Jak sladit kuličkový šroub a lineární vedení pro jednu osu: zatížení, rychlost, přesnost a velikost

A kuličkový šroubalineární vedenívykonávat různé funkce na stejné ose pohybu. Tato příručka vysvětluje, jak je dimenzovat a sladit podle zatížení, rychlosti, přesnosti, zdvihu, tuhosti a podmínek instalace namísto spoléhání se na párování s pevnou velikostí.

1. Co nese kuličkový šroub a co nese lineární vedení?

Kuličkový šroub a lineární vedení spolupracují, ale nenesou stejné zatížení.

Thekuličkový šroub primárně přenáší axiální tah. V závislosti na stroji to může zahrnovat zrychlovací sílu, procesní sílu, třecí odpor a na svislé ose hmotnost pohybující se sestavy.

Thelineární vedení podporují a omezují pohyblivou strukturu. Přenášejí vertikální a příčné síly a odolávají klopným, zatáčivým a valivým momentům způsobeným zatížením, vnějšími silami a posunutím těžiště--těžiště.

Z tohoto důvodu by neměl být kuličkový šroub považován za hlavní radiální vodicí prvek osy. Vodítka by měla ovládat dráhu pohybu, zatímco šroub zajišťuje hlavně hnací sílu.

2. Aplikační vstupy požadované před dimenzováním

Před výběrem kterékoli součásti shromážděte provozní podmínky celé osy.

Pohyblivá mše

Zahrňte všechny součásti, které se pohybují s vozíkem, jako je stůl, přípravek, obrobek, vřeteno, nástroje a jakékoli zařízení namontované na pohyblivé sestavě.

Vnější síly

Identifikujte řezné, lisovací, upínací nebo jiné procesní síly. Směr a bod, kde síla působí, jsou důležité, protože určují jak tah kuličkového šroubu, tak momentová zatížení lineárního vedení.

Montážní orientace

Určete, zda je osa vodorovná, svislá nebo nakloněná. Na vodorovné ose je gravitace podporována hlavně vodítky. Na vertikální ose se gravitace také stává spojitým axiálním zatížením na kuličkový šroub a hnací systém.

Zdvih a délka instalace

Efektivní zdvih není stejný jako celková délka šroubu. Prostor je také potřeba pro kulovou matici, opěrné jednotky,-obrábění konců hřídele a konstrukci stroje.

Rychlost a zrychlení

Při zrychlení vzniká setrvačná síla podle:

F = m × a

Těžká osa může generovat značný tah i při střední rychlosti, pokud je zrychlení vysoké.

Požadavky na přesnost

Definujte přesnost polohování, opakovatelnost, povolenou vůli nebo axiální vůli a požadovanou tuhost. Stupeň přesnosti šroubu by měl vycházet ze skutečných požadavků na polohování stroje, spíše než z pouhého výběru nejvyšší dostupné třídy.

Pracovní cyklus

Provozní hodiny, počet cyklů za hodinu, dráha jízdy na cyklus a kolísání zatížení ovlivňují požadovanou životnost jak kuličkového šroubu, tak lineárního vedení.

3. Nastavte velikost lineárních vedení podle sil, momentů a rozestupů bloků

Dimenzování lineárního vedení by nemělo vycházet pouze z celkové hmotnosti stroje.

Například pohybující se sestava o hmotnosti 500 kg vytváří gravitační sílu přibližně:

500 × 9.81 = 4,905 N

Pokud osa používá dvě kolejnice a čtyři bloky, rozdělení 4 905 N rovnoměrně mezi čtyři bloky poskytuje pouze idealizovanou statickou hodnotu. Skutečné stroje mají často posunuté těžiště nebo vnější síly, které vytvářejí momenty.

Výběr průvodce by proto měl vzít v úvahu:

• rozteč mezi kolejnicemi-k-kolejnici;
• mezery mezi bloky-do{1}}bloku;
• výška těžiště--;
• podélná a příčná poloha zatížení;
• směr vnější síly;
• klopení, zatáčení a valivé momenty.

