Sistemi di ritorno delle sfere, selezione delle viti a sfere e lubrificazione delle viti a sfere.

Specificare la vite a ricircolo di sfere giusta per una determinata applicazione garantirà la precisione, la ripetibilità e la durata della macchina, riducendo al minimo il costo totale di proprietà.

Una trasmissione con vite a ricircolo di sfere traduce il movimento rotatorio in movimento lineare o viceversa e può applicare o resistere a carichi di spinta elevati – fino a 750.000 libbre di capacità statica utilizzando un gruppo vite a ricircolo di sfere da Ø 6.000 pollici – con un'efficienza generalmente superiore al 90%. Le viti a ricircolo di sfere aiutano a guidare, supportare, individuare e spostare con precisione componenti e prodotti in una vasta gamma di applicazioni di automazione.

Una vite a ricircolo di sfere è costituita da una vite a ricircolo di sfere e da una chiocciola a ricircolo di sfere. L'interfaccia tra la vite e la chiocciola è costituita da cuscinetti a sfere che rotolano nelle forme corrispondenti nella vite a sfere e nella chiocciola. Il carico sulla vite a ricircolo di sfere è distribuito su un gran numero di cuscinetti a sfera in modo che ciascuna sfera sia sottoposta ad un carico relativamente basso. Grazie ai suoi elementi volventi, la vite a ricircolo di sfere ha un coefficiente di attrito molto basso, che corrisponde ad un'elevata efficienza meccanica.

La differenza fondamentale tra viti a ricircolo di sfere e viti di comando è l'uso di cuscinetti a ricircolo di sfere nella vite a ricircolo di sfere per ridurre al minimo l'attrito e massimizzare l'efficienza. Le viti a ricircolo di sfere sono più costose delle viti a comando, ma la loro capacità di sopportare carichi elevati, raggiungere velocità elevate e garantire una durata prevedibile le fa valere il costo aggiuntivo per molte applicazioni.

Le unità con vite a ricircolo di sfere in genere forniscono un'efficienza meccanica superiore al 90%, quindi il loro costo è spesso compensato da requisiti di potenza ridotti. La maggiore capacità di carico, la maggiore durata e l'affidabilità prevedibile delle viti a ricircolo di sfere sono vantaggi rispetto alle viti di comando.

Ripetibilità e precisione

La precisione è una misura di quanto un sistema di movimento si avvicina a una posizione di comando ed è definita come l'errore massimo tra la posizione prevista e quella effettiva. La ripetibilità è definita come la capacità di un sistema di posizionamento di ritornare in una posizione durante il funzionamento. Le unità con vite a ricircolo di sfere offrono eccellente ripetibilità (il gioco dipende dal diametro del cuscinetto a sfere, ma in genere varia da 0,005 a 0,015 pollici) e precisione (±0,004 pollici/piedi per viti a sfere di precisione e ±0,0005 pollici/piedi per viti a ricircolo di sfere etichettate Precision -più).

La precisione del passo è la misura più comune della precisione delle viti a ricircolo di sfere. Il passo si riferisce alla distanza percorsa da una chiocciola a sfera non rotante con un singolo giro di 360° della vite. La precisione del passo viene misurata come variazione di corsa ammissibile (posizione effettiva rispetto a posizione teorica) per piede o per 300 mm. Le viti a ricircolo di sfere sono offerte nelle qualità Precision Plus e Trasporto, con la qualità Precision Plus che controlla strettamente l'accumulo di errori di passo sull'intera lunghezza della corsa.

Il gioco è il libero movimento tra la chiocciola e la vite e può essere misurato assialmente e radialmente. Il modo migliore per misurare il gioco assiale è proteggere la vite dal movimento e spingere e tirare assialmente la chiocciola mentre si misura il suo movimento con un comparatore. Il gioco può essere misurato anche posizionando un comparatore sulla chiocciola nel sistema e spostandolo di un pollice in avanti e indietro nella posizione originale. La variazione da zero è il gioco. La ripetibilità è semplicemente il valore quantitativo del gioco di una vite a ricircolo di sfere.

