볼 리턴 시스템, 볼 스크류 선택 및 볼 스크류 윤활.

주어진 응용 프로그램에 올바른 볼 스크류를 지정하면 총 소유 비용을 최소화하면서 기계 정확도, 반복성 및 수명이 보장됩니다.

볼 스크류 드라이브는 회전 동작을 선형 운동으로 번역하거나 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. Ø6.000 인치를 사용하여 750,000 lb 정적 용량의 높은 추력 하중을 적용하거나 견딜 수 있습니다. 볼 스크류 어셈블리는 일반적으로 90%를 초과합니다. 볼 스크류는 다양한 자동화 애플리케이션에서 구성 요소와 제품을 안내, 지원, 찾기 및 정확하게 이동하는 데 도움이됩니다.

볼 스크류 드라이브는 볼 스크류와 재순환 볼 베어링이있는 볼 너트로 구성됩니다. 나사와 너트 사이의 인터페이스는 볼 베어링으로 ​​만들어집니다. 볼 베어링은 볼 스크류와 볼 너트에서 일치하는 형태로 굴러갑니다. 볼 스크류의 하중은 많은 수의 볼 베어링에 분포되어 각 볼이 상대적으로 낮은 부하를받습니다. 롤링 요소로 인해 볼 스크류 드라이브는 매우 낮은 마찰 계수를 가지며, 이는 높은 기계적 효율과 같습니다.

볼 스크류와 리드 나사의 주요 차이점은 볼 스크류에서 재순환 볼 베어링을 사용하여 마찰을 최소화하고 효율을 극대화하는 것입니다. 볼 스크류는 리드 나사보다 비싸지 만 높은 하중을 운반하고 빠른 속도를 달성하며 예측 가능한 수명을 제공하는 능력은 많은 응용 분야에 추가 비용이 가치가 있습니다.

볼 스크류 드라이브는 일반적으로 90%이상의 기계적 효율을 제공하므로 전력 요구 사항이 줄어들면서 비용이 상쇄됩니다. 부하 용량 증가, 더 긴 수명 및 볼 스크류의 예측 가능한 신뢰성은 리드 나사보다 장점입니다.

반복성과 정확성

정확도는 모션 시스템이 명령 위치에 얼마나 밀접하게 접근하는지를 측정하는 것이며, 예상 위치와 실제 위치 사이의 최대 오차로 정의됩니다. 반복성은 포지셔닝 시스템이 작동 중에 위치로 돌아갈 수있는 능력으로 정의됩니다. 볼 스크류 드라이브는 탁월한 반복성을 제공합니다 (백래시는 볼 베어링 지름에 의존하지만 일반적으로 0.005 ~ 0.015 인치) 및 정확도 (정밀 볼 나사의 경우 ± 0.004 in./ft 및 볼 스크류의 경우 ± 0.0005 in./ft의 정확도 (± 0.0005 인치) -을 더한).

리드 정확도는 볼 스크류 정확도의 가장 일반적인 척도입니다. 리드는 비 회전 볼 너트가 단일 360 °의 나사 회전으로 얼마나 멀리 이동할 것인지를 나타냅니다. 납 정확도는 발 당 또는 300mm 당 허용 여행 변동 (실제 위치 대 이론적 위치)으로 측정됩니다. 볼 스크류는 정밀 플러스 및 운송 등급으로 제공되며 정밀도 플러스 등급은 전체 길이의 리드 오류 축적을 엄격하게 제어합니다.

백래시는 너트와 나사 사이의 자유로운 움직임이며 축 방향 및 방사형으로 측정 할 수 있습니다. 축 방향 백래시를 측정하는 가장 좋은 방법은 나사를 움직임으로부터 고정하고 다이얼 표시기로 움직임을 측정하면서 볼 너트를 축 방향으로 밀고 당기는 것입니다. 반발은 시스템의 볼 너트에 다이얼 표시기를 넣고 원래 위치로 1 인치 앞뒤로 운전하여 측정 할 수 있습니다. 0의 변화는 반발입니다. 반복성은 단순히 볼 나사의 백래시의 정량적 값입니다.

