Ако је ваш инстинкт ваљак, тај инстинкт може коштати дизајн ваше машине више него што је потребно. Напредак у технологији кугличних завртња са великим оптерећењем током протекле деценије значајно је променио рачун - и за многе апликације са великим оптерећењем, куглични завртњи са великим оптерећењем сада испоручују еквивалентне перформансе за мање од половине цене упоредивог ваљкастог вијка.
Овај чланак покрива како се две технологије разликују на нивоу механике контакта, где свака има боље перформансе, како изгледају стварни уступци цене и величине{0}}и како структурирати одлуку о избору за ваше специфично оптерећење, ход и радни циклус.
Зашто се носивост разликује: Контакт механика
Основна разлика између кугличног и ваљкастог вијка је геометрија котрљајућег елемента и контакт који остварује са обликом навоја.
Куглични вијак: Тачкасти контакт
У конвенционалном кугличном вијку, челичне куглице се котрљају између спиралних жљебова осовине и матице. Свака куглица додирује жлеб у једној тачки (или веома малој контактној елипси под оптерећењем). Оптерећење је распоређено на све куглице у кругу, али свака појединачна контактна тачка носи значајан удео укупне силе.
Тачкасти контакт ствара велики локални напон у контактној зони. Под великим оптерећењима, ово напрезање ограничава радни век јер оштећење од замора настаје на овим високим{1}}тачкама напрезања. Капацитет оптерећења стандардног кугличног вијка је стога ограничен максималним контактним напрезањем које лопта и материјал стазе могу да издрже током потребног броја циклуса.
Роллер Сцрев: Лине Цонтацт
У ваљкастом вијку, сет навојних ваљака замењује куглице као котрљајуће елементе. Сваки ваљак додирује навој завртња дуж линије, а не у тачки - суштински различите геометрије контакта. Линијски контакт распоређује оптерећење на много већу површину, што смањује вршни контактни напон за исту примењену силу.
Резултат је да ваљак истог номиналног пречника као и куглични вијак може носити знатно већа оптерећења и издржати више радних циклуса пре него што се нагомилају оштећења од замора. Вијци са ваљцима такође одржавају ову предност у читавом опсегу радних брзина.
Куглични завртањ са великим оптерећењем: пројектовани тачкасти контакт
Куглични вијци високог оптерећења заузимају трећу категорију. Уместо да мења геометрију контакта од тачке до линије, дизајн повећава број и величину контактних тачака кроз модификоване профиле навоја и веће пречнике куглица. Специјализоване геометрије навоја - укључујући профиле готског лука оптимизоване за велике контактне углове - повећавају контактну површину по кугли, подижу оцену оптерећења по јединици дужине матице и равномерније распоређују оптерећење по кругу кугле.
Резултат је куглични вијак са динамичким оптерећењем четири до осам пута већим од конвенционалног кугличног завртња истог пречника, постигнут без сложености производње облика навоја са ваљкастим вијком.
Носивост и цена: стварни бројеви
Побољшање перформанси кугличних вијака високог оптерећења долази са једноставним поређењем трошкова.
При еквивалентним оценама динамичког оптерећења и упоредивим радним условима, куглични вијак са високим оптерећењем обично кошта 40–60% мање од вијка са ваљком. Разлика у цени произилази из сложености производње: облици навоја са ваљцима захтевају прецизну машинску обраду и профила завртња и профила навоја ваљка, прецизан склоп преднапрезања ваљака и чвршће толеранције у целом делу. Куглични завртњи - чак и варијанте са великим оптерећењем - користе једноставнији производни процес који је усавршаван током деценија индустријске производње.
Куглични вијци високог оптерећења доступни су у:
| Параметар | Типични домет |
|---|---|
| Пречник осовине | До 160 мм |
| Дужина завртња | До 15 метара |
| Конфигурација | Једнострука или двострука матица |
| Динамичко оптерећење (Ца) | До 1.440 кН |
| Прецизни разред | Ц3–Ц7 у зависности од примене |
Ове спецификације покривају већину апликација за тешке машине алатке, бризгање и обликовање метала где су шрафови са ваљцима историјски специфицирани.
Где свака технологија ради боље
Ниједна технологија није универзално супериорна. Тачан избор зависи од три примарна параметра примене: величине оптерећења, радног циклуса и дужине хода.
Када су куглични завртњи са великим оптерећењем бољи избор
Тешка оптерећења при умереним радним циклусима.Ако осовина носи велика аксијална оптерећења, али не ради непрекидно - јединице за стезање за убризгавање, осе за пресовање, машине за исправљање - куглични вијак високог оптерећења испоручује потребну носивост уз знатно нижу цену. Радни циклус даје кругу куглице време да се термички опорави између циклуса оптерећења.
