볼 리턴 시스템, 볼 스크류 선택 및 볼 스크류 윤활.

주어진 응용 분야에 적합한 볼 스크류를 지정하면 기계 정확성, 반복성 및 수명이 보장되는 동시에 총 소유 비용이 최소화됩니다.

볼 스크류 드라이브는 회전 운동을 선형 운동으로 또는 그 반대로 변환하며 일반적으로 90% 이상의 효율성으로 Ø6.000인치 볼 스크류 어셈블리를 사용하여 750,000lb 정적 용량 이상의 높은 추력 하중을 적용하거나 견딜 수 있습니다. 볼 스크류는 다양한 자동화 응용 분야에서 구성 요소와 제품을 안내, 지원, 위치 파악 및 정확하게 이동하는 데 도움이 됩니다.

볼 스크류 드라이브는 볼 스크류와 재순환 볼 베어링이 있는 볼 너트로 구성됩니다. 나사와 너트 사이의 인터페이스는 볼 나사와 볼 너트에서 일치하는 형태로 구르는 볼 베어링에 의해 만들어집니다. 볼 스크류의 하중은 다수의 볼 베어링에 분산되어 각 볼에 상대적으로 낮은 하중이 가해집니다. 볼 스크류 드라이브는 롤링 요소로 인해 마찰 계수가 매우 낮으며 이는 높은 기계적 효율성과 동일합니다.

볼 스크류와 리드 스크류의 주요 차이점은 볼 스크류에 재순환 볼 베어링을 사용하여 마찰을 최소화하고 효율성을 극대화한다는 것입니다. 볼 스크류는 리드 스크류보다 비싸지만 높은 하중을 견디고, 빠른 속도를 달성하고, 예측 가능한 수명을 제공하는 능력으로 인해 많은 응용 분야에서 추가 비용을 지불할 가치가 충분히 있습니다.

볼 스크류 드라이브는 일반적으로 90% 이상의 기계적 효율성을 제공하므로 전력 요구 사항 감소로 비용이 상쇄되는 경우가 많습니다. 볼 스크류의 증가된 부하 용량, 긴 수명 및 예측 가능한 신뢰성은 리드 스크류에 비해 장점입니다.

반복성과 정확성

정확도는 모션 시스템이 명령 위치에 얼마나 가깝게 접근하는지를 나타내는 척도이며 예상 위치와 실제 위치 사이의 최대 오차로 정의됩니다. 반복성은 위치 확인 시스템이 작동 중에 특정 위치로 돌아갈 수 있는 능력으로 정의됩니다. 볼 스크류 드라이브는 뛰어난 반복성(백래시는 볼 베어링 직경에 따라 다르지만 일반적으로 0.005~0.015인치 범위)과 정확도(정밀 볼 스크류의 경우 ±0.004인치/피트, 정밀 라벨이 붙은 볼 스크류의 경우 ±0.0005인치/피트)를 제공합니다. -을 더한).

리드 정확도는 볼 스크류 정확도의 가장 일반적인 척도입니다. 리드는 회전하지 않는 볼 너트가 나사를 한 번 360° 회전할 때 이동하는 거리를 나타냅니다. 리드 정확도는 피트당 또는 300mm당 허용되는 이동 변동(실제 위치 대 이론 위치)으로 측정됩니다. 볼 스크류는 정밀 플러스 등급과 운송 등급으로 제공되며 정밀도 플러스 등급은 전체 이동 길이에 걸쳐 리드 오류 누적을 엄격하게 제어합니다.

백래시는 너트와 나사 사이의 자유로운 움직임이며 축 방향 및 반경 방향으로 측정할 수 있습니다. 축방향 백래시를 측정하는 가장 좋은 방법은 나사가 움직이지 않도록 고정하고 다이얼 표시기로 움직임을 측정하면서 볼 너트를 축방향으로 밀고 당기는 것입니다. 백래시는 시스템의 볼 너트에 다이얼 표시기를 놓고 원래 위치로 1인치 앞뒤로 움직여 측정할 수도 있습니다. 0으로부터의 변화는 백래시입니다. 반복성은 단순히 볼 스크류 백래시의 정량적 값입니다.