프리로드되지 않은 볼 너트는 구성 요소간에 내부 클리어런스를 가지므로 반발이 존재 함을 의미합니다. 사전로드 된 볼 너트는 축 방향 통관이 없으므로 백래시를 제거하고 그 후 강성을 증가시킵니다. 예압은 또한 나사를 돌리는 데 필요한 토크를 증가시키고 예압에서 동적 용량의 백분율로 측정됩니다 (동적 용량은 1500 lb이고 예압 등급의 10%는 150 lb 내부 preload를 갖습니다). 정밀 스레드 볼 나사는 일반적으로 사전로드없이 사용됩니다. Ball Screw를 사전로드하면 백래시를 제거하여 반복성이 향상되지만 정확도에는 영향을 미치지 않습니다.

사전로드 된 볼 너트는 Precision Plus 나사 및 정밀 나사 제품을 선택할 수 있습니다. 복잡성, 추가 가공, 어셈블리 및 검증/측정으로 인해 비용이 삭제되지 않은 너트보다 비용이 많이 듭니다. 볼 스크류 어셈블리는 이중 또는 단일 너트 구성으로 사전로드 될 수 있습니다. 예압에는 3 가지 주요 유형 - 단일 너트 대형 볼 (4 점 접촉), 단일 너트 스킵 리드 (2 점 접점) 및 이중 너트 (2 포인트 접점)가 있습니다. 단일 너트 프리로드는 최대 부하 용량을 유지하면서 가장 작은 패키지 크기를 유지합니다. 스킵 리드 볼 너트는 볼 베어링의 절반만이 각 방향으로로드되므로 비슷한 크기의 단일 너트의 절반을 가지고 있습니다. 이중 너트 예압 어셈블리는 각 방향으로 하나의 볼 너트 만로드되므로 단일 너트와 동일한로드 용량을 갖습니다.

볼 스크류를 제조하는 방법에는 일반적으로 공개 및 정밀 플러스의 두 가지 범주로 분류됩니다. 정밀 스레드 볼 스크류의 경주는 콜드 롤링 공정에 의해 형성됩니다. 너트는 스크류 성능 기능과 일치하도록 가공되었습니다. 이 접근법은 전송 인치 시리즈 나사에서 ± 0.004 인치 /ft 리드 정확도의 순서대로 적당한 정확도를 제공합니다. 정밀도 플러스 스레드 볼 나사의 나사와 너트는 정밀 연삭에 의해 생성됩니다. 정밀도 플러스 스레드 볼 스크류는 정밀-플러스 인치 시리즈 나사에서 ± 0.0005 인치의 리드 정확도의 정확도가 훨씬 높습니다. 정밀도 플러스 스레드 볼 스크류 비용은 가공 시간이 높아 정밀 나사보다 높습니다.

볼 리턴 시스템

3 가지 유형의 볼 리턴 시스템이 일반적으로 사용됩니다. 일반적으로 인치 나사에 사용되는 외부 리턴 튜브는 비용 효율적이며 설치, 유지 관리 및 수리가 쉽습니다. 내부 버튼 반환 시스템은 일반적으로 낮은 리드 나사에 사용됩니다. 그것들은 외부 방사형 돌출부가없고 외부 반환보다 소음과 진동을 줄이기 위해 외부 방사형 돌출부가없는 작곡입니다. 내부 버튼 반환 시스템은 종종 4 점 접촉, 단일 너트 및 예압 어셈블리에서 사용됩니다. 내부 엔드 캡 리턴은 일반적으로 높은 리드 나사에 사용됩니다. 그것들은 장착을 복잡하게하기 위해 외부 방사형 돌출부가 없어도 압축됩니다. 그들의 소음과 진동은 외부 반환에 비해 낮습니다.

