Vertikalna osa mašine može se tačno zaustaviti dok je motor napajan i još uvek postati nesigurna u trenutku kada se napajanje isključi. Razlog je jednostavan: kuglični vijak može izdržati i pomjeriti vertikalno opterećenje kada je pravilno dimenzioniran, ali njegov efikasan kontakt za kotrljanje obično omogućava teretu da pokreće vijak unatrag.
Za vertikalukuglični vijakosovina, nosivost i držanje opterećenja su stoga dva različita pitanja dizajna. Vijak, matica, potporni ležajevi i motor moraju nositi radnu silu, dok kočnica ili drugi nezavisni uređaj mora kontrolirati nenamjerno kretanje prema dolje tokom gubitka struje, zaustavljanja u nuždi ili kvara u pogonu.
Ova razlika je važna za CNC Z osi, stolove za podizanje, vertikalne stanice za pakovanje, opremu za inspekciju, mašine za sklapanje i druge sisteme gde gravitacija neprekidno deluje na pokretnu masu.
Mogućnost vertikalnog opterećenja
Kuglični vijak može nositi i pozicionirati vertikalno opterećenje unutar svojih granica aksijalnog opterećenja, vijeka trajanja, brzine i krutosti. Međutim, obično ga ne treba tretirati kao-uređaj koji se samozaključava. Kada pogonski moment nestane, gravitacija primjenjuje aksijalnu silu na maticu. Budući da kontakt kotrljanja proizvodi nisko trenje, ta aksijalna sila može stvoriti obrnuti moment i rotirati vijak.
Praktični odgovor:kuglični vijak može nositi vertikalno opterećenje, ali za cijelu os je potreban potvrđeni način{0}}držanja opterećenja ako nekontrolirano spuštanje može oštetiti mašinu ili ozlijediti osobu.
Moment zadržavanja motora može zadržati položaj dok pogon ostaje pod naponom. Ne pruža istu zaštitu nakon nestanka električne energije. Isto tako, unaprijed nategnuta matica poboljšava aksijalnu krutost i smanjuje zazor, ali ne čini da se kuglični vijak pouzdano-zakoči.
Zašto dolazi do povratne vožnje
Kuglični vijak je dizajniran da pretvori rotaciju motora u efikasno linearno kretanje. Isti mehanizam može raditi i obrnuto: aksijalna sila na maticu može proizvesti rotaciju na osovini vijka. Ovo je poznato kao backdriving.
Na sklonost ka povratnom pogonu utiče nekoliko faktora:
- olovo:veći vod općenito proizvodi više obrtnog momenta za isto aksijalno opterećenje.
- Reverzna efikasnost:efikasan kontakt za kotrljanje olakšava kretanje unazad nego što bi bilo sa kliznim vijkom visokog -trenja.
- Pokretna masa:stol, alat, radni komad i pričvršćeni mehanizmi doprinose gravitacionom opterećenju.
- Ubrzanje i usporavanje:dinamička sila može premašiti silu uzrokovanu samo gravitacijom.
- Eksterna procesna sila:sile rezanja, pritiska ili rukovanja mogu djelovati sa ili protiv gravitacije.
- Gubici voznog{0}}voza:brtve, ležajevi, vodilice i motor dodaju otpor, ali ovaj varijabilni otpor ne treba koristiti kao sigurnosnu kočnicu.
Smjer niti ne rješava problem. Lijevi-šraf preokreće odnos između rotacije vijka i hoda matice, ali gravitacija ga i dalje može vratiti u odgovarajućem smjeru rotacije.
Sila gravitacije i obrtni moment
Prva procjena je sila naniže koju stvara ukupna pokretna masa:
gdje je Fgje sila gravitacije u njutnima, m je ukupna pokretna masa u kilogramima, a g je približno 9,81 m/s².
Približan obrtni moment na osovini vijka može se tada izraziti kao:
gdje je Tnazadje obrnuti moment u N·m, F je aksijalna sila u njutnima, P je olovo vijka u metrima po obrtaju i ηrje obrnuta efikasnost.
