מערכות החזרת כדור, בחירת בורג כדור ושימון בורג כדור.

ציון הבורג הכדורי הנכון עבור יישום נתון יבטיח דיוק של המכונה, חזרתיות וחיים תוך מזעור עלות הבעלות הכוללת.

כונן בורג כדורי מתרגם תנועה סיבובית לתנועה ליניארית או להיפך ויכול להפעיל או לעמוד בעומסי דחף גבוהים - מעלה של 750,000 ק"ג קיבולת סטטית באמצעות מכלול בורג כדורי Ø6.000 אינץ' - עם יעילות בדרך כלל גבוהה מ-90%. ברגים כדוריים עוזרים להנחות, לתמוך, לאתר ולהזיז במדויק רכיבים ומוצרים במגוון יישומי אוטומציה.

כונן בורג כדורי מורכב מבורג כדורי ואום כדורי עם מיסבים כדוריים חוזרים. הממשק בין הבורג לאום נעשה על ידי מיסבים כדוריים המתגלגלים בצורות התואמות בבורג הכדורי ובאום הכדורי. העומס על בורג הכדור מתחלק על פני מספר רב של מיסבים כדוריים כך שכל כדור נתון לעומס נמוך יחסית. בגלל האלמנטים המתגלגלים שלו, לכונן הבורג הכדורי יש מקדם חיכוך נמוך מאוד, המשתווה ליעילות מכנית גבוהה.

ההבדל העיקרי בין ברגים כדוריים וברגי עופרת הוא השימוש במיסבים כדוריים חוזרים בבורג הכדורי כדי למזער את החיכוך ולמקסם את היעילות. ברגים כדוריים יקרים יותר מברגי עופרת, אך היכולת שלהם לשאת עומסים גבוהים, להשיג מהירויות מהירות ולספק חיים צפויים הופכים אותם לשווים את העלות הנוספת שלהם עבור יישומים רבים.

כוננים עם בורג כדורי בדרך כלל מספקים יעילות מכנית של יותר מ-90%, ולכן העלות שלהם מקוזזת לרוב על ידי דרישות הספק מופחתות. כושר העומס המוגבר, אורך החיים הארוך יותר והאמינות הצפויה של ברגים כדוריים הם יתרונות על פני ברגים עופרת.

יכולת חזרה ודיוק

דיוק הוא מדד למידת התקרבה של מערכת תנועה לעמדת פקודה, והוא מוגדר כשגיאה המקסימלית בין המיקום הצפוי למיקום בפועל. יכולת החזרה מוגדרת כיכולת של מערכת מיקום לחזור למקום במהלך הפעולה. כוננים עם ברגים כדוריים מספקים יכולת חזרה מצוינת (הגבהה תלויה בקוטר המיסב הכדורי, אך נעה בדרך כלל בין 0.005 ל-0.015 אינץ') ודיוק (±0.004 אינץ'/רגל עבור ברגים כדוריים מדויקים ו-±0.0005 אינץ'/רגל עבור ברגים כדוריים המסומנים דיוק -פְּלוּס).

דיוק עופרת הוא המדד הנפוץ ביותר לדיוק בורג כדורי. עופרת מתייחסת לכמה רחוק יעבור אום כדורי שאינו מסתובב עם סיבוב בודד של 360° של הבורג. דיוק העופרת נמדד כשינוי המהלך המותר (מיקום בפועל לעומת מיקום תיאורטי) לכל רגל או לכל 300 מ"מ. ברגים כדוריים מוצעים בדרגות דיוק פלוס והובלה, כאשר דרגת הדיוק פלוס שולטת בחוזקה על הצטברות שגיאות עופרת לאורך כל הנסיעה.

חזרה היא התנועה החופשית בין האום לבורג, וניתן למדוד אותו צירית ורדיאלית. הדרך הטובה ביותר למדוד את ההשפעה הצירית היא לאבטח את הבורג מתנועה ולדחוף ולמשוך צירית את האום הכדורי תוך כדי מדידת תנועתו עם מחוון חיוג. ניתן גם למדוד את החזרה על ידי הנחת מחוון חיוג על אום הכדור במערכת והנעתו של אינץ' אחד קדימה ואחורה למצב המקורי. השונות מאפס היא תגובת הנגד. יכולת החזרה היא פשוט הערך הכמותי של תגובת הגב של בורג כדורי.