볼 스크류 선택

특정 애플리케이션에 필요한 지정된 하중 용량 및 수명을 제공하는 볼 스크류 어셈블리는 반복 프로세스를 통해 가장 잘 선택됩니다. 설계 하중, 시스템 방향, 여행 길이, 필요한 수명 및 필요한 속도는 볼 스크류 어셈블리의 직경과 납을 결정하는 데 사용됩니다. 그런 다음 개별 볼 스크류 구성 요소는 정확도 및 반복성 요구 사항, 치수 제약 조건, 장착 구성, 사용 가능한 전력 요구 사항 및 환경 조건에 따라 선택됩니다.

응용 프로그램에 필요한 위치 정확도와 반복성을 결정하여 시작하십시오. 인치 볼 스크류는 운송 및 정밀 플러스의 두 가지 주요 등급으로 생산됩니다. 운송 등급 볼 스크류는 거친 이동 만 필요한 애플리케이션 또는 위치 위치에 선형 피드백을 사용하는 응용 분야에서 사용됩니다. 정확하고 반복 가능한 포지셔닝이 중요한 경우 정밀 플러스 등급 볼 스크류가 사용됩니다. 전송 등급 나사는 나사의 유용한 길이에 대해 더 큰 누적 변화를 허용합니다. 정밀 플러스 등급 나사에는 나사의 전체 유용한 길이에 대한 정확한 위치를 위해 리드 오류의 축적이 포함되어 있습니다.

볼 스크류 어셈블리가 기계에 장착되는 방법을 결정하십시오. 엔드의 구성은지지되고 이동 거리는 볼 스크류의 하중 및 속도 제한을 지시합니다.

장력의 볼 나사는 너트의 정격 용량까지 하중을 처리 할 수 ​​있습니다. 압축의 볼 너트의 경우 제조업체에서 사용할 수있는 압축 로딩 차트를 사용하여 설계 하중을 충족하거나 초과하는 볼 나사 직경을 선택하십시오. 예를 들어, 플롯 된 지점의 오른쪽과 오른쪽으로 전달되는 곡선이있는 모든 나사는 다음 예제 응용 프로그램에 적합합니다. 이 그래프에 표시된 적절한 압축 하중은 개별 볼 너트 어셈블리의 등급 테이블에 주어진 최대 정적 부하 용량을 초과하지 않아야합니다. 따라서 길이는 85 인치 (2159mm)의 길이로 30,000 파운드 (133,500 N)의 시스템 부하와 한쪽 끝의 끝 고정과 다른 쪽 끝이 지원되는 최소 선택은 1.750 x 0.200 정밀도 플러스 인치입니다. 볼 스크류 어셈블리.

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

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

응용 프로그램 수명 결정

어셈블리 수명은 각 볼 너트에 지정된 동적 하중 등급을 사용하여 계산할 수 있습니다. 전달 된 곡선이있는 모든 볼 너트는 플롯 된 지점 위에있는 모든 볼트가 예제에 적합합니다. 이 그래프에 표시된 적절한 수명 기대치는 개별 볼 너트 어셈블리의 등급 테이블에 주어진 최대 정적 부하 용량을 초과하지 않아야합니다. 이 예에서, 응용의 기대 수명 (총 여행)은 2 백만 인치 (5 천 8 백만 mm)입니다. 최대 정상 작동 하중은 10,000 파운드 (44,500 N)입니다.

나사 임계 속도 결정

임계 나사 속도는 어셈블리의 로터리 속도가 고조파 진동을 설정하는 조건입니다. 임계 속도는 나사의 루트 직경, 지원되지 않는 길이 및 엔드 지원 구성에 따라 다릅니다. 대부분의 제조업체 차트에서, 플롯 된 지점의 오른쪽과 오른쪽으로 통과하는 곡선이있는 모든 나사는 다음 예제에 적합합니다. 4 개의 끝 고정 도도는 회전 샤프트를지지하기위한 베어링 구성을 보여 주며, 차트는 지원되지 않는 나사 길이에 대한 임계 샤프트 속도에 대한 이러한 조건의 영향을 보여줍니다. 이 그래프로 표시되는 허용되는 속도는 선택된 나사 샤프트에 적용되며 모든 관련 볼 너트 어셈블리가 달성 할 수있는 속도를 나타내지 않습니다.