Дуги ударци под великим оптерећењем.Куглични вијци високог оптерећења се производе у дужинама осовине до 15 метара. Вијци са ваљцима еквивалентне дужине и носивости су знатно скупљи и теже их је набавити. За велике-тешке секире - велике столове алатних машина, линије за пренос - куглични вијак са великим оптерећењем је често једино практично решење типа кугле-.
Ценовно{0}}осетљиве апликације где је еквивалентан учинак прихватљив.Када се оцена оптерећења кугличног завртња са великим оптерећењем поклапа или премашује захтев за примену, не постоји механичко оправдање за додатни трошак завртња са ваљцима. Премија се плаћа за предности контактне геометрије које су важне само у условима када је куглични вијак великог оптерећења већ ограничен.
Продужење радног века у постојећим апликацијама са кугличним завртњем.Ако стандардни куглични вијак прерано поквари под великим оптерећењем, замена са кугличним вијком са великим оптерећењем истог пречника може удвостручити оцену оптерећења и продужити радни век до осам пута без икаквих промена у структури машине или конфигурацији потпорне јединице.
Када су ваљкасти шрафови прави избор
Екстремна оптерећења у компактној коверти.Када захтев за оптерећење премашује оно што куглични завртањ са великим оптерећењем може да испоручи у доступном пречнику осовине -, обично изнад 1.500–2.000 кН за највеће величине кугличних завртња са великим оптерећењем -, ваљкасти вијак обезбеђује већу густину оптерећења по јединици пречника. Ако простор за уградњу спречава коришћење кугличног завртња већег пречника, ваљкасти вијак мањег пречника може бити једино решење.
Веома високи радни циклуси при великом оптерећењу.Непрекидан рад под великим оптерећењем генерише топлоту на контакту лоптице{0}}о тркачке стазе. Куглични завртњи, чак и дизајни са великим оптерећењем, имају термичку границу постављену геометријом тачке контакта. Вијци са ваљцима, са својом већом површином контакта и мањим контактним напоном по јединици оптерећења, генеришу мање топлоте по јединици пренете силе и могу да издрже веће радне циклусе без прегревања матице.
Дугорочни-трошак власништва у-индустријској производњи високог циклуса.У апликацијама које раде у више смена дневно при великом оптерећењу - линија за пресовање за аутомобиле, континуирано обликовање метала -, дужи век замора шрафова са ваљцима може надокнадити њихову већу почетну цену. Овај{3}}уступак захтева израчунавање трошкова животног циклуса специфично за апликацију, а не опште правило.
Оквир одлука
| Параметар апликације | Дајте предност кугличним вијцима високог оптерећења | Фавор ваљак вијак |
|---|---|---|
| Аксијално оптерећење | До ~1,440 кН | Изнад 1500 кН или екстремна густина оптерећења |
| Радни циклус | Умерено до високо (повремено) | Континуирано, веома високо |
| Дужина хода | Било који, укључујући дуге ударце | Кратко до средње |
| Почетни приоритет трошкова | Да | Мање критично |
| Инсталациони простор | Флексибилно | Строго ограничен |
| Замена за постојећи куглични вијак | Природни пут надоградње | Мање компатибилан |
Прорачун радног века: шта бројеви значе у пракси
Разумевање предности радног века захтева поглед на формулу Л10 животног века. Називни век навртке са кугличним завртњем је пропорционалан коцки односа динамичког оптерећења и еквивалентног динамичког оптерећења:
Л10=(Ца / Пм)³ × константа
Где је Ца номинално динамичко оптерећење, а Пм еквивалентно средње оптерећење.
Овај кубни однос значи да удвостручавање Ца завртња - које ради куглични завртањ са великим оптерећењем у односу на стандардни куглични завртањ - множи радни век за 2³=8. Под истим условима рада, куглични вијак високог оптерећења са двоструким Ца од стандардног кугличног вијка траје осам пута дуже.
Практични пример:Стандардни куглични вијак који ради у тешком обрадном центру при великом оптерећењу може израчунати на 3-4 месеца животног века Л10. Замена са кугличним завртњем са великим оптерећењем истог номиналног пречника, са двоструко већим Ца, продужава ту процену животног века на 24–32 месеца - скоро за ред величине, без промене структуре машине.
Ово је кључни инжењерски аргумент за кугличне завртње са великим оптерећењем у апликацијама где је оптерећење велико, али не прелази називни капацитет кугличног завртња великог оптерећења: уместо да плаћате више за куглични шраф, наведите куглични вијак високог оптерећења и користите додатни капацитет оптерећења као резерву радног века.
