacer avec précision les composants et les produits dans une gamme d'applications d'automatisation.

Un entraînement à vis à billes se compose d'une vis à billes et d'un écrou à billes avec roulements à recirculation de billes. L'interface entre la vis et l'écrou est réalisée par des roulements à billes qui roulent dans les formes correspondantes dans la vis à billes et l'écrou à billes. La charge sur la vis à billes est répartie sur un grand nombre de roulements à billes, de sorte que chaque bille est soumise à une charge relativement faible. Grâce à ses éléments roulants, la vis à billes présente un très faible coefficient de frottement, ce qui équivaut à un rendement mécanique élevé.

La principale différence entre les vis à billes et les vis-mères réside dans l'utilisation de roulements à recirculation de billes dans la vis à billes pour minimiser la friction et maximiser l'efficacité. Les vis à billes sont plus chères que les vis-mères, mais leur capacité à supporter des charges élevées, à atteindre des vitesses rapides et à offrir une durée de vie prévisible en vaut la peine pour de nombreuses applications.

Les entraînements à vis à billes offrent généralement un rendement mécanique supérieur à 90 %, de sorte que leur coût est souvent compensé par une consommation d'énergie réduite. La capacité de charge accrue, la durée de vie plus longue et la fiabilité prévisible des vis à billes sont des avantages par rapport aux vis-mères.

Répétabilité et précision

La précision est une mesure de la proximité avec laquelle un système de mouvement s'approche d'une position de commande et est définie 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 son fonctionnement. Les entraînements à vis à billes offrent une excellente répétabilité (le jeu dépend du diamètre du roulement à billes, mais varie généralement de 0,005 à 0,015 po) et une excellente précision (±0,004 po/pied pour les vis à billes de précision et ±0,0005 po/pied pour les vis à billes étiquetées précision). -plus).

La précision du pas est la mesure la plus courante de la précision des vis à billes. Le plomb fait référence à la distance parcourue par un écrou à bille non rotatif avec un seul tour de 360° de la vis. La précision de l'avance est mesurée comme la variation de course admissible (position réelle par rapport à la position théorique) par pied ou par 300 mm. Les vis à billes sont proposées en qualités de précision plus et de transport, la qualité précision plus contrôlant étroitement l'accumulation d'erreurs de pas sur toute la longueur de la course.

Le jeu est le libre mouvement entre l'écrou et la vis et peut être mesuré axialement et radialement. La meilleure façon de mesurer le jeu axial est d'empêcher la vis de bouger et de pousser et tirer axialement sur l'écrou à bille tout en mesurant son mouvement avec un indicateur à cadran. Le jeu peut également être mesuré en plaçant un indicateur à cadran sur l'écrou à bille dans le système et en le faisant avancer d'un pouce et en le ramenant à sa position d'origine. La variation par rapport à zéro est le contrecoup. La répétabilité est simplement la valeur quantitative du jeu d'une vis à billes.

Un écrou à bille non précontraint présente des jeux internes entre les composants, ce qui signifie qu'il existe un jeu. Un écrou à bille préchargé n'a pas de jeu axial et élimine donc le jeu et augmente par la suite la rigidité. La précharge augmente également le couple requis pour tourner la vis et est mesurée par le pourcentage de précharge par rapport à la capacité dynamique (un écrou à bille avec une capacité dynamique de 1 500 lb et une précharge nominale de 10 % a une précharge interne de 150 lb). Les vis à billes à filetage de précision sont généralement utilisées sans précharge. Le préchargement d'une vis à billes améliore la répétabilité en supprimant le jeu, mais n'affecte pas la précision.