Una chiocciola a ricircolo di sfere non precaricata presenta giochi interni tra i componenti, il che significa che esiste un gioco. Una chiocciola precaricata non ha gioco assiale e quindi elimina il gioco e di conseguenza aumenta la rigidità. Il precarico aumenta anche la coppia richiesta per girare la vite e viene misurato dalla percentuale di precarico rispetto alla capacità dinamica (una chiocciola con capacità dinamica di 1500 libbre e un valore di precarico del 10% ha un precarico interno di 150 libbre). Le viti a ricircolo di sfere con filettatura di precisione vengono generalmente utilizzate senza precarico. Il precarico di una vite a ricircolo di sfere migliora la ripetibilità eliminando il gioco, ma non influisce sulla precisione.

I dadi a sfere precaricati sono disponibili sulle viti Precision Plus e su prodotti selezionati con viti di precisione. Il loro costo è più elevato rispetto alle chiocciole non precaricate a causa della complessità, delle lavorazioni aggiuntive, dell'assemblaggio e della verifica/misurazione. I gruppi viti a ricircolo di sfere possono essere precaricati con configurazioni a doppia o singola chiocciola. Esistono tre tipi principali di precarico: sfera sovradimensionata a chiocciola singola (contatto a 4 punti), passo di salto della chiocciola singola (contatto a 2 punti) e chiocciola doppia (contatto a 2 punti). Il precarico della chiocciola singola mantiene le dimensioni più piccole del pacchetto mantenendo la capacità di pieno carico. I dadi a sfera Skip Lead hanno metà della capacità dei dadi singoli di dimensioni simili poiché solo la metà dei cuscinetti a sfera viene caricata in ciascuna direzione. I gruppi di precarico con doppia chiocciola hanno la stessa capacità di carico di una chiocciola singola poiché viene caricata solo una chiocciola a ricircolo di sfere in ciascuna direzione.

Esistono molti metodi per produrre viti a ricircolo di sfere, sebbene siano generalmente classificati in due categorie: precisione e precisione plus. L'anello di una vite a ricircolo di sfere con filettatura di precisione viene formato mediante un processo di laminazione a freddo. Il dado è lavorato per adattarsi alle capacità prestazionali della vite. Questo approccio fornisce una precisione moderata, dell'ordine di ±0,004 pollici/piedi sulle viti di trasporto della serie in pollici. La vite e il dado delle viti a ricircolo di sfere con filettatura Precision Plus sono prodotti mediante rettifica di precisione. Le viti a ricircolo di sfere con filettatura Precision Plus offrono una precisione molto più elevata, pari a ±0,0005 pollici/piede, sulle viti della serie Precision Plus in pollici. Il costo delle viti a ricircolo di sfere con filettatura Precision Plus è superiore a quello delle viti di precisione a causa dei tempi di lavorazione più elevati.

Sistemi di ritorno delle sfere

Vengono comunemente utilizzati tre diversi tipi di sistemi di ritorno delle sfere. I tubi di ritorno esterni, tipicamente utilizzati nelle viti in pollici, sono economici e facili da installare, manutenere e riparare. I sistemi di ritorno con pulsante interno vengono generalmente utilizzati su viti a passo basso. Sono compatti, senza sporgenze radiali esterne che complicano il montaggio e offrono meno rumore e vibrazioni rispetto ai ritorni esterni. I sistemi di ritorno con pulsante interno sono spesso utilizzati nei gruppi con contatto a 4 punti, dado singolo e precarico. I ritorni dei cappucci terminali interni vengono generalmente utilizzati su viti ad alto passo. Sono compatti e non presentano sporgenze radiali esterne che complicano il montaggio. Anche il loro rumore e vibrazione sono bassi rispetto ai ritorni esterni.