Zvětšení vzdálenosti mezi kolejnicemi obecně zlepšuje odolnost vůči valivým momentům, zatímco zvětšení podélné vzdálenosti mezi bloky může zlepšit odolnost vůči klopným a zatáčivým momentům.

Po výpočtu rozložení zatížení zkontrolujte výrobcem vodítka dynamickou únosnost, statickou únosnost, dovolené momenty a požadovanou životnost.

4. Nastavte velikost kuličkového šroubu podle tahu, životnosti, vzpěru a kritické rychlosti

Požadovaný axiální tah

Pro horizontální osu lze požadovaný tlak šroubu odhadnout z akcelerační síly, vnější procesní síly a mechanické odolnosti.

F_celkový = F_akcelerace + F_proces + F_odpor

U svislé osy musí být zahrnuta také gravitace. Samotná vertikálně se pohybující hmota o hmotnosti 500 kg vytváří přibližně 4 905 N gravitačního zatížení, než se přidají zrychlení a procesní síly.

Životnost kuličkového šroubu

Životnost kuličkového šroubu závisí na vztahu mezi dynamickou únosností šroubu a ekvivalentním axiálním provozním zatížením. Místo použití pouze maximální síly by mělo být uvažováno skutečné spektrum zatížení.

Vzpěr

Dlouhé kuličkové šrouby vystavené tlakovému zatížení musí být zkontrolovány na vybočení. Mezi důležité faktory patří průměr kořene šroubu, délka bez podepření, uspořádání podpěry a tlaková síla.

Kritická rychlost

Dlouhé rotující šrouby musí také zůstat pod svou přípustnou kritickou rychlostí. Požadované otáčky šroubu závisí na lineární rychlosti a stoupání šroubu.

Větší stoupání může snížit rychlost otáčení šroubu pro stejnou lineární rychlost posuvu, ale také mění točivý moment motoru, mechanickou výhodu a rozlišení polohy. Průměr a olovo by proto měly být vybírány společně.

5. Přesnost shody, předpětí a tuhost

Samotná nosnost neurčuje, zda jsou šroub a vodítka správně sladěny. Kompletní osa musí také poskytovat požadovanou přesnost a tuhost.

Přesnost kuličkového šroubu

Vyberte stupeň přesnosti kuličkového šroubu podle dráhy osy, tolerance polohování, strategie řízení a celkového rozpočtu chyb stroje.

Předpětí

Předpětí kuličkového šroubu může snížit axiální vůli a zvýšit tuhost, zatímco předpětí vedení může snížit posunutí při měnícím se zatížení. Nadměrné předpětí však zvyšuje tření, tvorbu tepla a citlivost na chyby při instalaci.

Cílem není všude specifikovat maximální předpětí nebo maximální přesnost. Šroub, vodítka, nosná ložiska, spojka, montážní plochy a rám stroje by měly být vybrány jako jeden mechanický systém.

6. Zkontrolujte vyrovnání vedení šroubu a geometrii instalace

Dokonce i správně dimenzované součásti mohou fungovat špatně, pokud jsou šroub a vodítka instalovány s nadměrnou nesouosostí.

Mezi důležité faktory instalace patří:

• rovinnost povrchu montáže kolejnice-;
• rovnoběžnost mezi vodicími kolejnicemi;
• vyrovnání kuličkového šroubu;
• podpora-vyrovnání ložisek;
• přesnost montáže kuličkové matice;
• tuhost pohyblivého vozíku.

Špatné vyrovnání může zvýšit točivý moment pohonu, teplo a opotřebení a zároveň snížit životnost a polohovací výkon. Předem zatížené systémy obecně kladou vyšší nároky na přesnost instalace.

