Kako uskladiti kuglični vijak i linearnu vodilicu za jednu os: opterećenje, brzina, tačnost i veličina

A kuglični vijakilinearni vodičobavljaju različite funkcije na istoj osi kretanja. Ovaj vodič objašnjava kako ih dimenzionirati i uskladiti s obzirom na opterećenje, brzinu, tačnost, hod, krutost i uvjete instalacije umjesto da se oslanjate na parove fiksne veličine.

1. Šta nosi kuglični vijak, a šta linearne vođice?

Kuglični vijak i linearne vodilice rade zajedno, ali ne nose isto opterećenje.

Thekuglični vijak prvenstveno prenosi aksijalni potisak. Ovisno o stroju, to može uključivati ​​silu ubrzanja, silu procesa, otpor trenja i, na okomitoj osi, težinu pokretnog sklopa.

Thelinearne vodilice podržavaju i ograničavaju pokretnu strukturu. Nose vertikalne i bočne sile i otporne su na momente naginjanja, skretanja i kotrljanja uzrokovane opterećenjem, vanjskim silama i pomakom-težišta{2}}gravitacije.

Iz tog razloga, kuglični vijak ne treba tretirati kao glavni radijalni vodeći element ose. Vodilice treba da kontrolišu putanju kretanja, dok vijak uglavnom obezbeđuje pogonsku snagu.

2. Unosi aplikacije potrebni prije dimenzioniranja

Prije odabira bilo koje komponente, prikupite radne uvjete cijele ose.

Pokretna masa

Uključite svaku komponentu koja se kreće zajedno s kolicima, kao što su stol, učvršćenje, radni komad, vreteno, alat i bilo koja oprema montirana na pokretni sklop.

Spoljne sile

Identifikujte silu rezanja, pritiskanja, stezanja ili druge procesne sile. Smjer i tačka u kojoj sila djeluje su važni jer određuju i potisak kugličnog vijka i linearna vodeći moment opterećenja.

Orijentacija montaže

Odredite da li je os horizontalna, vertikalna ili nagnuta. Na horizontalnoj osi gravitaciju uglavnom podržavaju vodilice. Na okomitoj osi, gravitacija također postaje kontinuirano aksijalno opterećenje na kugličasti vijak i pogonski sistem.

Hod i dužina ugradnje

Efektivni hod nije isti kao ukupna dužina zavrtnja. Prostor je također potreban za kugličnu maticu, potporne jedinice, mašinsku obradu-kraja osovine i strukturu mašine.

Brzina i ubrzanje

Ubrzanje stvara inercijsku silu prema:

F = m × a

Teška os može stvoriti značajan potisak čak i pri umjerenoj brzini ako je ubrzanje veliko.

Zahtjevi za preciznost

Definirajte tačnost pozicioniranja, ponovljivost, dozvoljeni zazor ili aksijalni zazor i potrebnu krutost. Ocena tačnosti zavrtnja treba da proizilazi iz stvarnih zahteva mašine za pozicioniranje, a ne samo od odabira najviše moguće ocene.

Duty Cycle

Radni sati, ciklusi po satu, putna udaljenost po ciklusu i varijacija opterećenja utječu na potrebni vijek trajanja i kugličnog vijka i linearnih vodilica.

3. Dimenzionirajte linearne vodilice prema silama, momentima i razmaku blokova

Dimenzioniranje linearne vodilice ne bi trebalo biti zasnovano samo na ukupnoj masi mašine.

Na primjer, pokretni sklop od 500 kg proizvodi gravitacijsku silu od približno:

500 × 9.81 = 4,905 N

Ako os koristi dvije šine i četiri bloka, dijeljenje 4,905 N jednako između četiri bloka daje samo idealiziranu statičku vrijednost. Prave mašine često imaju offset centar gravitacije ili vanjske sile koje stvaraju momente.

Odabir vodiča stoga treba uzeti u obzir:

• razmak između tračnica-do-;
• blok{0}}do-razmak između blokova;
• visina-težišta{1}};
• uzdužni i bočni položaj opterećenja;
• smjer vanjske sile;
• momenti naginjanja, skretanja i kotrljanja.