하중, 수명 및 속도 계산이 선택한 볼 스크류 어셈블리가 설계 요구 사항을 충족하거나 초과하는지 확인한 후 다음 단계로 진행하십시오. 그렇지 않은 경우 직경이 큰 나사는 하중 용량을 증가시키고 속도 등급을 증가시킵니다. 더 작은 리드는 선형 속도 (일정한 입력 운동 속도를 가정)를 감소시키고 모터 속도를 증가 시키며 (일정한 선형 속도를 가정하고) 필요한 입력 토크를 줄입니다. 리드가 높을수록 선형 속도 (일정한 입력 모터 속도를 가정)를 증가시키고 입력 모터 속도를 감소시키고 (일정한 선형 속도를 가정하고) 필요한 입력 토크를 증가시킵니다.

볼 너트가 응용 프로그램에 어떻게 인터페이스하는지 결정하십시오. 볼 너트 플랜지는 볼 너트를 부하에 부착하는 일반적인 방법입니다. 나사산 볼 너트와 원통형 볼 너트는 인터페이스를 제공하는 대안적인 방법입니다.

사전로드 된 볼 너트는 시스템 백래시를 제거하고 강성을 증가시킵니다. 와이퍼 키트는 오염 물질로부터 어셈블리를 보호하고 윤활을 함유합니다. 대부분의 볼 스크류에서도 베어링 지지대 및 엔드 가공도 사용할 수 있습니다.

올바른 설치 전에 볼 스크류를주의 깊게 처리해야합니다. 볼 베어링에 대한 충격은 흑백 또는 크래킹을 통해 베어링 경주를 손상시킬 수 있습니다. 나사의 높은 하중 또는 굴곡은 굽힘으로 이어질 수 있습니다. 파편과 오염은 재순환 트랙을 막을 수 있고 높은 습도 또는 비가 부식을 일으킬 수 있기 때문에 조립품을 깨끗하고 건조한 지역에 보관하는 것이 중요합니다.

시스템 장착은 또 다른 중요한 고려 사항입니다. 방사형 하중이 어셈블리의 성능을 크게 줄이므로 볼 너트는 축 방향으로만로드되어야합니다. 어셈블리는 또한 드라이브 시스템과 올바르게 정렬되어 있고, 지지대를 베어링하고, 최적의 성능과 수명을 달성하기 위해로드해야합니다.

볼 스크류 윤활

볼 스크류 어셈블리는 적절한 윤활 없이는 실행되지 않아야합니다. 윤활제는 볼과 그루브 사이의 롤링 저항을 최소화하고 인접한 공 사이의 슬라이딩 마찰을 최소화함으로써 볼 스크류 어셈블리의 낮은 마찰 이점을 유지합니다.

오일은 필요한 지점까지 직접 제어 된 유량으로 적용 할 수 있으며 볼 너트를 통해 오염 물질을 청소합니다. 또한 냉각을 제공 할 수 있습니다. 반면, 오일은 오염 공정 유체의 잠재력이 있기 때문에 오일을 올바르게 적용하기 위해 펌프 및 계량 시스템이 필요합니다.

그리스는 저렴하고 오일보다 적용되는 적용 덜 필요하며 공정 유체를 오염시키지 않습니다. 반면, 그리스는 볼 너트 내부를 유지하기가 어렵고 볼 너트 여행 끝에 칩과 연마 입자가 축적되는 경향이 있습니다. 재 러브레이션 그리스와의 오래된 그리스의 비 호환성은 문제를 일으킬 수 있으므로 호환성을 확인하는 것이 중요합니다. 로드를 운반하는 하중은 어셈블리의 수명을 연장하는 데 도움이 될 수 있지만 전체 하중 등급은 변하지 않습니다.