Како ускладити куглични вијак и линеарни водич за једну осу: оптерећење, брзина, тачност и величина

A куглични вијакилинеарни водичобављају различите функције на истој оси кретања. Овај водич објашњава како да их димензионирате и ускладите у зависности од оптерећења, брзине, тачности, хода, крутости и услова инсталације уместо да се ослањате на парове фиксне величине.

1. Шта носи куглични вијак, а шта линеарне вођице?

Куглични вијак и линеарне вођице раде заједно, али не носе исто оптерећење.

Тхекуглични вијак првенствено преноси аксијални потисак. У зависности од машине, ово може укључивати силу убрзања, силу процеса, отпор трења и, на вертикалној оси, тежину покретног склопа.

Тхелинеарне вођице подржавају и ограничавају покретну структуру. Носе вертикалне и бочне силе и отпорне су на моменте нагињања, скретања и котрљања изазване оптерећењем, спољашњим силама и померањем центра-тежишта{2}}.

Из тог разлога, куглични вијак не треба третирати као главни радијални водећи елемент осе. Вођице треба да контролишу путању кретања, док вијак углавном обезбеђује покретачку снагу.

2. Уноси апликације потребни пре одређивања величине

Пре него што изаберете било коју компоненту, прикупите услове рада целе осе.

Покретна маса

Укључите сваку компоненту која се креће заједно са колицима, као што су сто, учвршћење, радни комад, вретено, алати и било која опрема монтирана на покретни склоп.

Спољне силе

Идентификујте сечење, притискање, стезање или друге силе процеса. Правац и тачка у којој сила делује су важни јер одређују и потисак кугличног вијка и линеарна водећи момент оптерећења.

Оријентација монтаже

Одредите да ли је оса хоризонтална, вертикална или нагнута. На хоризонталној оси, гравитацију углавном подржавају вођице. На вертикалној оси, гравитација такође постаје континуирано аксијално оптерећење на кугличном завртњу и погонском систему.

Ход и дужина уградње

Ефективни ход није исти као укупна дужина завртња. Такође је потребан простор за кугличну матицу, потпорне јединице, машинску обраду-краја вратила и структуру машине.

Брзина и убрзање

Убрзање ствара инерцијску силу према:

F = m × a

Тешка оса може да генерише значајан потисак чак и при умереној брзини ако је убрзање велико.

Захтеви за тачност

Дефинишите тачност позиционирања, поновљивост, дозвољени зазор или аксијални зазор и потребну крутост. Оцена тачности завртња треба да произилази из стварних захтева машине за позиционирање, а не само од одабира највише могуће оцене.

Дути Цицле

Радни сати, циклуси по сату, раздаљина путовања по циклусу и варијације оптерећења утичу на потребни радни век и кугличног вијка и линеарних вођица.

3. Димензионирајте линеарне вођице према силама, моментима и размаку блокова

Димензионисање линеарне вођице не треба да се заснива само на укупној тежини машине.

На пример, покретни склоп од 500 кг производи гравитациону силу од приближно:

500 × 9.81 = 4,905 N

Ако оса користи две шине и четири блока, подела 4,905 Н подједнако између четири блока даје само идеализовану статичку вредност. Праве машине често имају оффсет центар гравитације или спољне силе које стварају моменте.

Стога, одабир водича треба узети у обзир:

• размак између шина-до-;
• блок{0}}до-размак;
• висина-центра{1}}теже;
• уздужни и бочни положај оптерећења;
• спољни смер силе;
• моменти качења, скретања и котрљања.

Повећање размака између шина генерално побољшава отпор моментима котрљања, док повећање уздужног размака између блокова може побољшати отпор на моменте нагињања и скретања.

Након израчунавања расподеле оптерећења, проверите динамичку носивост произвођача водича, статичку носивост, дозвољене моменте и потребан радни век.

4. Одредите величину кугличног завртња на основу потиска, века трајања, извијања и критичне брзине

Потребан аксијални потисак

За хоризонталну осу, потребан потисак завртња може се проценити на основу силе убрзања, спољне силе процеса и механичке отпорности.

F_укупно = F_{убрзање} + F_процес + F_отпор

За вертикалну осу, гравитација такође мора бити укључена. Само вертикална покретна маса од 500 кг ствара приближно 4.905 Н гравитационог оптерећења пре него што се додају силе убрзања и процеса.

Животни век кугличног вијка

Век трајања кугличног вијка зависи од односа између динамичког оптерећења вијка и еквивалентног аксијалног радног оптерећења. Треба узети у обзир стварни спектар оптерећења уместо коришћења само максималне силе.

Буцклинг

Дуги куглични завртњи подвргнути притиску морају се проверити на извијање. Важни фактори укључују пречник корена вијка, дужину без ослонца, распоред носача и силу притиска.

Цритицал Спеед

Дугачки ротирајући завртњи такође морају остати испод дозвољене критичне брзине. Потребан број обртаја завртња зависи од линеарне брзине и провода завртња.

Већи вод може смањити брзину ротације завртња за исту линеарну брзину кретања, али такође мења обртни момент мотора, механичку предност и резолуцију позиционирања. Пречник и олово стога треба изабрати заједно.

