Системы возврата шариков, выбор шариковых винтов и смазка шариковых винтов.

Правильный выбор ШВП для конкретного применения обеспечит точность, повторяемость и срок службы станка, а также сведет к минимуму общую стоимость владения.

Шарико-винтовая передача преобразует вращательное движение в линейное движение или наоборот и может применять или выдерживать высокие осевые нагрузки – статическая нагрузка свыше 750 000 фунтов при использовании узла шарико-винтовой передачи диаметром 6 000 дюймов – с эффективностью, обычно превышающей 90%. Шариковые винты помогают направлять, поддерживать, находить и точно перемещать компоненты и продукты в различных приложениях автоматизации.

ШВП состоит из шарикового винта и шариковой гайки с шарикоподшипниками с рециркуляцией. Интерфейс между винтом и гайкой выполнен с помощью шарикоподшипников, которые катятся по одинаковым формам в шариковом винте и шариковой гайке. Нагрузка на ШВП распределяется по большому количеству шарикоподшипников, так что каждый шарик подвергается относительно небольшой нагрузке. Благодаря своим телам качения шарико-винтовая передача имеет очень низкий коэффициент трения, что соответствует высокому механическому КПД.

Ключевое различие между ШВП и ШВП заключается в использовании в ШВП шарикоподшипников с рециркуляцией для минимизации трения и максимизации эффективности. Шарико-винтовые пары дороже, чем ходовые винты, но их способность выдерживать большие нагрузки, достигать высоких скоростей и обеспечивать предсказуемый срок службы делает их вполне оправданными для многих применений.

Шарико-винтовые передачи обычно обеспечивают механический КПД более 90%, поэтому их стоимость часто компенсируется снижением потребляемой мощности. Повышенная грузоподъемность, более длительный срок службы и предсказуемая надежность ШВП являются преимуществами перед ходовыми винтами.

Повторяемость и точность

Точность — это мера того, насколько близко система движения приближается к командному положению, и определяется как максимальная ошибка между ожидаемым и фактическим положением. Повторяемость определяется как способность системы позиционирования возвращаться в нужное место во время работы. ШВП обеспечивают превосходную повторяемость (зазор зависит от диаметра шарикоподшипника, но обычно находится в диапазоне от 0,005 до 0,015 дюйма) и точность (±0,004 дюйма/фут для прецизионных ШВП и ±0,0005 дюйма/фут для ШВП с маркировкой «прецизионность»). -плюс).

Точность шага является наиболее распространенной мерой точности ШВП. Под опережением понимается, насколько далеко пройдет невращающаяся шариковая гайка при одном повороте винта на 360°. Точность шага измеряется как допустимое изменение хода (фактическое положение по сравнению с теоретическим положением) на фут или на 300 мм. ШВП предлагаются в классах точности плюс и транспортном, при этом класс точности плюс жестко контролирует накопление ошибок шага на всей длине хода.

Люфт – это свободное перемещение между гайкой и винтом, которое можно измерить в осевом и радиальном направлении. Лучший способ измерить осевой зазор — зафиксировать винт от перемещения и аксиально толкать и тянуть шариковую гайку, одновременно измеряя ее перемещение с помощью циферблатного индикатора. Люфт также можно измерить, поместив циферблатный индикатор на шариковую гайку системы и переместив его на один дюйм вперед и назад в исходное положение. Отклонение от нуля – это люфт. Повторяемость – это просто количественная величина люфта ШВП.

Шариковая гайка без предварительного натяга имеет внутренние зазоры между компонентами, что означает наличие люфта. Шариковая гайка с предварительным натягом не имеет осевого зазора и, следовательно, устраняет люфт и, следовательно, увеличивает жесткость. Предварительная нагрузка также увеличивает крутящий момент, необходимый для поворота винта, и измеряется процентным соотношением предварительной нагрузки к динамической нагрузке (шариковая гайка с динамической нагрузкой 1500 фунтов и номинальным преднатягом 10% имеет внутреннюю предварительную нагрузку 150 фунтов). Прецизионные шарико-винтовые пары с резьбой обычно используются без предварительной нагрузки. Предварительная загрузка ШВП улучшает повторяемость за счет устранения люфта, но не влияет на точность.