Na primjer, pokretni sklop od 120 kg proizvodi oko 1.177 N sile gravitacije. Sa vodovima od 10 mm i pretpostavljenom povratnom efikasnošću od 0,85, procijenjeni obrtni moment koji generiše gravitacija- je približno 1,59 N·m:
Ovo je samo procjena gravitacije. Dimenzioniranje kočnica i motora također mora uzeti u obzir ubrzanje, procesnu silu, prijenosni omjer, inerciju komponenti, varijaciju efikasnosti, potrebno vrijeme zaustavljanja i odgovarajući sigurnosni faktor. Odabrana kočnica mora se provjeriti korištenjem dozvoljenog momenta zadržavanja od strane proizvođača, rada u slučaju nužde{2}}zaustavljanja, vremena uključivanja i radnog vijeka{3}}podataka.
Load{0}}Metode držanja
| Metoda | Glavna funkcija | Važno ograničenje |
|---|---|---|
| Servo drži obrtni moment | Održava naređenu poziciju dok je pogon napajan i kontrolira motor. | Nije nezavisni uređaj za{0}}isključivanje. |
| Kočnica motora | Zadržava osovinu nakon što se motor zaustavi ili isključi napajanje. | Mnoge kočnice za zadržavanje nisu namijenjene da apsorbuju ponovljena zaustavljanja pri punoj{0}}brzini. |
| Osna kočnica ili stezaljka | Djeluje direktno na pokretnu osovinu ili šinu i može osigurati neovisno zadržavanje. | Instalacija, praćenje oslobađanja i dozvoljena energija zaustavljanja moraju biti provjereni. |
| Protivteža ili protivteža | Smanjuje neto opterećenje gravitacijom, obrtni moment motora i potrebu za držanjem kočnice. | Smanjuje neravnotežu, ali ne pruža automatski potpunu sigurnosnu funkciju. |
| Sekundarni sigurnosni uređaj | Hvata ili obuzdava teret ako primarni pogon ili kočnica pokvare. | Njegova prikladnost ovisi o procjeni rizika mašine i potrebnim sigurnosnim performansama. |
Uobičajena kontrolna sekvenca je da se servo drži pod naponom dok se kočnica otpusti, pomjeri osovinu, zaustavi se pod servo kontrolom, pritisne kočnicu i tek onda ukloni obrtni moment motora. Otpuštanje kočnice prije nego što je motor uspostavio obrtni moment može omogućiti kratak, ali štetan pad. Logika vremena i povratne sprege treba provjeriti tijekom puštanja u rad pod maksimalnim očekivanim opterećenjem.
Uslovi sile vertikalne ose
Ispravan proračun vertikalne-ose razdvaja različite radne uslove umjesto provjere samo statičke težine.
| Stanje | Force Consideration | Provjera dizajna |
|---|---|---|
| Stacionarni | Gravitacija i bilo koja trajna sila procesa | Kapacitet kočnice i statičko aksijalno opterećenje |
| Ubrzanje prema gore | Gravitacija plus sila ubrzanja i trenje | Maksimalni obrtni moment motora i maksimalno opterećenje zavrtnja |
| Kretanje konstantnom brzinom | Gravitacija, trenje i procesna sila | Kontinuirani obrtni moment motora i termički rad |
| Kontrolirano kretanje prema dolje | Gravitacija pokreće osovinu dok motor regulira spuštanje | Regenerativni rad, pogonski kapacitet i kontrola brzine |
| Gubitak struje ili kvar | Nekontrolisana sila gravitacije dok se veza ne aktivira | Odziv kočnice, zaustavni put i sekundarna zaštita |
Prosječno aksijalno opterećenje tokom radnog ciklusa koristi se za proračun vijeka trajanja kugličnog vijka, dok najveće radno opterećenje mora ostati unutar primjenjivih statičkih i dinamičkih granica. Ovo je odvojeno od proračuna kočnice{1}}.