5. Прецизност подударања, преднапрезање и крутост

Носивост сама по себи не одређује да ли су вијак и вођице правилно усклађени. Комплетна оса такође мора да обезбеди потребну тачност и крутост.

Прецизност кугличног завртња

Изаберите оцену тачности кугличног вијка у складу са кретањем осе, толеранцијом позиционирања, стратегијом управљања и укупним буџетом грешке машине.

Прелоад

Предоптерећење кугличног вијка може смањити аксијални зазор и повећати крутост, док предоптерећење вођице може смањити померање при променљивим оптерећењима. Међутим, превелико предоптерећење повећава трење, стварање топлоте и осетљивост на грешке у инсталацији.

Циљ није да се свуда наведе максимално предоптерећење или максимална прецизност. Завртње, вођице, носећи лежајеви, спојнице, монтажне површине и оквир машине треба изабрати као један механички систем.

6. Проверите поравнање завртња и вођице и геометрију инсталације

Чак и компоненте одговарајуће величине могу лоше да раде ако су шрафови и вођице постављени са превеликим неусклађеношћу.

Важни фактори инсталације укључују:

• равност површине за монтажу на шину{0};
• паралелност између водилица;
• поравнање кугличних вијака;
• подршка{0}}поравнање лежајева;
• тачност монтаже кугличне матице;
• крутост покретне кочије.

Лоше поравнање може повећати обртни момент погона, топлоту и хабање, док истовремено смањује радни век и перформансе позиционирања. Претходно инсталирани системи генерално постављају веће захтеве за тачност инсталације.

7. Радни пример: Хоризонтална аутоматска оса од 500 кг

Размотрите прелиминарну хоризонталну осу аутоматизације са следећим захтевима:

Корак 1: Израчунајте инерцијалну силу

При убрзању од 1,0 м/с²:

F = 500 × 1.0 = 500 N

Ово је само сила убрзања. И даље се морају додати сила процеса и механичка отпорност.

Корак 2: Израчунајте оптерећење водича

Систем водича подржава приближно 4.905 Н статичке тежине. Међутим, појединачна оптерећења блока не могу се потврдити док се не знају размак између шина, размак између блокова и-тежиште-позиција.

Корак 3: Изаберите распоред водича

Израчунајте силе и моменте који делују на сваки блок користећи стварну геометрију машине, а затим изаберите серију водича и конфигурацију блока који обезбеђују потребну носивост, капацитет момента, крутост и животни век.

Корак 4: Изаберите куглични вијак

Одредите потребан аксијални потисак, а затим проверите пречник завртња, олово, капацитет динамичког оптерећења, очекивани животни век, критичну брзину и извијање где је применљиво.

Овај пример намерно не наводи фиксну величину завртња или вођице јер недостајући подаци о геометрији и процесној{0}}сили могу значајно да промене коначни избор.

8. Уобичајене грешке у подударању

Коришћење фиксног завртња-за-табелу за вођење

Не постоји универзални однос-на-један између пречника кугличног вијка и величине линеарне вођице.

Одабир само вођице од тежине машине

Померање--гравитационог центра и спољашњи моменти могу да створе много већа оптерећења на појединачним блоковима него што сугерише једноставна калкулација тежине.

Одабир само кугличног вијка из носивости

Завртње може да има довољан капацитет аксијалног оптерећења, али и даље не испуњава критичне захтеве за -брзину, извијање, провод или{1}} дужину апликације.

Игнорисање убрзања

Убрзање може да створи значајна потисак и моментна оптерећења, посебно на тешким и великим{0}}осама циклуса.

Коришћење кугличног завртња као водича

Линеарне вођице треба да контролишу путању кретања. Куглични вијак треба углавном да преноси аксијалну погонску силу.

Одређивање превеликог предоптерећења

Више претходног оптерећења није увек боље. Прекомерно предоптерећење повећава трење, топлоту и осетљивост на грешке при монтажи.

9. Контролна листа РФК за комплетан систем кугличних вијака и линеарних вођица

За прелиминарни избор кугличног вијка и линеарне вођице, наведите:

• Покретна маса и спољна процесна сила
• Хоризонтална, вертикална или нагнута монтажа
• Ефикасан удар
• Максимална брзина и убрзање
• Тачност позиционирања и поновљивост
• Дневни радни сати и фреквенција циклуса
• Доступна дужина уградње кугличних вијака
• Број шина и блокова
• Размак шина и размак блокова
• Положај-тежишта-, ако је доступан
• Радно окружење
• Прототип и количина производње

Машински цртеж или једноставан распоред осе су посебно корисни када је оптерећење померено од средишње линије вођице.

Закључак

Усклађивање кугличног вијка и линеарне вођице није ствар упаривања две каталошке величине.

Линеарне вођице треба изабрати према силама, моментима, расподели оптерећења, геометрији и потребном веку. Куглични завртањ треба изабрати у складу са аксијалним потиском, животним веком, пречником, оловом, критичном брзином, захтевима за извијање и позиционирање.

Коначну комбинацију треба затим проверити као комплетан систем за крутост, тачност, поравнање и услове уградње.

← Назад на ДЛИ блог