Des écrous à billes préchargés sont disponibles sur les vis Precision Plus et sur certains produits de vis de précision. Leur coût est plus élevé que celui des écrous non précontraints en raison de la complexité, de l'usinage supplémentaire, de l'assemblage et de la vérification/mesure. Les ensembles de vis à billes peuvent être préchargés avec des configurations à écrou double ou simple. Il existe trois principaux types de précharge : bille surdimensionnée à écrou unique (contact à 4 points), câble sauté à écrou unique (contact à 2 points) et écrou double (contact à 2 points). La précharge à écrou unique maintient la plus petite taille de paquet tout en conservant la pleine capacité de charge. Les écrous à billes en plomb ont la moitié de la capacité des écrous simples de taille similaire, car seulement la moitié des roulements à billes sont chargés dans chaque direction. Les ensembles de précharge à double écrou ont la même capacité de charge qu'un écrou simple, car un seul écrou à bille est chargé dans chaque direction.

Il existe de nombreuses méthodes de fabrication de vis à billes, bien qu'elles soient généralement classées en deux catégories : précision et précision plus. La course d'une vis à billes à filetage de précision est formée par un processus de laminage à froid. L'écrou est usiné pour correspondre aux performances de la vis. Cette approche fournit une précision modérée, de l'ordre de ±0,004 po/pied de précision sur les vis de la série de transport en pouces. La vis et l'écrou des vis à billes à filetage Precision Plus sont produits par meulage de précision. Les vis à billes à filetage Precision-Plus offrent une précision beaucoup plus élevée de ±0,0005 po/pied sur les vis de la série Precision-Plus en pouces. Le coût des vis à billes de précision plus filetées est plus élevé que celui des vis de précision en raison du temps de traitement plus élevé.

Systèmes de retour de balle

Trois types différents de systèmes de retour de balle sont couramment utilisés. Les tubes de retour externes, généralement utilisés dans les vis en pouces, sont rentables et faciles à installer, à entretenir et à réparer. Les systèmes de retour à bouton interne sont généralement utilisés sur les vis à faible plomb. Ils sont compacts, sans saillies radiales externes pour compliquer le montage et offrent moins de bruit et de vibrations que les retours externes. Les systèmes de retour de bouton internes sont souvent utilisés dans les assemblages à contact à 4 points, à écrou unique et à précharge. Les retours d'embouts internes sont généralement utilisés sur les vis à plomb élevé. Ils sont compacts, sans saillies radiales externes compliquant le montage. Leur bruit et leurs vibrations sont également faibles par rapport aux retours externes.

Sélection de vis à billes

Il est préférable de sélectionner l'ensemble de vis à billes qui offre la capacité de charge et la durée de vie spécifiées requises pour une application spécifique par un processus itératif. La charge de conception, l'orientation du système, la longueur de déplacement, la durée de vie requise et la vitesse requise sont utilisés pour déterminer le diamètre et le pas de l'ensemble vis à billes. Les composants individuels des vis à billes sont ensuite sélectionnés en fonction des exigences de précision et de répétabilité, des contraintes dimensionnelles, de la configuration de montage, des exigences de puissance disponibles et des conditions environnementales.

Commencez par déterminer la précision de positionnement et la répétabilité requises pour l’application. Les vis à billes en pouces sont produites en deux qualités principales : Transport et Précision Plus. Les vis à billes de qualité transport sont utilisées dans les applications nécessitant uniquement un mouvement grossier ou dans celles utilisant un retour linéaire pour la localisation de position. Les vis à billes de qualité précision plus sont utilisées lorsqu'un positionnement précis et reproductible est essentiel. Les vis de qualité transport permettent une plus grande variation cumulative sur la longueur utile de la vis. Les vis de qualité Precision Plus contiennent une accumulation d'erreurs 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 d'extrémité et la distance de déplacement dicteront les limitations de charge et de vitesse de la vis à billes.