예압되지 않은 볼 너트에는 부품 사이에 내부 간격이 있어 백래시가 존재합니다. 예압이 적용된 볼 너트에는 축방향 클리어런스가 없으므로 백래시가 제거되고 결과적으로 강성이 증가합니다. 예압은 또한 나사를 돌리는 데 필요한 토크를 증가시키며 동적 용량에 대한 예압의 백분율로 측정됩니다(동적 용량이 1500lb이고 예압 정격이 10%인 볼 너트의 내부 예압은 150lb입니다). 정밀 나사산 볼스크류는 일반적으로 예압 없이 사용됩니다. 볼스크류를 예압하면 백래시를 제거하여 반복성을 향상시키지만 정확도에는 영향을 미치지 않습니다.

예압된 볼 너트는 정밀 플러스 나사 및 일부 정밀 나사 제품에 사용할 수 있습니다. 복잡성, 추가 가공, 조립 및 검증/측정으로 인해 예압되지 않은 너트보다 비용이 더 높습니다. 볼 스크류 어셈블리는 이중 또는 단일 너트 구성으로 예압을 받을 수 있습니다. 예압에는 세 가지 주요 유형이 있습니다. 단일 너트 특대 볼(4점 접촉), 단일 너트 스킵 리드(2점 접촉) 및 이중 너트(2점 접촉)입니다. 단일 너트 예압은 최대 부하 용량을 유지하면서 가장 작은 패키지 크기를 유지합니다. 스킵 리드 볼 너트는 각 방향으로 볼 베어링의 절반만 하중을 받기 때문에 비슷한 크기의 단일 너트 용량의 절반입니다. 이중 너트 예압 어셈블리는 각 방향에 하나의 볼 너트만 로드되므로 단일 너트와 동일한 부하 용량을 갖습니다.

볼스크류를 제조하는 방법에는 여러 가지가 있지만 일반적으로 정밀성과 정밀성 플러스라는 두 가지 범주로 분류됩니다. 정밀 나사 볼스크류의 레이스는 냉간 압연 공정을 통해 형성됩니다. 너트는 나사 성능에 맞게 가공됩니다. 이 접근 방식은 운송용 인치 계열 나사에서 ±0.004인치/피트 정도의 중간 정도의 정확도를 제공합니다. 정밀 플러스 나사산 볼스크류의 나사와 너트는 정밀 연삭으로 생산됩니다. 정밀 플러스 스레드 볼 나사는 정밀 플러스 인치 시리즈 나사에서 ±0.0005인치/피트의 리드 정확도로 훨씬 더 높은 정확도를 제공합니다. 정밀 나사와 나사산 볼 나사의 비용은 처리 시간이 길어 정밀 나사보다 높습니다.

볼 리턴 시스템

세 가지 유형의 볼 리턴 시스템이 일반적으로 사용됩니다. 일반적으로 인치 나사에 사용되는 외부 리턴 튜브는 비용 효율적이고 설치, 유지 관리 및 수리가 쉽습니다. 내부 버튼 리턴 시스템은 일반적으로 로우 리드 나사에 사용됩니다. 이 제품은 컴팩트하며 외부 방사형 돌출부가 없어 장착이 복잡해지고 외부 리턴보다 소음과 진동이 적습니다. 내부 버튼 리턴 시스템은 4점 접촉, 단일 너트 및 예압 조립품에 자주 사용됩니다. 내부 엔드캡 리턴은 일반적으로 리드가 높은 나사에 사용됩니다. 장착이 복잡해지는 외부 반경 방향 돌출부가 없어 컴팩트합니다. 소음과 진동도 외부반송에 비해 적습니다.