לאום כדורי שאינו נטען מראש יש מרווחים פנימיים בין הרכיבים, כלומר קיים נגיף. לאום כדורי טעון מראש אין מרווח צירי ולכן מבטל את ההשפעה האחורית ובהמשך מגביר את הנוקשות. עומס קדם גם מגדיל את המומנט הנדרש לסובב את הבורג ונמדד באחוז העומס הקדום לקיבולת דינמית (אום כדורי בעל קיבולת דינמית של 1500 ל"ג ודירוג עומס קדם של 10% בעל עומס קדם פנימי של 150 ל"ג). בדרך כלל נעשה שימוש בברגי כדורי הברגה מדויקים ללא עומס מראש. טעינה מוקדמת של בורג כדורי משפרת את יכולת החזרה על ידי הסרת נגיף, אך אינה משפיעה על הדיוק.

אגוזים כדוריים טעונים מראש זמינים עם ברגים מדויקים פלוס ומוצרי ברגים מדויקים. העלות שלהם גבוהה יותר מאגוזים שאינם טעונים מראש בשל מורכבות, עיבוד נוסף, הרכבה ואימות/מדידה. ניתן להטעין מראש מכלולי בורג כדורי עם תצורות אום כפול או יחיד. ישנם שלושה סוגים עיקריים של טעינה מוקדמת - כדור גדול מגודל אגוז יחיד (מגע 4 נקודות), עופרת דילוג אגוז בודדת (מגע 2 נקודות) ואגוז כפול (מגע 2 נקודות). טעינת אגוז בודד שומר על גודל האריזה הקטן ביותר תוך שמירה על קיבולת עומס מלאה. דלג לאגוזים כדוריים עופרת הם בעלי קיבולת של מחצית מהקיבולת של אגוזים בודדים בגודל דומה, שכן רק מחצית מהמיסבים הכדוריים נטענים בכל כיוון. למכלולי טעינה מוקדמת של אום כפול יש את אותה כושר עומס כמו אום בודד שכן רק אגוז כדור אחד נטען בכל כיוון.

ישנן שיטות רבות לייצור ברגים כדוריים למרות שבדרך כלל הם מסווגים לשתי קטגוריות - דיוק ודיוק פלוס. המירוץ של בורג כדור חוט דיוק נוצר על ידי תהליך גלגול קר. האום מעובד כך שיתאים ליכולת ביצועי הבורג. גישה זו מספקת דיוק בינוני, בסדר גודל של ±0.004 אינץ'/ רגל דיוק עופרת על ברגים מסדרת אינץ' תחבורה. הבורג והאום של ברגי כדורי הברגה מדויקים פלוס מיוצרים על ידי שחיקה מדויקת. ברגי כדור חוט דיוק פלוס מציעים דיוק גבוה בהרבה של דיוק עופרת של ±0.0005 אינץ'/ רגל על ​​ברגים מסדרת Precision Plus אינץ'. העלות של ברגי כדור דיוק פלוס הברגה גבוהה יותר מאשר ברגים מדויקים בשל זמן עיבוד גבוה יותר.

מערכות החזרת כדור

שלושה סוגים שונים של מערכות החזרת כדור משמשים בדרך כלל. צינורות החזרה חיצוניים, המשמשים בדרך כלל בברגים אינץ', הם חסכוניים וקלים להתקנה, תחזוקה ותיקון. מערכות החזרת לחצנים פנימיות משמשות בדרך כלל בברגים נמוכים. הם קומפקטיים, ללא בליטות רדיאליות חיצוניות המסבכות את ההרכבה ומציעות פחות רעש ורעידות מאשר החזרות חיצוניות. מערכות החזרת לחצנים פנימיות משמשות לעתים קרובות במכלולי מגע 4 נקודות, אום בודד ומכלולי טעינה מראש. החזרות מכסה קצה פנימיים משמשים בדרך כלל על ברגים גבוהים. הם קומפקטיים ללא בליטות רדיאליות חיצוניות כדי לסבך את ההרכבה. גם הרעש והרעידות שלהם נמוכים בהשוואה להחזרים חיצוניים.

