Un eix de posicionament pot utilitzar un servomotor precís i un bastidor de màquina rígid, però encara no aconsegueix la repetibilitat o la qualitat de superfície requerides. En molts casos, la limitació prové del sistema de transmissió mecànica entre el motor i la plataforma mòbil.
A cargol de bolesconverteix el moviment giratori en moviment lineal controlat mitjançant el contacte rodant entre l'eix del cargol, les boles i la femella. El seu rendiment pràctic, però, depèn de molt més que la presència de boles de recirculació. La precisió del plom, el joc axial, la precàrrega, la rigidesa, els coixinets de suport, l'alineació de la instal·lació i la lubricació afecten el resultat final del posicionament.
Entendre aquests factors ajuda els enginyers a seleccionar un cargol de boles com a part d'un sistema de moviment complet en lloc de tractar el diàmetre i el plom com a únics paràmetres de selecció.
Com un cargol de boles transmet el moviment
Es formen ranures helicoïdals a l'eix del cargol i a l'interior de la femella. Les boles carregades viatgen entre aquestes ranures i transfereixen la força mitjançant el contacte rodant. Quan el cargol o la femella gira, l'altre component es mou axialment segons el pas del cargol. Un sistema de retorn fa circular les boles de nou a la zona carregada de manera que és possible el moviment continu.
La relació teòrica entre la velocitat de rotació i la velocitat lineal és:
v=n × Ph / 60
Onvés la velocitat lineal en mm/s,nés la velocitat de rotació en r/min iPhés el pas del cargol en mm.
Per exemple, un cargol de boles de plom de 10 mm que gira a 1.500 r/min produeix una velocitat lineal teòrica de 250 mm/s. El rendiment real de l'eix també ha de tenir en compte l'acceleració, la càrrega, la fricció, la deformació del cargol i la configuració-del sistema de control.
Contacte rodant i eficiència de transmissió
Els cargols lliscants convencionals generen fricció a través de les superfícies de contacte lliscants. En un cargol de boles, els elements rodants redueixen substancialment aquesta fricció. En condicions de funcionament adequades, l'eficiència de la transmissió del cargol de boles pot arribar a aproximadament el 90% o més, tot i que el valor real depèn de l'angle d'entrada, la precàrrega, la lubricació, els segells, la velocitat i la càrrega.
La fricció més baixa redueix el parell motor necessari per moure una càrrega determinada i limita la generació de calor durant el funcionament repetit. També fa que l'acceleració ràpida i els canvis de direcció freqüents siguin més pràctics. Tanmateix, l'alta eficiència significa que alguns cargols de boles es poden tornar-conduir per una càrrega axial externa. Per tant, pot ser necessari un fre o un altre dispositiu de retenció en els eixos verticals.
Tecnologies clau darrere de la transmissió de precisió
| Factor tècnic | El que controla | Efecte a nivell{0}}del sistema |
|---|---|---|
| Precisió del plom | Diferència entre el recorregut comandat i el recorregut real durant una carrera especificada | Precisió de posicionament i coherència de viatge |
| Joc axial | Moviment axial lliure entre el cargol i la femella | Pèrdua de moviment durant la inversió de direcció |
| Precàrrega | Càrrega interna aplicada per reduir l'espai lliure i augmentar la rigidesa | Resposta inversa, rigidesa, calor i parell de funcionament |
| Rigidesa axial | Resistència al desplaçament elàstic sota força axial | Desviació de la-posició de càrrega i estabilitat de mecanitzat |
| Configuració de suport | Restricció als extrems de l'eix mecanitzat | Velocitat crítica, capacitat de pandeig i rigidesa total de l'eix |
| Lubricació i segellat | Estat de les superfícies de contacte rodant | Desgast, temperatura, soroll i vida útil |
La precisió del plom no és el mateix que la repetibilitat
La precisió del plom descriu fins a quin punt el recorregut axial real segueix el recorregut especificat en una distància definida. Es relaciona principalment amb la precisió de fabricació de cargols i la desviació acumulada del plom.
La repetibilitat descriu la capacitat d'un eix per tornar a la mateixa posició en les mateixes condicions. Un sistema pot tornar de manera consistent a una posició mentre encara té un error de viatge previsible en una altra posició. La repetibilitat està influenciada pel joc, la precàrrega, la rigidesa del coixinet, la temperatura, l'ajust del servo i la resolució de retroalimentació, així com la precisió del cargol.