Захтеви јединице за подршку за апликације са великим оптерећењем
Куглични завртњи са великим оптерећењем намећу одговарајуће велике аксијалне силе на потпорне лежајеве на фиксном крају осовине завртња. Стандардне БК/БФ потпорне јединице дизајниране за конвенционалне кугличне завртње нису адекватне за апликације са кугличним вијцима са великим оптерећењем. Подупирач мора бити величине да одговара називном оптерећењу завртња.
Избор типа лежаја
Тип лежаја у јединици фиксног{0}}краја одређен је величином аксијалног оптерећења:
Куглични лежајеви са угаоним контактом (контактни угао од 60 степени):Користи се за апликације са великим оптерећењем где су глатка ротација и минимално трење приоритет. Контактни угао од 60 степени обезбеђује високу аксијалну крутост и носивост у односу на величину лежаја. Лежајеви класе П4 су стандардни за јединице носача са кугличним вијком са великим оптерећењем како би се минимизирало истицање и одржала тачност позиционирања.
Конусни ваљкасти лежајеви:Одређено када комбинација веома високог аксијалног оптерећења и великог радијалног оптерећења премашује оно што куглични лежајеви са угаоним контактом могу да поднесу. Конусни ваљкасти лежајеви нуде већи комбиновани капацитет оптерећења, али захтевају прецизније подешавање предоптерећења и стварају више трења при великој брзини.
Куглични лежајеви са дубоким жљебовима:Користи се на пливајућем (ослоњеном) крају осовине завртња, где је потребно само радијално ограничење и лежај мора да омогући аксијално топлотно ширење вратила без стварања унутрашњег напрезања.
Конфигурације јединица за подршку
Три склопа лежајева се користе у фиксним-крајњим потпорним јединицама са кугличним завртњем великог оптерећења:
ДФ (лицем-у-лице):Два угаона контактна лежаја постављена у супротним смеровима. Подноси аксијално оптерећење у оба смера са једнаким капацитетом. Стандардни избор за опште примене са великим оптерећењем где долази до промене оптерећења.
ДФД (тандем + лице):Један лежај на једној страни и два лежаја на другој. Асиметрични распоред за апликације са доминантним смером аксијалног оптерећења - страна са два лежаја носи знатно веће аксијално оптерећење од ДФ конфигурације. Користи се у осовинама за пресовање и стезање где је оптерећење радног хода много веће од повратног хода.
ДФФ (тандем + тандем):Два лежаја у сваком правцу. Максимално аксијално оптерећење у оба смера. Одређен за апликације са највећим оптерећењем где је ДФ распоред недовољан.
Беаринг Прелоад
Фиксни{0}}лежајеви у потпорним јединицама високог оптерећења су фабрички-преднатегнути да би се елиминисао унутрашњи зазор и побољшала аксијална крутост. Величина предоптерећења одређује почетни обртни момент потпорне јединице -, својство лежаја које се мора узети у обзир у буџету обртног момента погонског система.
Лежајеви су претходно{0}}подмазани за почетну уградњу. За апликације са великим оптерећењем са захтевним радним циклусима, опциони отвори за маст омогућавају периодично подмазивање без растављања потпорне јединице.
Примери примене
Секире за тешке машине алатке
Велики обрадни центри, глодалице за под{0}}бушилице и тешке-машине за глодање користе кугличне завртње на осовинама које носе силе резања у опсегу од 50–500 кН. На овим нивоима оптерећења, стандардни куглични завртњи прерано покваре, без обзира на режим подмазивања и одржавања.
Куглични шрафови са великим оптерећењем решавају ово повећањем Ца до нивоа где прорачун стандардног века трајања даје реалан интервал одржавања. Уместо да мењате куглични вијак сваких неколико месеци, машина може да ради годинама између планираних ремонта.
Стезне јединице за бризгање
Електричне машине за бризгање захтевају велику аксијалну силу током кратког хода да би затвориле и закључале калуп - обично 200–600 кН на 10–50 мм коначног хода стезања. Пун ход стезне јединице покрива много веће растојање при малој сили, при чему се велика сила јавља само у завршном делу.
Куглични шрафови високог оптерећења су добро усклађени са овим радним циклусом јер је део хода са великом силом кратак, а оптерећење је повремено, а не континуирано. Вијак са ваљком не даје предност у веку трајања у односу на куглични вијак са великим оптерећењем у овој примени јер су услови контакта повољни за кугличне завртње - радни циклус омогућава термички опоравак између удараца.
Опрема за обликовање и равнање метала
Машине за равнање, опрема за савијање цеви и пресе за обликовање метала захтевају велику аксијалну силу у односу на контролисано померање. Ове апликације су често директна замена за хидрауличне цилиндре, где електрични погони са кугличним вијцима обезбеђују бољу контролу положаја, програмабилне профиле силе и мање трошкове одржавања од хидрауличних система.
