Системи повернення кульок, вибір кулькових гвинтів і змащування кулькових гвинтів.

Вибір правильного кулькового гвинта для конкретного застосування забезпечить точність, повторюваність і термін служби машини, мінімізуючи загальну вартість володіння.

Кульково-гвинтова передача перетворює обертальний рух на лінійний рух або навпаки, і може застосовувати або витримувати високі навантаження тяги – понад 750 000 фунтів статичної ємності за допомогою Ø6 000 дюймів у зборі кулькової гвинти – з ефективністю, як правило, понад 90%. Кулькові гвинти допомагають направляти, підтримувати, знаходити та точно переміщувати компоненти та продукти в ряді програм автоматизації.

Кульково-гвинтова передача складається з кулькової гвинта та кулькової гайки з рециркуляційними шарикопідшипниками. Інтерфейс між гвинтом і гайкою виконаний кульковими підшипниками, які котяться в відповідних формах у кульковому гвинті та кульковій гайці. Навантаження на кульковий гвинт розподіляється між великою кількістю кулькових підшипників, так що кожна кулька зазнає відносно невеликого навантаження. Завдяки своїм тілам кочення кулькова гвинтова передача має дуже низький коефіцієнт тертя, що відповідає високій механічній ефективності.

Ключовою відмінністю між кульковими гвинтами та ходовими гвинтами є використання рециркуляційних кулькових підшипників у кулькових гвинтах для мінімізації тертя та максимального підвищення ефективності. Кулькові гвинти дорожчі за ходові гвинти, але їхня здатність витримувати високі навантаження, досягати високих швидкостей і передбачуваного терміну служби робить їх гідними додаткової вартості для багатьох застосувань.

Кульково-гвинтові приводи зазвичай забезпечують механічну ефективність понад 90%, тому їхня вартість часто компенсується зниженими вимогами до потужності. Підвищена вантажопідйомність, довший термін служби та передбачувана надійність кулькових гвинтів є перевагами перед ходовими гвинтами.

Повторюваність і точність

Точність — це міра того, наскільки близько система руху наближається до командної позиції, і визначається як максимальна похибка між очікуваним і фактичним положенням. Повторюваність визначається як здатність системи позиціонування повертатися на місце під час роботи. Кульково-гвинтові передачі забезпечують чудову повторюваність (люфт залежить від діаметра кулькового підшипника, але зазвичай коливається від 0,005 до 0,015 дюйма) і точність (±0,004 дюйма/фут для прецизійних кулькових гвинтів і ±0,0005 дюйма/фут для кулькових гвинтів з позначкою precision -плюс).

Точність свинцю є найпоширенішим показником точності кулькових гвинтів. Випередження означає, на яку відстань пройде кулькова гайка, що не обертається, за один поворот гвинта на 360°. Точність випередження вимірюється як допустима зміна ходу (фактичне положення проти теоретичного положення) на фут або на 300 мм. Кулькові гвинти пропонуються в прецизійних плюсових і транспортних класах, причому клас прецизійний плюс суворо контролює накопичення похибок випередження на повній довжині ходу.

Люфт — це вільний рух між гайкою та гвинтом, який можна виміряти аксіально та радіально. Найкращий спосіб вимірювання осьового люфту – це захистити гвинт від переміщення та аксіально штовхати та тягнути кулькову гайку, одночасно вимірюючи її рух за допомогою циферблатного індикатора. Люфт також можна виміряти, помістивши циферблатний індикатор на кулькову гайку в системі та перемістивши її на один дюйм вперед і назад у вихідне положення. Відхилення від нуля - це люфт. Повторюваність - це просто кількісне значення люфту кулькового гвинта.

Кулькова гайка без попереднього натягу має внутрішні зазори між компонентами, що означає наявність люфту. Кулькова гайка з попереднім натягом не має осьового зазору, тому усуває люфт і відповідно збільшує жорсткість. Попереднє натяг також збільшує крутний момент, необхідний для обертання гвинта, і вимірюється відсотком попереднього натягу до динамічної потужності (кулькова гайка з динамічною потужністю 1500 фунтів і рейтингом попереднього натягу 10% має внутрішній попередній натяг 150 фунтів). Кулькові гвинти з прецизійною різьбою зазвичай використовуються без попереднього навантаження. Попереднє навантаження на кульковий гвинт покращує повторюваність, усуваючи люфт, але не впливає на точність.