Шариковые гайки с предварительным натягом доступны для винтов Precision Plus и некоторых прецизионных винтовых изделий. Их стоимость выше, чем у гаек без предварительного натяга, из-за сложности, дополнительной механической обработки, сборки и проверки/измерения. Шарико-винтовые пары могут иметь предварительную нагрузку с помощью двух или одинарных гаек. Существует три основных типа предварительной нагрузки: увеличенный шарик с одинарной гайкой (4-точечный контакт), одиночная гайка с пропуском (2-точечный контакт) и двойная гайка (2-точечный контакт). Предварительная нагрузка одинарной гайки обеспечивает минимальный размер упаковки при сохранении полной грузоподъемности. Шариковые гайки с пропущенным шагом имеют вдвое меньшую грузоподъемность, чем одиночные гайки аналогичного размера, поскольку только половина шарикоподшипников нагружена в каждом направлении. Узел предварительной нагрузки с двойной гайкой имеет ту же грузоподъемность, что и одинарная гайка, поскольку в каждом направлении нагружается только одна шариковая гайка.

Существует множество методов изготовления ШВП, хотя их обычно разделяют на две категории — точность и точность плюс. Дорожка шариковинтовой пары с прецизионной резьбой формируется методом холодной прокатки. Гайка обработана таким образом, чтобы соответствовать характеристикам винта. Этот подход обеспечивает умеренную точность порядка ±0,004 дюйма/фут на шаге винтов транспортной дюймовой серии. Винт и гайка шариковых винтов с резьбой Precision Plus изготавливаются методом прецизионного шлифования. Шарико-винтовые пары с резьбой Precision-plus обеспечивают гораздо более высокую точность хода ±0,0005 дюйма/фут для винтов серии Precision-plus. Стоимость прецизионных шариковых винтов с резьбой выше, чем прецизионных винтов, из-за более длительного времени обработки.

Системы возврата мячей

Обычно используются три различных типа систем возврата шаров. Внешние возвратные трубы, обычно используемые в дюймовых винтах, экономичны и просты в установке, обслуживании и ремонте. Системы возврата с внутренней кнопкой обычно используются на винтах с малым ходом. Они компактны, не имеют внешних радиальных выступов, усложняющих монтаж, и обеспечивают меньший уровень шума и вибрации, чем внешние возвратные устройства. Системы возврата с внутренней кнопкой часто используются в узлах с 4-точечным контактом, одной гайкой и сборками с предварительным натягом. Возвратные части внутренней торцевой крышки обычно используются на винтах с большим ходом. Они компактны, не имеют внешних радиальных выступов, усложняющих монтаж. Их шум и вибрация также низки по сравнению с внешними возвратными устройствами.

Выбор ШВП

Узел шарико-винтовой передачи, обеспечивающий заданную грузоподъемность и срок службы, необходимые для конкретного применения, лучше всего выбирать посредством итеративного процесса. Расчетная нагрузка, ориентация системы, длина хода, требуемый срок службы и требуемая скорость используются для определения диаметра и шага шариковинтовой передачи. Затем отдельные компоненты ШВП выбираются на основе требований к точности и повторяемости, размерных ограничений, конфигурации монтажа, доступных требований к питанию и условий окружающей среды.

Начните с определения точности позиционирования и повторяемости, требуемых для приложения. Дюймовые ШВП производятся в двух основных классах – Transport и Precision plus. ШВП транспортного класса используются в приложениях, требующих только грубого перемещения или использующих линейную обратную связь для позиционирования. ШВП класса «Прецизион-плюс» используются там, где точное и воспроизводимое позиционирование имеет решающее значение. Винты транспортного класса допускают большее совокупное изменение полезной длины винта. В винтах Precision Plus Grade накапливается погрешность шага, что обеспечивает точное позиционирование по всей полезной длине винта.

Определите, как узел шарико-винтовой передачи будет установлен в машину. Конфигурация концевых опор и расстояние перемещения будут определять ограничения по нагрузке и скорости ШВП.

Натянутый шариковый винт может выдерживать нагрузки до номинальной нагрузки гайки. Для шариковой гайки, находящейся на сжатии, используйте таблицу сжимающих нагрузок, предоставленную производителем, чтобы выбрать диаметр шариковой винта, который соответствует расчетной нагрузке или превышает ее. Например, все винты, кривые которых проходят через или выше и справа от нанесенной точки, подходят для следующего примера применения. Подходящие нагрузки сжатия, показанные на этом графике, не должны превышать максимальную статическую нагрузку, указанную в таблице номинальных значений для отдельного узла шариковой гайки. Таким образом, при длине 85 дюймов (2159 мм), нагрузке на систему 30 000 фунтов (133 500 Н) и с фиксированным концом одного конца, а другой конец поддерживается - минимальный выбор составляет 1,750 x 0,200 точности плюс дюйм. шарико-винтовая сборка.

Рассчитайте ход ШВП, который будет обеспечивать требуемую скорость, используя следующую формулу.