Scelta della vite a ricircolo di sfere

Il gruppo vite a ricircolo di sfere che fornisce la capacità di carico e la durata specificate richieste per un'applicazione specifica viene selezionato al meglio attraverso un processo iterativo. Il carico di progetto, l'orientamento del sistema, la lunghezza della corsa, la durata richiesta e la velocità richiesta vengono utilizzati per determinare il diametro e il passo del gruppo vite a sfere. I singoli componenti delle viti a ricircolo di sfere vengono quindi selezionati in base ai requisiti di precisione e ripetibilità, ai vincoli dimensionali, alla configurazione di montaggio, ai requisiti di alimentazione disponibili e alle condizioni ambientali.

Inizia determinando la precisione di posizionamento e la ripetibilità richieste dall'applicazione. Le viti a ricircolo di sfere in pollici sono prodotte in due qualità principali: Transport e Precision Plus. Le viti a ricircolo di sfere di tipo trasporto vengono utilizzate in applicazioni che richiedono solo movimenti grossolani o che utilizzano feedback lineare per la posizione posizionale. Le viti a ricircolo di sfere di qualità Precision Plus vengono utilizzate laddove il posizionamento accurato e ripetibile è fondamentale. Le viti di grado trasporto consentono una maggiore variazione cumulativa sulla lunghezza utile della vite. Le viti Precision Plus contengono un accumulo di errore di passo per un posizionamento preciso sull'intera lunghezza utile della vite.

Determinare come verrà montato il gruppo vite a ricircolo di sfere nella macchina. La configurazione dei supporti terminali e la distanza di spostamento determineranno i limiti di carico e velocità della vite a ricircolo di sfere.

Una vite a ricircolo di sfere in tensione può sopportare carichi fino alla capacità nominale della chiocciola. Per una chiocciola a ricircolo di sfere in compressione, utilizzare una tabella di carico di compressione disponibile presso il produttore per selezionare un diametro della vite a ricircolo di sfere che soddisfi o superi il carico di progetto. Tutte le viti con curve che passano attraverso o sopra e a destra del punto tracciato, ad esempio, sono adatte per la seguente applicazione esemplificativa. I carichi di compressione indicati in questo grafico non devono superare la capacità di carico statico massima indicata nella tabella dei valori nominali per il singolo gruppo chiocciola a ricircolo di sfere. Pertanto, con una lunghezza di 85 pollici (2.159 mm), un carico del sistema di 30.000 libbre (133.500 N) e con un'estremità fissata con un'estremità fissa e l'altra estremità supportata: la selezione minima è una precisione di 1,750 x 0,200 più pollici gruppo vite a ricircolo di sfere.

Calcolare il passo della vite a ricircolo di sfere che produrrà la velocità richiesta utilizzando la seguente formula.

Passo (pollici) = Velocità di viaggio (pollici min.-1)/giri/min

Determinazione dell'aspettativa di vita dell'applicazione

La durata dell'assemblaggio può essere calcolata utilizzando il coefficiente di carico dinamico specificato per ciascuna chiocciola. Per l'esempio sono adatte tutte le viti a ricircolo di sfere con curve che attraversano o si trovano al di sopra del punto tracciato. La durata prevista indicata in questo grafico non deve superare la capacità di carico statico massima indicata nella tabella dei valori nominali per il singolo gruppo chiocciola a ricircolo di sfere. In questo esempio, la durata prevista dell'applicazione (corsa totale) desiderata è di 2 milioni di pollici (50,8 milioni di mm). Quindi il carico operativo normale massimo è di 44.500 N (10.000 libbre).

Determinazione della velocità critica della vite

La velocità critica della vite è la condizione in cui la velocità di rotazione dell'assieme crea vibrazioni armoniche. La velocità critica dipende dal diametro della radice della vite, dalla lunghezza non supportata e dalla configurazione del supporto finale. Nella maggior parte delle tabelle dei produttori, tutte le viti con curve che passano attraverso o sopra e a destra del punto tracciato sono adatte per il seguente esempio. I quattro disegni di fissaggio delle estremità mostrano le configurazioni dei cuscinetti per supportare un albero rotante e il grafico mostra l'effetto di queste condizioni sulla velocità critica dell'albero per la lunghezza della vite non supportata. Le velocità accettabili mostrate da questo grafico si applicano all'albero della vite selezionato e non sono indicative delle velocità raggiungibili da tutti i gruppi chiocciola a sfere associati.