Кулькові гайки з попереднім натягом доступні для прецизійних гвинтів плюс і окремих прецизійних гвинтових виробів. Їх вартість вища, ніж гайки без попереднього натягу через складність, додаткову механічну обробку, складання та перевірку/вимірювання. Кульково-гвинтові вузли можуть бути попередньо натягнуті конфігураціями з подвійною або одинарною гайкою. Існує три основні типи попереднього натягу: кулька великого розміру з однією гайкою (4-точковий контакт), одинарна гайка для пропуску (2-точковий контакт) і подвійна гайка (2-точковий контакт). Попереднє натягування одинарної гайки забезпечує найменший розмір упаковки, зберігаючи повну вантажопідйомність. Кулькові гайки зі свинцевими скипами мають удвічі менший об’єм, ніж одиночні гайки аналогічного розміру, оскільки лише половина кулькових підшипників навантажена в кожному напрямку. Узли попереднього натягу з подвійною гайкою мають таку саму вантажопідйомність, що й одинарна гайка, оскільки в кожному напрямку навантажується лише одна кулькова гайка.

Існує багато методів виготовлення кулькових гвинтів, хоча зазвичай їх поділяють на дві категорії: прецизійні та прецизійні плюс. Обойма прецизійного кулькового гвинта утворюється в процесі холодної прокатки. Гайка оброблена відповідно до продуктивності гвинта. Цей підхід забезпечує помірну точність, порядку ±0,004 дюйма/фут точність випередження на гвинтах серії транспортних дюймів. Гвинт і гайка кулькових гвинтів із прецизійною різьбою плюс виготовляються шляхом точного шліфування. Кулькові гвинти з різьбленням Precision-plus забезпечують набагато вищу точність ±0,0005 дюйма/фут точність випередження на гвинтах серії Precision-plus дюйм. Вартість прецизійних кулькових гвинтів із різьбленням є вищою, ніж прецизійних гвинтів через більший час обробки.

Системи повернення м'яча

Зазвичай використовуються три різні типи систем повернення м’яча. Зовнішні зворотні трубки, як правило, використовуються в дюймових гвинтах, економічно вигідні та прості в установці, обслуговуванні та ремонті. Внутрішні системи повернення кнопки зазвичай використовуються на гвинтах з низьким ходом. Вони компактні, не мають зовнішніх радіальних виступів, які ускладнюють монтаж, і створюють менше шуму та вібрації, ніж зовнішні зворотні труби. Системи внутрішнього повернення кнопок часто використовуються в вузлах з 4-точковим контактом, однією гайкою та попереднім натягом. Внутрішні поворотні кришки зазвичай використовуються на високих ходових гвинтах. Вони компактні, без зовнішніх радіальних виступів, які ускладнюють монтаж. Їх шум і вібрація також низькі в порівнянні з зовнішніми віддачами.

Вибір кулькового гвинта

Кульково-гвинтовий вузол, який забезпечує задану вантажопідйомність і ресурс, необхідний для конкретного застосування, найкраще вибирати за допомогою ітераційного процесу. Розрахункове навантаження, орієнтація системи, довжина ходу, необхідний термін служби та необхідна швидкість використовуються для визначення діаметра та випередження кульково-гвинтового вузла. Потім вибираються окремі компоненти кулькової гвинти на основі вимог до точності та повторюваності, розмірних обмежень, конфігурації монтажу, доступних вимог до потужності та умов навколишнього середовища.

Почніть з визначення позиційної точності та повторюваності, необхідних для програми. Дюймові кулькові гвинти випускаються двох основних класів – транспортний і прецизійний плюс. Кульково-гвинтові гвинти для транспортування використовуються в додатках, які вимагають лише грубого переміщення або використовують лінійний зворотний зв’язок для позиційного розташування. Кулькові гвинти класу Precision-plus використовуються там, де критично точне та повторюване позиціонування. Гвинти транспортного класу дозволяють більшу кумулятивну варіацію корисної довжини гвинта. Гвинти класу Precision plus містять накопичену похибку для точного позиціонування по всій корисній довжині гвинта.

Визначте, як кульковий гвинт буде встановлено на машині. Конфігурація кінцевих опор і відстань переміщення визначатимуть обмеження навантаження та швидкості кулькового гвинта.

Кульковий гвинт при натягу витримує навантаження до номінальної потужності гайки. Для стиснутої кулькової гайки скористайтеся діаграмою навантаження на стиск, доступною від виробника, щоб вибрати діаметр кулькової гвинти, який відповідає або перевищує розрахункове навантаження. Усі гвинти з кривими, які проходять, наприклад, через або вище та праворуч від нанесеної точки, придатні для наступного прикладу застосування. Відповідні навантаження на стиснення, показані на цьому графіку, не повинні перевищувати максимальну статичну навантажувальну здатність, наведену в таблиці номінальних значень для окремої кулькової гайки. Таким чином, при довжині 85 дюймів (2159 мм), навантаженні системи 30 000 фунтів (133 500 Н) і з фіксацією кінця одного кінця, а іншого кінця підтримується, мінімальний вибір становить 1,750 x 0,200 точності плюс дюйм кульковий гвинтовий вузол.