Povećanje razmaka između šina općenito poboljšava otpor momentima kotrljanja, dok povećanje uzdužnog razmaka između blokova može poboljšati otpor na momente naginjanja i skretanja.

Nakon izračunavanja raspodjele opterećenja, provjerite dinamičku ocjenu opterećenja proizvođača vodiča, ocjenu statičkog opterećenja, dopuštene momente i potrebni vijek trajanja.

4. Dimenzionirajte kuglični vijak prema potisku, vijeku trajanja, izvijanju i kritičnoj brzini

Potreban aksijalni potisak

Za horizontalnu os, potrebni potisak vijka može se procijeniti iz sile ubrzanja, vanjske procesne sile i mehaničke otpornosti.

F_ukupno = F_ubrzanje + F_proces + F_otpor

Za vertikalnu osu, gravitacija također mora biti uključena. Samo vertikalno pokretna masa od 500 kg stvara otprilike 4.905 N gravitacionog opterećenja prije nego što se dodaju ubrzanje i procesne sile.

Životni vijek kugličnog vijka

Vijek trajanja kugličnog vijka ovisi o odnosu između dinamičkog opterećenja vijka i ekvivalentnog aksijalnog radnog opterećenja. Treba uzeti u obzir stvarni spektar opterećenja umjesto korištenja samo maksimalne sile.

Buckling

Dugi kuglični vijci podvrgnuti pritisku moraju se provjeriti na izvijanje. Važni faktori su prečnik korena vijka, dužina bez oslonca, raspored nosača i sila pritiska.

Kritična brzina

Dugi rotirajući vijci također moraju ostati ispod dopuštene kritične brzine. Potreban broj obrtaja zavrtnja zavisi od linearne brzine i vodljivosti vijka.

Veći vod može smanjiti brzinu rotacije vijka za istu linearnu brzinu kretanja, ali također mijenja obrtni moment motora, mehaničku prednost i rezoluciju pozicioniranja. Prečnik i olovo stoga treba odabrati zajedno.

5. Preciznost podudaranja, prednaprezanje i krutost

Nosivost sama po sebi ne određuje da li su vijak i vodilice pravilno usklađeni. Kompletna os također mora osigurati potrebnu tačnost i krutost.

Preciznost kugličnog vijka

Odaberite ocenu tačnosti kugličnog vijka prema kretanju osovine, toleranciji pozicioniranja, strategiji upravljanja i ukupnom budžetu greške mašine.

Preload

Predopterećenje kugličnog vijka može smanjiti aksijalni zazor i povećati krutost, dok predopterećenje vodilice može smanjiti pomak pod promjenjivim opterećenjima. Međutim, prekomjerno prednaprezanje povećava trenje, stvaranje topline i osjetljivost na greške u instalaciji.

Cilj nije svuda specificirati maksimalno predopterećenje ili maksimalnu preciznost. Zavrtnje, vodilice, noseći ležajevi, spojnice, montažne površine i okvir mašine treba izabrati kao jedan mehanički sistem.

6. Provjerite poravnanje zavrtnja i vodilice i geometriju instalacije

Čak i komponente pravilne veličine mogu loše raditi ako su vijak i vodilice postavljeni s prevelikim neusklađenošću.

Važni faktori instalacije uključuju:

• ravnost površine za montažu na šinu{0};
• paralelnost između vodilica;
• poravnanje kugličnih vijaka;
• podrška{0}}poravnanje ležajeva;
• tačnost montaže kuglične matice;
• krutost pokretnih kolica.

Loše poravnanje može povećati okretni moment pogona, toplinu i habanje, dok smanjuje vijek trajanja i performanse pozicioniranja. Unaprijeđeni sistemi općenito postavljaju veće zahtjeve za preciznost instalacije.

7. Radni primjer: Horizontalna automatska os od 500 kg

Razmotrite preliminarnu horizontalnu osu automatizacije sa sljedećim zahtjevima:

Korak 1: Izračunajte inercijsku silu

Pri ubrzanju od 1,0 m/s²:

F = 500 × 1.0 = 500 N

Ovo je samo sila ubrzanja. Procesna sila i mehanička otpornost se i dalje moraju dodati.