Une vis à billes en tension peut supporter des charges allant jusqu'à la capacité nominale de l'écrou. Pour un écrou à bille en compression, utilisez un tableau de charge de compression disponible auprès du fabricant pour sélectionner un diamètre de vis à bille qui atteint ou dépasse la charge de conception. Toutes les vis dont les courbes passent par ou au-dessus et à droite du point tracé, par exemple, conviennent à l'exemple d'application suivant. Les charges de compression appropriées indiquées dans ce graphique ne doivent pas dépasser la capacité de charge statique maximale indiquée dans le tableau nominal de l'ensemble d'écrou à bille individuel. Ainsi, à une longueur de 85 po (2 159 mm), une charge système de 30 000 lb (133 500 N) et avec une fixité d'extrémité composée d'une extrémité fixe et de l'autre extrémité supportée, la sélection minimale est une précision de 1,750 x 0,200 plus pouce. ensemble vis à billes.

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

Avance (po) = TravelRate (po min.-1)/rpm

Détermination de la durée de vie des applications

La durée de vie de l'assemblage peut être calculée à l'aide de la charge dynamique spécifiée pour chaque écrou à bille. Tous les écrous à bille dont les courbes traversent ou dépassent le point tracé conviennent à l'exemple. Les durées de vie appropriées indiquées dans ce graphique ne doivent pas dépasser la capacité de charge statique maximale indiquée dans le tableau nominal de l'ensemble d'écrou à bille individuel. Dans cet exemple, la durée de vie souhaitée de l'application (déplacement total) est de 2 millions de pouces (50,8 millions de mm). La charge de fonctionnement normale maximale est alors de 10 000 lb (44 500 N).

Détermination de la vitesse critique de la vis

La vitesse critique de la vis est la condition dans laquelle la vitesse de rotation de l’ensemble crée des vibrations harmoniques. La vitesse critique dépend du diamètre de la racine de la vis, de la longueur non supportée et de la configuration du support d'extrémité. Dans la plupart des tableaux des fabricants, toutes les vis dont les courbes passent à travers ou au-dessus et à droite du point tracé conviennent à l'exemple suivant. Les quatre dessins de fixation d'extrémité montrent les configurations de roulements pour supporter un arbre rotatif, et le tableau montre l'effet de ces conditions sur la vitesse critique de l'arbre pour la longueur de vis non supportée. Les vitesses acceptables indiquées par ce graphique s'appliquent à l'arbre de vis sélectionné et ne sont pas indicatives des vitesses pouvant être atteintes par tous les ensembles d'écrous à billes associés.

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

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

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

Les vis à billes doivent être soigneusement manipulées avant une installation correcte. Les chocs sur les roulements à billes peuvent endommager les chemins de roulement par effet Brinell ou fissuration. Des charges élevées ou une flexion de la vis peuvent entraîner une flexion. Il est important de conserver l'ensemble emballé, lubrifié et stocké dans un endroit propre et sec, car les débris et la contamination peuvent bloquer les pistes de recirculation, et une humidité élevée ou la pluie peuvent provoquer de la corrosion.

Le montage du système est une autre considération importante. L'écrou à bille doit être chargé axialement uniquement, car toute charge radiale réduit considérablement les performances de l'assemblage. L'ensemble 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 des vis à billes

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

L'huile peut être appliquée à un débit contrôlé directement là où vous en avez besoin, et elle nettoiera les contaminants lorsqu'elle traverse l'écrou à bille. Il peut également assurer le refroidissement. D’un autre côté, une pompe et un système de dosage sont nécessaires pour appliquer correctement l’huile, car l’huile peut également contaminer les fluides de traitement.

La graisse est moins chère et nécessite une application moins fréquente que l’huile, et elle ne contamine pas les fluides de traitement. D'autre part, la graisse est difficile à retenir à l'intérieur de l'écrou à bille et a tendance à s'accumuler aux extrémités de la course de l'écrou à bille, où elle accumule des copeaux et des particules abrasives. L'incompatibilité de l'ancienne graisse avec la graisse de relubrification peut créer un problème, il est donc important de vérifier la compatibilité. Une graisse porteuse peut contribuer à prolonger la durée de vie d’un assemblage, mais la capacité de charge globale ne changera pas.