Обчисліть випередження кулькової гвинтової перемикання, яке визначить необхідну швидкість, використовуючи наступну формулу.

Випередження (дюйми) = швидкість ходу (дюйми хв.-1)/об/хв

Визначення очікуваної тривалості життя програми

Термін служби збірки можна розрахувати, використовуючи значення динамічного навантаження, указане для кожної кулькової гайки. Для прикладу підходять усі кулькові гайки з кривими, які проходять або знаходяться над нанесеною точкою. Відповідний очікуваний термін служби, показаний на цьому графіку, не повинен перевищувати максимальну статичну навантажувальну здатність, наведену в таблиці номінальних характеристик для окремого вузла кулькової гайки. У цьому прикладі бажаний термін служби програми (загальний хід) становить 2 мільйони дюймів (50,8 мільйонів мм). Тоді максимальне нормальне робоче навантаження становить 10 000 фунтів (44 500 Н).

Визначення критичної швидкості гвинта

Критична швидкість шнека — це умова, коли швидкість обертання вузла створює гармонічні коливання. Критична швидкість залежить від діаметра кореня гвинта, непідтримуваної довжини та конфігурації кінцевої опори. У більшості таблиць виробників усі гвинти з кривими, які проходять через або вище та праворуч від нанесеної точки, підходять для наступного прикладу. Чотири креслення фіксації кінців показують конфігурацію підшипників для опори обертового вала, а діаграма показує вплив цих умов на критичну швидкість вала для довжини гвинта без підтримки. Прийнятні швидкості, показані на цьому графіку, стосуються вибраного валу гвинта і не вказують на швидкості, досягнуті всіма пов’язаними вузлами кулькової гайки.

Якщо розрахунки навантаження, терміну експлуатації та швидкості підтверджують, що вибраний кульковий гвинт відповідає вимогам конструкції або перевищує їх, перейдіть до наступного кроку. Якщо ні, гвинти більшого діаметру збільшать вантажопідйомність і швидкість. Менші висоти зменшать лінійну швидкість (припускаючи постійну вхідну швидкість двигуна), збільшують швидкість двигуна (припускаючи постійну лінійну швидкість) і зменшують необхідний вхідний крутний момент. Вищий висновок підвищить лінійну швидкість (за умови постійної швидкості вхідного двигуна), зменшить швидкість вхідного двигуна (за умови постійної лінійної швидкості) і збільшить необхідний вхідний крутний момент.

Визначте, як кулькова гайка буде взаємодіяти з програмою. Фланець кулькової гайки є типовим способом кріплення кулькової гайки до навантаження. Різьбові кулькові гайки та циліндричні кулькові гайки є альтернативними способами забезпечення інтерфейсу.

Кулькові гайки з попереднім натягом усунуть люфт системи та підвищать жорсткість. Комплекти склоочисників захищають вузол від забруднень і містять мастило. Для більшості кулькових гвинтів також доступні підшипникові опори та кінцева обробка.

Перед належним встановленням необхідно обережно поводитися з кульковими гвинтами. Удари кулькових підшипників можуть пошкодити кільця підшипників через розтріскування або розтріскування. Високі навантаження або згинання гвинта можуть призвести до вигину. Важливо тримати вузол упакованим, змащеним і зберігати в чистому, сухому місці, оскільки сміття та забруднення можуть блокувати рециркуляційні доріжки, а висока вологість або дощ можуть спричинити корозію.

Монтаж системи є ще одним важливим моментом. На кулькову гайку слід навантажувати тільки аксіально, оскільки будь-яке радіальне навантаження значно знижує продуктивність вузла. Збірка також має бути належним чином вирівняна з приводною системою, підшипниковими опорами та навантаженням для досягнення оптимальної продуктивності та терміну служби.

Змащування кулькових гвинтів

Кульково-гвинтовий вузол ніколи не повинен працювати без належного змащення. Мастила зберігають переваги низького тертя кулькових гвинтів, мінімізуючи опір коченню між кульками та канавками та тертя ковзання між сусідніми кульками.

Масло можна наносити з контрольованою швидкістю потоку безпосередньо до необхідної точки, і воно очищатиме забруднення, проходячи через кулькову гайку. Він також може забезпечити охолодження. З іншого боку, для належного нанесення масла необхідні насос і система вимірювання, оскільки масло також може забруднювати технологічні рідини.

Мастило є менш дорогим і вимагає менш частого нанесення, ніж масло, і воно не забруднює технологічні рідини. З іншого боку, мастило важко утримувати всередині кулькової гайки, і воно має тенденцію накопичуватися на кінцях ходу кулькової гайки, де накопичується стружка та абразивні частинки. Несумісність старого мастила з мастилом для повторного змащування може створити проблему, тому важливо перевірити сумісність. Мастило для навантаження може допомогти продовжити термін служби вузла, але загальне навантаження не зміниться.