Per aquest motiu, seleccionar només un grau de precisió més alt no elimina automàticament tots els errors de posicionament. La precisió de viatge i la repetibilitat requerides s'han d'especificar per separat.
Precàrrega, joc i rigidesa axial
Quan un eix inverteix la direcció, el joc axial pot aparèixer com a moviment perdut abans que la càrrega comenci a moure's en la direcció oposada. La precàrrega s'utilitza per reduir o eliminar aquest joc i millorar la rigidesa de contacte entre la femella, les boles i les ranures del cargol.
La precàrrega es pot produir mitjançant una disposició de rosca doble-, una femella de pas desplaçat- o unes dimensions de boles seleccionades, depenent del disseny. Acargol de bola-doble, per exemple, pot aplicar una precàrrega entre dues seccions de femella i sovint es considera quan es requereix un joc axial baix i una rigidesa més alta.
Més precàrrega no sempre és millor. La precàrrega excessiva augmenta el parell de funcionament, la calor de fricció i l'esforç de contacte intern. Pot reduir la velocitat assolible i escurçar la vida útil. El nivell de precàrrega correcte ha de coincidir amb la càrrega aplicada, el cicle de treball, el requisit de posicionament i les condicions tèrmiques.
La rigidesa s'ha d'avaluar com a sistema
El desplaçament axial total d'un eix d'alimentació no està determinat només per la femella. L'eix del cargol s'estira o es comprimeix sota càrrega, mentre que la femella, els coixinets de suport, la carcassa del coixinet, l'acoblament, les superfícies de muntatge i el bastidor de la màquina també es deformen.
La part més feble d'aquesta cadena mecànica pot limitar la rigidesa general. Per tant, augmentar la precàrrega de la femella proporcionarà una millora limitada si el cargol és massa prim, la longitud sense suport és excessiva o la carcassa del coixinet no té rigidesa.
L'expansió tèrmica també s'ha de tenir en compte en eixos llargs o d'alta velocitat{0}}. La calor generada per la femella, els coixinets i l'equip adjacent pot canviar la longitud efectiva del cargol. Depenent del disseny de la màquina, els efectes tèrmics es poden controlar mitjançant la lubricació, el refredament, la disposició dels coixinets, la compensació de temperatura o la instal·lació d'un cargol tensat.
Coixinets de suport i mecanitzat final
Els coixinets de suport de precisió localitzen el cargol axialment i ajuden a suportar l'empenta en una o ambdues direccions. La disposició de suport-extrem afecta la rigidesa de l'eix, la velocitat crítica i la resistència al pancament per compressió.
Els arranjaments habituals inclouen configuracions fixes-lliures, fixes-suportades i fixes-fixes. El muntatge sense fixació és estructuralment senzill, però ofereix una velocitat crítica i una capacitat de deformació més baixa-. Els arranjaments amb suport fix i fix-fix són generalment més adequats a mesura que augmenta la longitud del cargol, la velocitat de rotació o la càrrega axial.
El mecanitzat final ha de correspondre a les unitats de coixinets seleccionades, la contrafeta, l'acoblament i les dimensions de muntatge. Els ajustaments incorrectes dels coixinets, la geometria de l'espatlla o la concentricitat de l'extrem-de l'eix poden introduir vibracions i errors de posicionament fins i tot quan el cargol en si té la precisió adequada.
Límits de velocitat i càrrega compressiva
Un cargol de boles no s'ha de seleccionar només per velocitat lineal. La velocitat de rotació augmenta a mesura que augmenta la velocitat lineal sol·licitada o el plom disminueix. Un cargol giratori llarg pot apropar-se a la seva velocitat crítica i començar a vibrar. La velocitat de funcionament permesa també depèn del diàmetre del cargol, la longitud sense suport, l'estat del suport-extrem, el disseny de circulació de la femella i la lubricació.
Quan l'eix del cargol està sotmès a compressió, també s'ha de comprovar la capacitat de pandeig. Un diàmetre d'arrel més petit i una longitud sense suport més llarga redueixen la càrrega de compressió admissible. Els càlculs de velocitat crítica i de pandeig haurien d'incloure un marge de seguretat adequat en lloc d'utilitzar valors límit teòrics com a condicions de funcionament continu.
Capacitat de càrrega i vida útil
La qualificació de càrrega dinàmica s'utilitza quan s'estima la vida útil a la fatiga sota moviments repetits, mentre que la capacitat de càrrega estàtica es relaciona amb el risc de deformació permanent sota càrrega màxima o d'impacte. La selecció s'ha de basar en el cicle de funcionament real i no només en la càrrega màxima.