볼스크류 선택

특정 용도에 필요한 지정된 부하 용량과 수명을 제공하는 볼 스크류 어셈블리는 반복 프로세스를 통해 가장 잘 선택됩니다. 설계 하중, 시스템 방향, 이동 길이, 필요한 수명 및 필요한 속도는 볼 스크류 어셈블리의 직경과 리드를 결정하는 데 사용됩니다. 그런 다음 정확도 및 반복성 요구 사항, 치수 제약 조건, 장착 구성, 사용 가능한 전력 요구 사항 및 환경 조건을 기준으로 개별 볼 스크류 구성 요소를 선택합니다.

애플리케이션에 필요한 위치 정확도와 반복성을 결정하는 것부터 시작하십시오. 인치 볼 스크류는 운송 및 정밀 플러스라는 두 가지 주요 등급으로 생산됩니다. 운송 등급 볼 스크류는 거친 움직임만 필요한 응용 분야나 위치 위치에 대해 선형 피드백을 사용하는 응용 분야에 사용됩니다. 정밀 플러스 등급 볼 스크류는 정확하고 반복 가능한 위치 지정이 중요한 곳에 사용됩니다. 운송 등급 나사는 나사의 유효 길이에 걸쳐 더 큰 누적 변화를 허용합니다. 정밀 플러스 등급 나사에는 나사의 전체 유효 길이에 걸쳐 정밀한 위치 지정을 위한 리드 오류가 축적되어 있습니다.

볼 스크류 어셈블리를 기계에 장착하는 방법을 결정합니다. 끝단 지지대의 구성과 이동 거리에 따라 볼 스크류의 하중 및 속도 제한이 결정됩니다.

인장력이 있는 볼 스크류는 너트의 정격 용량까지 하중을 처리할 수 있습니다. 압축된 볼 너트의 경우 제조업체에서 제공하는 압축 하중 차트를 사용하여 설계 하중을 충족하거나 초과하는 볼 나사 직경을 선택하십시오. 예를 들어, 표시된 지점을 통과하거나 그 위 및 오른쪽에 있는 곡선이 있는 모든 나사는 다음 예제 응용 프로그램에 적합합니다. 이 그래프에 표시된 적합한 압축 하중은 개별 볼 너트 어셈블리의 정격 표에 제공된 최대 정적 하중 용량을 초과하지 않습니다. 따라서 길이 85인치(2159mm), 시스템 하중 30,000lb(133,500N) 및 한쪽 끝은 고정되고 다른 쪽 끝은 지지되는 끝 고정 장치에서 최소 선택은 1.750 x 0.200 정밀도 + 인치입니다. 볼스크류 조립.

다음 공식을 사용하여 속도 요구 사항을 생성하는 볼 스크류의 리드를 계산합니다.

리드(인치) = 이동 속도(인치. 최소-1)/rpm

애플리케이션 기대 수명 결정

각 볼 너트에 지정된 동정격 하중을 사용하여 조립 수명을 계산할 수 있습니다. 표시된 지점을 통과하거나 그 위에 있는 곡선이 있는 모든 볼 너트가 이 예에 적합합니다. 이 그래프에 표시된 적합한 예상 수명은 개별 볼 너트 어셈블리의 정격 표에 제공된 최대 정적 하중 용량을 초과하지 않습니다. 이 예에서 원하는 적용 예상 수명(총 이동 거리)은 200만 인치(5,080만 mm)입니다. 그러면 최대 정상 작동 하중은 10,000lb(44,500N)입니다.

나사 임계 속도 결정

임계 스크류 속도는 어셈블리의 회전 속도가 조화 진동을 설정하는 조건입니다. 임계 속도는 나사의 루트 직경, 지지되지 않는 길이 및 끝 지지 구성에 따라 달라집니다. 대부분의 제조업체 차트에서 표시된 지점을 통과하거나 그 위, 오른쪽에 있는 곡선이 있는 모든 나사는 다음 예에 적합합니다. 4개의 끝 고정 도면은 회전 샤프트를 지지하기 위한 베어링 구성을 보여주고, 차트는 지지되지 않는 나사 길이에 대한 임계 샤프트 속도에 대한 이러한 조건의 영향을 보여줍니다. 이 그래프에 표시된 허용 가능한 속도는 선택한 나사 샤프트에 적용되며 관련된 모든 볼 너트 어셈블리에서 얻을 수 있는 속도를 나타내지는 않습니다.