בחירת בורג כדור

מכלול הבורג הכדורי המספק את קיבולת העומס והחיים הנדרשים ליישום ספציפי נבחר בצורה הטובה ביותר באמצעות תהליך איטרטיבי. עומס התכנון, כיוון המערכת, אורך הנסיעה, החיים הנדרשים והמהירות הנדרשת, משמשים לקביעת הקוטר והעופרת של מכלול הבורג הכדורי. לאחר מכן נבחרים רכיבי בורג כדורי בודדים על סמך דרישת הדיוק והחזרה, אילוצי ממדים, תצורת הרכבה, דרישות הספק זמינות ותנאי הסביבה.

התחל בקביעת דיוק המיקום והחזרה הנדרשים מהיישום. ברגי כדור אינץ' מיוצרים בשתי דרגות עיקריות - הובלה ודיוק פלוס. ברגי כדור בדרגת תחבורה משמשים ביישומים הדורשים תנועה גסה בלבד או כאלה המשתמשים במשוב ליניארי למיקום מיקום. ברגי כדור דיוק פלוס משמשים כאשר מיקום מדויק וניתן לחזור עליו הוא קריטי. ברגים בדרגת הובלה מאפשרים שונות מצטברת גדולה יותר לאורך השימושי של הבורג. ברגים מדויקים פלוס מכילים הצטברות של שגיאות עופרת למיקום מדויק על פני כל האורך השימושי של הבורג.

קבע כיצד מכלול בורג הכדור יורכב לתוך המכונה. תצורת תומכי הקצה ומרחק הנסיעה יכתיבו את מגבלות העומס והמהירות של בורג הכדור.

בורג כדורי במתח יכול להתמודד עם עומסים עד לקיבולת המדורגת של האום. עבור אום כדורי בדחיסה, השתמש בטבלת טעינת דחיסה הזמינה מהיצרן כדי לבחור קוטר בורג כדורי העומד בעומס התכנון או חורג ממנו. כל הברגים בעלי הקימורים העוברים דרך או מעל ומימין לנקודה המשורטטת, למשל, מתאימים ליישום לדוגמה הבא. עומסי הדחיסה המתאימים המוצגים בגרף זה לא יעלו על קיבולת העומס הסטטי המקסימלי כפי שמצוין בטבלת הדירוג עבור מכלול אגוז הכדור הבודד. לפיכך, באורך של 85 אינץ' (2159 מ"מ), עומס מערכת של 30,000 פאונד (133,500 N) ועם קיבוע קצה של קצה אחד קבוע והקצה השני נתמך - הבחירה המינימלית היא 1.750 x 0.200 דיוק פלוס אינץ' מכלול בורג כדור.

חשב את ההובלה של הבורג הכדורי שיפיק את דרישת המהירות באמצעות הנוסחה הבאה.

עופרת (in.) = TravelRate (in. min.-1)/rpm

קביעת תוחלת החיים של היישום

ניתן לחשב את חיי ההרכבה באמצעות דירוג העומס הדינמי שצוין עבור כל אום כדורי. כל האגוזים הכדוריים עם קימורים שעוברים או נמצאים מעל הנקודה המשורטטת מתאימים לדוגמא. תוחלת החיים המתאימה המוצגת בגרף זה אינה עולה על קיבולת העומס הסטטי המקסימלית כפי שמצוינת בטבלת הדירוג עבור מכלול אגוז הכדור הבודד. בדוגמה זו, תוחלת החיים של היישום (סה"כ נסיעה) הרצויה היא 2 מיליון אינץ' (50.8 מיליון מ"מ). אז עומס ההפעלה הרגיל המרבי הוא 10,000 פאונד (44,500 N).

קביעת מהירות קריטית של בורג

מהירות בורג קריטית היא המצב שבו מהירות הסיבוב של המכלול מגדירה רעידות הרמוניות. המהירות הקריטית תלויה בקוטר השורש של הבורג, באורך הלא נתמך ובתצורת תמיכת הקצה. ברוב תרשימי היצרן, כל הברגים בעלי הקימורים העוברים דרך או מעל ומימין לנקודה המשורטטת מתאימים לדוגמא הבאה. ארבעת שרטוטי קיבוע הקצה מציגים את תצורות המיסבים לתמיכה בציר מסתובב, והתרשים מציג את ההשפעה של תנאים אלה על מהירות פיר קריטית עבור אורך הבורג הלא נתמך. המהירויות המקובלות המוצגות על ידי גרף זה חלות על ציר הבורג שנבחר, ואינן מעידות על המהירויות הניתנות להשגה של כל מכלולי האומים הכדוריים הקשורים.