Un cicle de treball realista inclou l'acceleració, el desplaçament a -velocitat constant, la desacceleració, el temps de parada i qualsevol canvi en la direcció de la càrrega. El xoc, la vibració, la mala alineació i la contaminació poden reduir la vida pràctica fins i tot quan un càlcul bàsic de qualificació sembla suficient.
Lubricació, segellat i instal·lació
El lubricant separa les superfícies de contacte rodant, redueix el desgast i ajuda a controlar la calor de fricció. El tipus de lubricant i l'interval de reposició correctes depenen de la velocitat, la càrrega, la carrera, la temperatura de funcionament i les condicions ambientals.
Els eixugaparabrises i els segells ajuden a limitar l'entrada de pols i encenalls, però no substitueixen la protecció externa en ambients molt contaminats. Es poden requerir manxes, cobertes o estructures d'eix tancats al voltant de restes de mecanitzat, partícules abrasives o contaminació líquida.
L'alineació de la instal·lació és igualment important. Forçar la femella o els coixinets de suport a una posició desalineada crea una càrrega interna anormal. Les superfícies de muntatge han d'estar netes i planes, les carcasses dels coixinets s'han d'alinear amb l'eix del cargol i la femella s'ha de moure durant tota la carrera abans de l'estreny final.
Requisits de l'aplicació
| Aplicació | Prioritat típica | Punts per confirmar |
|---|---|---|
| Eix d'alimentació CNC | Rigidesa i precisió de posicionament | Grau de precisió, precàrrega, càrrega de tall i disposició dels coixinets |
| Equips d'automatització | Velocitat de cicle i repetibilitat | Plom, acceleració, carrera, cicle de treball i lubricació |
| Equips d'inspecció | Moviment suau i variació de posició baixa | Precisió de viatge, estabilitat tèrmica i alineació de la instal·lació |
| Eix d'elevació vertical | Suport de càrrega i seguretat | Enrotllament, retrocés-conducció, fre del motor i càrrega axial màxima |
| Eix-de carrera llarga | Velocitat crítica i comportament tèrmic | Diàmetre de l'arrel, longitud no suportada, suports i velocitat de funcionament |
Informació requerida per a la selecció
Abans de confirmar l'especificació d'un cargol de boles, prepareu la informació de funcionament següent:
- Carrera requerida i longitud total d'instal·lació
- Velocitat lineal màxima i contínua
- Freqüència d'acceleració, desacceleració i cicle
- Massa mòbil, força axial externa i càrrega d'impacte
- Precisió i repetibilitat de posicionament requerides
- Instal·lació horitzontal, vertical o inclinada
- Vida útil prevista i temps de funcionament diari
- Temperatura, pols, xips, humitat i altres condicions ambientals
- Mides d'extrem-coixinets i eix-de suport disponibles
Aquestes condicions s'utilitzen per determinar el diàmetre del cargol, el plom, el tipus de femella, la precisió, la precàrrega, la capacitat de càrrega, la disposició del suport i els requisits de lubricació. Per al posicionament industrial estàndard, un enrotllatCargol de boles SFUpot ser adequat, mentre que les aplicacions que requereixen rigidesa, espai lliure o característiques d'instal·lació diferents poden necessitar una altra configuració de femella.
Preguntes freqüents
Un grau de precisió més alt garanteix una millor repetibilitat?Conclusió
El valor d'un cargol de boles en la transmissió de precisió prové del control coordinat del contacte rodant, la precisió del plom, el joc, la precàrrega, la rigidesa i les condicions de suport. El seu rendiment final també està modelat per la lubricació, l'alineació de la instal·lació, el comportament tèrmic i el sistema de control de la màquina.
Per tant, un cargol de boles adequat no és només el model amb l'error de plom més petit o la capacitat de càrrega més alta. És l'especificació que compleix els objectius de velocitat, precisió, rigidesa i vida{1}de servei requerits en el cicle operatiu real.
Referències
- Cargols de boles de la sèrie ISO 3408 -
- Guia tècnica del cargol rodant que cobreix la capacitat de càrrega, la rigidesa, la velocitat crítica i els càlculs de pandeig
Necessites ajuda per confirmar l'especificació d'un cargol de boles?
Envieu els requisits de carrera, velocitat, càrrega, direcció d'instal·lació i precisió a DLY per a la confirmació tècnica.
Contacta amb nosaltresCorreu electrònic:export@dlybearing.com