Orijentacija vijaka i krajnji oslonac
Kada raspored stroja to dozvoljava, postavljanje fiksnog ležaja i pogonskog kraja iznad pokretne matice može zadržati veći dio vijka u napetosti pod gravitacijom. Vijak opterećen uglavnom na zatezanje nije podložan izvijanju stuba na isti način kao dugi vijak gurnut u kompresiji.
Ako vertikalno opterećenje dovodi osovinu u kompresiju, mora se provjeriti promjer korijena, nepodržana dužina i stanje krajnjeg{0}}oslonca. Ovo je posebno pokriveno uproračun izvijanja kugličnog vijka. Vijak se također mora provjeriti na kritičnu brzinu, nosivost-nosivosti i poravnanje.
Tipičan rotirajući{0}}aranžman vijaka koristi fiksnu ležajnu jedinicu na kraju pogona za kontrolu aksijalnog i radijalnog položaja, sa nosećim ležajem na suprotnom kraju koji omogućava stabilnu rotaciju. Stvarni raspored potpore treba da odgovara mašinskoj obradi-kraja osovine, brzini, aksijalnom opterećenju i potrebnoj krutosti.
Uobičajene greške u dizajnu
- Pod pretpostavkom da je stacionarni servo kočnica{0}}isključena:kontrolni moment nestaje kada pogon ne može opskrbiti napajanje.
- Korištenje predopterećenja kao sigurnosne funkcije:predopterećenje poboljšava krutost i performanse zazora, a nije pouzdano držanje opterećenja.
- Odabir kočnice samo iz momenta gravitacije:Energija zaustavljanja u nuždi, kašnjenje uključivanja i maksimalno dinamičko opterećenje mogu upravljati odabirom.
- Zanemarivanje ukupne pokretne mase:moraju biti uključeni alati, učvršćenja, predmeti za obradu, kablovi i pomoćni mehanizmi.
- Provjera samo nosivosti vijaka:vijek trajanja matice, izvijanje osovine, ležajevi potpore, okretni moment motora, kapacitet spojke i performanse kočnice različite su granice.
- Primjena kočnice tokom svakog normalnog zaustavljanja pri velikoj-brzini:kočnica za zadržavanje može se brzo istrošiti ako se koristi kao radna kočnica osim ako nije posebno naznačena za tu dužnost.
Zaključak
Kuglični vijak se može pomicati i podržavati vertikalno opterećenje, ali visoka efikasnost prijenosa također omogućava vožnju unazad. Pouzdan dizajn vertikalne-ose stoga odvaja kontrolu kretanja od držanja opterećenja. Vijak i motor kontroliraju normalno kretanje; kočnica, stezaljka ili druga veza kontrolišu opterećenje kada obrtni moment nije dostupan.
Dizajn treba da uzme u obzir ukupnu pokretnu masu, olovo, obrtni moment unatrag, ubrzanje, silu procesa, odziv kočnice i raspored krajnjeg{0}}oslonca. Predopterećenje i smjer navoja ne smiju se tretirati kao zamjena za provjerenu kočnicu. Tamo gdje nenamjerno spuštanje stvara značajnu opasnost, nezavisan sekundarni uređaj treba odabrati kroz formalnu procjenu rizika mašine.
Reference
- ISO 3408-1, Kuglični vijci - Rečnik i oznaka.
- Opći tehnički katalog kugličnih vijaka, odjeljci koji pokrivaju odnos potiska-prema-momentu, efikasnost u obrnutom smjeru, potporne jedinice i vijčano{2}}izvijanje osovine.
Potrebna vam je tehnička potvrda za vertikalnu osovinu kugličnog vijka?
DLY može pomoći u provjeri promjera vijka, provodnika, aksijalnog opterećenja, brzine i krajnjeg{0}}podrška rasporeda za vašu aplikaciju.
WhatsApp: +86 166 0578 8856 E-pošta: dlyexport2@dlybearing.com