Korak 2: Izračunajte opterećenje vodiča

Sistem vodilica podržava približno 4.905 N statičke težine. Međutim, pojedinačna opterećenja bloka ne mogu se potvrditi dok se ne znaju razmak između šina, razmak između blokova i-težište-položaj.

Korak 3: Odaberite raspored vodiča

Izračunajte sile i momente koji djeluju na svaki blok koristeći stvarnu geometriju stroja, zatim odaberite seriju vodilica i konfiguraciju bloka koji osiguravaju potrebnu nosivost, kapacitet momenta, krutost i vijek trajanja.

Korak 4: Odaberite kuglični vijak

Odredite potrebni aksijalni potisak, a zatim provjerite promjer vijka, olovo, kapacitet dinamičkog opterećenja, očekivani vijek trajanja, kritičnu brzinu i izvijanje gdje je primjenjivo.

Ovaj primjer namjerno ne navodi fiksnu veličinu zavrtnja ili vodilice jer nedostajuća geometrija i podaci o procesnoj{0}}sili mogu materijalno promijeniti konačni odabir.

8. Uobičajene greške u podudaranju

Korištenje fiksnog zavrtnja-za-Tabelu veličina vodiča

Ne postoji univerzalni odnos-na-jedan između promjera kugličnog vijka i veličine linearne vodilice.

Odabir samo vodilice od težine mašine

Pomak{0}}težišta-pomak i vanjski momenti mogu stvoriti mnogo veća opterećenja na pojedinačnim blokovima nego što sugeriše jednostavna kalkulacija težine.

Odabir samo kugličnog vijka iz nosivosti

Vijak može imati dovoljan kapacitet aksijalnog opterećenja, ali i dalje ne ispunjava zahtjeve za kritičnu-brzinu, izvijanje, provod ili instalacijsku{1}}dužinu aplikacije.

Ignoriranje ubrzanja

Ubrzanje može stvoriti značajan potisak i momentna opterećenja, posebno na teškim i visokim{0}}osama ciklusa.

Upotreba kugličnog vijka kao vodiča

Linearne vodilice treba da kontrolišu putanju kretanja. Kuglični vijak bi trebao uglavnom prenositi aksijalnu pogonsku silu.

Određivanje prevelikog predopterećenja

Više predopterećenja nije uvijek bolje. Prekomjerno prednaprezanje povećava trenje, toplinu i osjetljivost na greške pri montaži.

9. Kontrolna lista RFQ za kompletan sistem kugličnih vijaka i linearnih vodilica

Za preliminarni izbor kugličnog vijka i linearne vodilice, navedite:

• Pokretna masa i vanjska procesna sila
• Horizontalna, vertikalna ili nagnuta montaža
• Efikasan udar
• Maksimalna brzina i ubrzanje
• Preciznost i ponovljivost pozicioniranja
• Dnevni radni sati i frekvencija ciklusa
• Dostupna dužina ugradnje kugličnih vijaka
• Broj šina i blokova
• Razmak između šina i blokova
• Položaj-težišta{1}}, ako je dostupno
• Radno okruženje
• Prototip i količina proizvodnje

Strojni crtež ili jednostavan raspored osi je posebno koristan kada je opterećenje pomaknuto od središnje linije vodilice.

Zaključak

Usklađivanje kugličnog vijka i linearne vodilice nije stvar uparivanja dvije kataloške veličine.

Linearne vodilice treba odabrati prema silama, momentima, raspodjeli opterećenja, geometriji i potrebnom vijeku trajanja. Kuglični vijak treba odabrati u skladu sa aksijalnim potiskom, vijekom trajanja, promjerom, olovkom, kritičnom brzinom, izvijanjem i zahtjevima za pozicioniranje.

Konačnu kombinaciju tada treba provjeriti kao kompletan sistem za krutost, tačnost, poravnanje i uvjete ugradnje.

← Povratak na DLY blog