하중, 수명 및 속도 계산을 통해 선택한 볼 스크류 어셈블리가 설계 요구 사항을 충족하거나 초과하는 것으로 확인되면 다음 단계로 진행합니다. 그렇지 않은 경우 더 큰 직경의 나사를 사용하면 부하 용량이 증가하고 속도 등급이 높아집니다. 리드가 작을수록 선형 속도가 감소하고(입력 모터 속도가 일정하다고 가정) 모터 속도가 증가하며(선형 속도가 일정하다고 가정) 필요한 입력 토크가 감소합니다. 리드가 높을수록 선형 속도가 증가하고(입력 모터 속도가 일정하다고 가정) 입력 모터 속도가 감소하며(선형 속도가 일정하다고 가정) 필요한 입력 토크가 증가합니다.

볼 너트가 응용 분야에 어떻게 인터페이스될지 결정합니다. 볼 너트 플랜지는 볼 너트를 부하에 부착하는 일반적인 방법입니다. 나사형 볼 너트와 원통형 볼 너트는 인터페이스를 제공하는 대체 방법입니다.

예압된 볼 너트는 시스템 백래시를 제거하고 강성을 증가시킵니다. 와이퍼 키트는 어셈블리를 오염 물질로부터 보호하고 윤활유를 포함합니다. 대부분의 볼 스크류에는 베어링 지지대와 끝단 가공도 가능합니다.

볼 스크류는 올바르게 설치하기 전에 조심스럽게 다루어야 합니다. 볼 베어링에 충격이 가해지면 브리넬링이나 균열로 인해 베어링 레이스가 손상될 수 있습니다. 나사의 하중이 높거나 휘어지면 휘어질 수 있습니다. 잔해나 오염으로 인해 재순환 트랙이 막힐 수 있고 높은 습도나 비로 인해 부식이 발생할 수 있으므로 어셈블리를 포장하고 윤활 처리한 후 깨끗하고 건조한 곳에 보관하는 것이 중요합니다.

시스템 장착은 또 다른 중요한 고려 사항입니다. 볼 너트는 축 방향으로만 하중을 가해야 합니다. 반경 방향 하중이 가해지면 조립 성능이 크게 저하되기 때문입니다. 또한 최적의 성능과 수명을 얻으려면 어셈블리가 구동 시스템, 베어링 지지대 및 하중과 적절하게 정렬되어야 합니다.

볼스크류 윤활

볼 스크류 어셈블리는 적절한 윤활 없이 작동되어서는 안 됩니다. 윤활제는 볼과 홈 사이의 구름 저항과 인접한 볼 사이의 미끄럼 마찰을 최소화하여 볼 스크류 조립품의 낮은 마찰 이점을 유지합니다.

오일은 제어된 유량으로 필요한 지점에 직접 도포할 수 있으며, 볼 너트를 통과하면서 오염 물질을 제거합니다. 냉각 기능도 제공할 수 있습니다. 반면, 오일은 공정 유체를 오염시킬 가능성이 있으므로 오일을 적절하게 도포하려면 펌프와 계량 시스템이 필요합니다.

그리스는 오일보다 가격이 저렴하고 도포 빈도가 낮으며 공정 유체를 오염시키지 않습니다. 반면에 그리스는 볼 너트 내부에 유지하기 어렵고 볼 너트 이동 끝 부분에 쌓이는 경향이 있어 칩과 연마 입자가 쌓입니다. 오래된 그리스와 재윤활 그리스의 비호환성은 문제를 일으킬 수 있으므로 호환성을 확인하는 것이 중요합니다. 하중을 전달하는 그리스는 조립품의 수명을 연장하는 데 도움이 되지만 전체 정격 하중은 변하지 않습니다.