Шаг (дюймы) = Скорость перемещения (дюймы/мин)/об/мин

Определение ожидаемого срока службы приложения

Срок службы сборки можно рассчитать, используя номинальную динамическую нагрузку, указанную для каждой шариковой гайки. Для примера подходят все шариковые гайки, кривые которых проходят через нанесенную точку или находятся над ней. Соответствующий ожидаемый срок службы, показанный на этом графике, не должен превышать максимальную статическую грузоподъемность, указанную в таблице номинальных значений для отдельного узла шариковой гайки. В этом примере ожидаемый срок службы (общий ход) составляет 2 миллиона дюймов (50,8 миллиона мм). Тогда максимальная нормальная рабочая нагрузка составит 10 000 фунтов (44 500 Н).

Определение критической скорости винта

Критическая скорость винта — это состояние, при котором скорость вращения узла создает гармонические вибрации. Критическая скорость зависит от диаметра основания винта, длины без опоры и конфигурации концевой опоры. В диаграммах большинства производителей для следующего примера подходят все винты, кривые которых проходят через или выше нанесенной точки и справа от нее. На четырех рисунках торцевых фиксаторов показаны конфигурации подшипников для поддержки вращающегося вала, а на диаграмме показано влияние этих условий на критическую скорость вала для длины неподдерживаемого винта. Допустимые скорости, показанные на этом графике, применимы к выбранному винтовому валу и не являются показателем скоростей, достижимых для всех соответствующих узлов шариковых гаек.

Если расчеты нагрузки, срока службы и скорости подтвердят, что выбранный узел ШВП соответствует или превосходит проектные требования, переходите к следующему шагу. В противном случае винты большего диаметра увеличат грузоподъемность и номинальную скорость. Меньшие выводы уменьшат линейную скорость (при условии постоянной входной скорости двигателя), увеличат скорость двигателя (при условии постоянной линейной скорости) и уменьшат требуемый входной крутящий момент. Более высокие выводы увеличивают линейную скорость (при условии постоянной входной скорости двигателя), уменьшают входную скорость двигателя (при условии постоянной линейной скорости) и увеличивают требуемый входной крутящий момент.

Определите, как шариковая гайка будет взаимодействовать с приложением. Фланец шариковой гайки — это типичный метод крепления шариковой гайки к нагрузке. Альтернативными способами обеспечения сопряжения являются шариковые гайки с резьбой и цилиндрические шариковые гайки.

Шариковые гайки с предварительным натягом устранят люфт системы и повысят жесткость. Комплекты грязесъемников защищают узел от загрязнений и содержат смазку. Для большинства ШВП также доступны опоры подшипников и обработка концов.

Перед правильной установкой с шарико-винтовыми винтами необходимо обращаться осторожно. Удары по шарикоподшипникам могут привести к повреждению обойм подшипников из-за бринеллирования или растрескивания. Высокие нагрузки или изгиб винта могут привести к его изгибу. Важно хранить узел упакованным, смазанным и хранимым в чистом и сухом месте, поскольку мусор и загрязнения могут засорить каналы рециркуляции, а высокая влажность или дождь могут вызвать коррозию.

Монтаж системы – еще один важный момент. Шариковая гайка должна нагружаться только в осевом направлении, поскольку любая радиальная нагрузка значительно снижает производительность узла. Узел также должен быть правильно выровнен с системой привода, опорами подшипников и нагрузкой для достижения оптимальных характеристик и срока службы.

Смазка шарико-винтовой передачи

Никогда не следует эксплуатировать шарико-винтовую передачу без надлежащей смазки. Смазочные материалы обеспечивают преимущество низкого трения шарико-винтовых узлов за счет сведения к минимуму сопротивления качению между шариками и канавками и трения скольжения между соседними шариками.

Масло можно подавать с контролируемой скоростью потока непосредственно в нужную точку, и оно будет очищать загрязнения при прохождении через шариковую гайку. Он также может обеспечивать охлаждение. С другой стороны, для правильного применения масла необходимы насос и система дозирования, поскольку масло также может загрязнять технологические жидкости.

Смазка дешевле и требует менее частого применения, чем масло, и не загрязняет технологические жидкости. С другой стороны, смазка с трудом удерживается внутри шариковой гайки и имеет тенденцию скапливаться на концах хода шариковой гайки, где скапливается стружка и абразивные частицы. Несовместимость старой смазки со смазкой для повторной смазки может создать проблему, поэтому важно проверить совместимость. Смазка, выдерживающая нагрузки, может помочь продлить срок службы узла, но общая грузоподъемность не изменится.