Куглични вијци високог оптерећења могу да испоруче силе упоредиве са многим апликацијама хидрауличких цилиндара у механички једноставнијем паковању. За силе веће од 1000 кН, вијци са ваљцима постају пожељна опција јер обезбеђују већу густину оптерећења у инсталационом омотачу.
Уобичајене грешке у избору вијака за велико оптерећење
Подразумевано коришћење ваљкастих вијака за било које оптерећење изнад 100 кН без провере спецификација кугличастих завртња високог оптерећења.
Многи инжењери бирају шрафове са ваљцима на основу општег познавања технологије, а не на основу провере да ли је куглични вијак високог оптерећења оцењен за примену. За оптерећења до приближно 1.000–1.500 кН, куглични вијак са великим оптерећењем треба увек да се процени пре него што одредите завртњи са ваљком.
Коришћење стандардних БК/БФ потпорних јединица са кугличним завртњима великог оптерећења.
Стандардне потпорне јединице су оцењене за део аксијалног оптерећења које куглични вијак са великим оптерећењем може да генерише. Коришћење потпорних јединица премале величине преноси оптерећење на кућиште лежаја и структуру машине на начине који нису предвиђени, што доводи до прераног квара потпорног лежаја и потенцијалног оштећења структуре.
Димензионисање завртња на максимално тренутно оптерећење без провере века трајања Л10 при средњем еквивалентном оптерећењу.
Максимално оптерећење завртња може се јавити само накратко током убрзања или на крају хода. Димензионисање стриктно према максималном оптерећењу-одређује шраф. Прорачун Л10 животног века користи еквивалентно средње оптерећење током целог радног циклуса, које узима у обзир стварну дистрибуцију оптерећења и брзину коју навртка доживљава током нормалног рада.
Не узимајући у обзир аксијално термичко ширење дугих вратила са кугличним навојем са великим оптерећењем.
Осовина са кугличним навојем висине 10-метара ће се проширити за приближно 0,12 мм по степену Целзијуса. У конфигурацији фиксног-фиксног ослонца, ово термичко ширење генерише напон притиска у вратилу који повећава предоптерећење у наврткама и потпорним лежајевима. Дуги куглични завртњи са великим оптерећењем морају да користе конфигурацију носача са фиксним пливајућим крајем како би омогућили аксијално топлотно ширење без стварања унутрашњег напрезања.
Резиме: Како структурирати одлуку о избору
Када се суочавате са великим аксијалним оптерећењем, користите овај редослед:
- Дефинишите максимално аксијално оптерећење, средње еквивалентно оптерећење, ход и радни циклусса што већом прецизношћу. Прорачун животног века Л10 је добар колико и улазни подаци.
- Проверите да ли је куглични вијак високог оптерећења доступан у потребном Ца.Куглични вијци високог оптерећења су оцењени до 1.440 кН динамичког оптерећења. Ако примена спада у овај опсег, куглични вијак високог оптерећења треба да буде прва процењена опција.
- Израчунајте Л10 животни век за куглични вијак високог оптерећења при средњем еквивалентном оптерећењу.Ако израчунати век трајања испуњава захтев интервала одржавања, наведите куглични вијак високог оптерећења. Ако није, повећајте пречник осовине или процените шраф са ваљком.
- Изаберите конфигурацију јединице за подршкуна основу максималног аксијалног оптерећења, усмерености оптерећења и брзине. Проверите да носивост носећег лежаја премашује максимално аксијално оптерећење са одговарајућом сигурносном маргином.
- Процените укупне трошкове власништва, не само почетни трошак компоненте. Ваљкасти шраф који траје два пута дуже од кугличног вијка са великим оптерећењем није нужно исплативији-ако је куглични вијак са великим оптерећењем једну-трећину цене.
- Наведите ваљак само кадаоптерећење прелази опсег кугличног завртња великог оптерећења, радни циклус је непрекидан при великом оптерећењу или простор за инсталацију спречава коришћење кугличног завртња већег пречника високог оптерећења.
Потребна вам је помоћ при одабиру кугличног вијка са великим оптерећењем?
Ако поредите куглични вијак високог оптерећења са вијком са ваљком за апликације са великим оптерећењем, ДЛИ вам може помоћи да потврдите одговарајући пречник завртња, оловку, тип навртке, распоред потпорне јединице и радни век на основу ваших радних услова.
Да бисте добили техничку спецификацију и понуду, поделите своје максимално аксијално оптерећење, дужину хода, радни циклус, потребну прецизност и простор за инсталацију.