אם חישובי העומס, החיים והמהירות מאשרים שמכלול בורג הכדור שנבחר עומד בדרישות התכנון או עולה עליהן, המשך לשלב הבא. אם לא, ברגים בקוטר גדול יותר יגדילו את כושר העומס ויגדילו את דירוג המהירות. מובילים קטנים יותר יקטין את המהירות הליניארית (בהנחה של מהירות מנוע קלט קבועה), יגדילו את מהירות המנוע (בהנחה של מהירות ליניארית קבועה), ויפחיתו את מומנט הכניסה הנדרש. מובילים גבוהים יותר יגדילו את המהירות הליניארית (בהנחה של מהירות מנוע קלט קבועה), יפחיתו את מהירות מנוע הקלט (בהנחה של מהירות ליניארית קבועה), ויגדילו את מומנט הכניסה הנדרש.

קבע כיצד אגוז הכדור יתממשק ליישום. אוגן אגוז כדור הוא השיטה האופיינית לחיבור האום הכדורי למטען. אגוזים כדוריים עם הברגה ואגוזים כדוריים גליליים הם דרכים חלופיות לספק את הממשק.

אגוזים כדוריים טעונים מראש יחסלו את פעולת המערכת ויגבירו את הנוקשות. ערכות מגבים מגנות על המכלול מפני מזהמים ומכילות סיכה. תומכי מיסבים ועיבוד קצה זמינים גם עבור רוב הברגים הכדוריים.

יש לטפל בזהירות בברגי כדורים לפני התקנה נכונה. זעזועים במיסבים הכדוריים עלולים לגרום נזק למרוצי המיסבים באמצעות חיתוך או פיצוח. עומסים גבוהים או כיפוף של הבורג עלולים להוביל לכיפוף. חשוב לשמור על המכלול ארוז ומשומן ומאוחסן באזור נקי ויבש, מכיוון שפסולת וזיהום עלולים לתפוס את מסלולי המחזור, ולחות גבוהה או גשם עלולים לגרום לקורוזיה.

הרכבת המערכת היא שיקול חשוב נוסף. יש לטעון את האום הכדורי באופן צירי בלבד, שכן כל העמסה רדיאלית מפחיתה משמעותית את ביצועי המכלול. המכלול צריך גם להיות מיושר כהלכה עם מערכת ההנעה, תומכי המיסבים והעומס כדי להשיג ביצועים וחיים מיטביים.

שימון בורג כדורי

אין להפעיל את מכלול הברגים הכדוריים ללא שימון מתאים. חומרי סיכה שומרים על יתרון החיכוך הנמוך של מכלולי בורג כדורי על ידי מזעור התנגדות הגלגול בין כדורים וחריצים וחיכוך החלקה בין כדורים סמוכים.

ניתן למרוח שמן בקצב זרימה מבוקר ישירות לנקודת הצורך, והוא ינקה מזהמים כשהוא עובר דרך האום הכדורי. זה יכול גם לספק קירור. מצד שני, יש צורך במשאבה ומערכת מדידה כדי ליישם שמן כהלכה, שכן לשמן יש גם פוטנציאל לזיהום נוזלי תהליך.

שומן הוא זול יותר ודורש מריחה פחות תכופה מאשר שמן, והוא אינו מזהם נוזלי תהליך. מצד שני, שומן קשה לשמור בתוך אגוז הכדור ויש לו נטייה להצטבר בקצוות תנועת אגוז הכדור, שם הוא צובר שבבים וחלקיקים שוחקים. אי התאמה של גריז ישן עם גריז לשימון מחדש עלול ליצור בעיה, לכן חשוב לבדוק תאימות. שומן נושא עומס יכול לעזור להאריך את חיי המכלול, אך דירוג העומס הכולל לא ישתנה.