Se i calcoli di carico, durata e velocità confermano che il gruppo vite a ricircolo di sfere selezionato soddisfa o supera i requisiti di progettazione, procedere alla fase successiva. In caso contrario, viti di diametro maggiore aumenteranno la capacità di carico e aumenteranno la velocità nominale. Cavi più piccoli diminuiranno la velocità lineare (presupponendo una velocità del motore in ingresso costante), aumenteranno la velocità del motore (presupponendo una velocità lineare costante) e diminuiranno la coppia in ingresso richiesta. Cavi più alti aumenteranno la velocità lineare (presupponendo una velocità del motore in ingresso costante), diminuiranno la velocità del motore in ingresso (presupponendo una velocità lineare costante) e aumenteranno la coppia in ingresso richiesta.

Determinare come si interfaccerà la chiocciola con l'applicazione. Una flangia per chiocciola a sfera è il metodo tipico per fissare la chiocciola a sfera al carico. I dadi a sfere filettati e i dadi a sfere cilindrici sono modi alternativi per fornire l'interfaccia.

I dadi a sfera precaricati elimineranno il gioco del sistema e aumenteranno la rigidità. I kit di spazzole proteggono il gruppo da contaminanti e contengono lubrificante. Per la maggior parte delle viti a ricircolo di sfere sono disponibili anche supporti per cuscinetti e lavorazioni finali.

Le viti a ricircolo di sfere devono essere maneggiate con attenzione prima di una corretta installazione. Gli urti sui cuscinetti a sfera possono danneggiare le piste dei cuscinetti provocando brinellature o screpolature. Carichi elevati o flessioni della vite possono portare alla flessione. È importante mantenere il gruppo imballato, lubrificato e conservato in un'area pulita e asciutta poiché detriti e contaminazione possono intasare le piste di ricircolo e l'elevata umidità o la pioggia possono causare corrosione.

Il montaggio del sistema è un'altra considerazione importante. La chiocciola deve essere caricata solo assialmente, poiché qualsiasi carico radiale riduce significativamente le prestazioni dell'assieme. Il gruppo deve inoltre essere adeguatamente allineato con il sistema di azionamento, i supporti dei cuscinetti e il carico per ottenere prestazioni e durata ottimali.

Lubrificazione di viti a ricircolo di sfere

Il gruppo vite a ricircolo di sfere non deve mai essere utilizzato senza un'adeguata lubrificazione. I lubrificanti mantengono il vantaggio di basso attrito dei gruppi viti a sfere riducendo al minimo la resistenza al rotolamento tra sfere e scanalature e l'attrito radente tra sfere adiacenti.

L'olio può essere applicato a una portata controllata direttamente nel punto in cui è necessario ed eliminerà i contaminanti mentre scorre attraverso la chiocciola a sfera. Può anche fornire raffreddamento. D’altro canto, per applicare correttamente l’olio sono necessari una pompa e un sistema di dosaggio, poiché anche l’olio può contaminare i fluidi di processo.

Il grasso è meno costoso e richiede applicazioni meno frequenti dell'olio e non contamina i fluidi di processo. D'altro canto, il grasso è difficile da trattenere all'interno della chiocciola e tende ad accumularsi alle estremità della corsa della chiocciola, dove accumula trucioli e particelle abrasive. L'incompatibilità del vecchio grasso con il grasso di rilubrificazione può creare problemi, quindi è importante verificare la compatibilità. Un grasso per il carico può contribuire a prolungare la durata di un gruppo, ma il coefficiente di carico complessivo non cambierà.