7. Zpracovaný příklad: 500 kg horizontální automatizační osa

Zvažte předběžnou horizontální automatizační osu s následujícími požadavky:

Krok 1: Výpočet setrvačné síly

Při zrychlení 1,0 m/s²:

F = 500 × 1.0 = 500 N

Toto je pouze síla zrychlení. Ještě je třeba přidat procesní sílu a mechanickou odolnost.

Krok 2: Výpočet vodícího zatížení

Vodicí systém podporuje přibližně 4 905 N statické hmotnosti. Zatížení jednotlivých bloků však nelze potvrdit, dokud není známa rozteč kolejnic, rozteč bloků a poloha těžiště--závaží.

Krok 3: Vyberte Uspořádání vodítek

Vypočítejte síly a momenty působící na každý blok pomocí skutečné geometrie stroje, poté vyberte řadu vodítek a konfiguraci bloku, které poskytují požadovanou nosnost, momentovou kapacitu, tuhost a životnost.

Krok 4: Vyberte kuličkový šroub

Určete požadovaný axiální tlak a poté zkontrolujte průměr šroubu, stoupání, dynamickou nosnost, očekávanou životnost, kritickou rychlost a případně vzpěr.

Tento příklad záměrně neuvádí pevnou velikost šroubu nebo vodítka, protože chybějící geometrie a údaje o síle procesu-mohou podstatně změnit konečný výběr.

8. Běžné chyby při párování

Použití pevného šroubu-k-tabulce velikostí

Mezi průměrem kuličkového šroubu a velikostí lineárního vedení neexistuje žádný univerzální vztah-k{1}}jednomu.

Výběr pouze vodítek z hmotnosti stroje

Posun těžiště--těžiště a vnější momenty mohou způsobit mnohem vyšší zatížení jednotlivých bloků, než naznačuje jednoduchý výpočet hmotnosti.

Výběr pouze kuličkového šroubu z nosnosti

Šroub může mít dostatečnou axiální nosnost, ale přesto nesplňuje kritické požadavky aplikace na kritickou -rychlost, vzpěr, vedení nebo{1}}délku instalace.

Ignorování zrychlení

Zrychlení může způsobit značné tahové a momentové zatížení, zejména na těžkých a-vysokocyklových osách.

Použití kuličkového šroubu jako vodítka

Lineární vedení by měla řídit dráhu pohybu. Kuličkový šroub by měl přenášet hlavně axiální hnací sílu.

Určení nadměrného předpětí

Více předpětí není vždy lepší. Nadměrné předpětí zvyšuje tření, teplo a citlivost na montážní chyby.

9. Kontrolní seznam RFQ pro kompletní systém kuličkového šroubu a lineárního vedení

Pro předběžný výběr kuličkového šroubu a lineárního vedení poskytněte:

• Pohybující se hmota a vnější procesní síla
• Horizontální, vertikální nebo šikmá montáž
• Efektivní zdvih
• Maximální rychlost a zrychlení
• Přesnost polohování a opakovatelnost
• Denní provozní hodiny a frekvence cyklů
• Dostupná délka instalace kuličkového šroubu
• Počet kolejnic a bloků
• Rozteč kolejnic a rozteč bloků
• Poloha těžiště--, je-li k dispozici
• Pracovní prostředí
• Prototyp a výrobní množství

Strojový výkres nebo jednoduché rozvržení os je zvláště užitečné, když je zatížení odsazeno od osy vedení.

Závěr

Sladění kuličkového šroubu a lineárního vedení není otázkou spárování dvou katalogových velikostí.

Lineární vedení by měla být vybrána podle sil, momentů, rozložení zatížení, geometrie a požadované životnosti. Kuličkový šroub by měl být vybrán podle axiálního tlaku, životnosti, průměru, stoupání, kritické rychlosti, vzpěru a požadavků na umístění.

Výsledná kombinace by pak měla být zkontrolována jako kompletní systém z hlediska tuhosti, přesnosti, vyrovnání a podmínek instalace.

← Zpět na DLY Blog