A parell de cargols de bolesconverteix el moviment giratori en moviment lineal controlat mitjançant el contacte rodant entre l'eix del cargol, les boles d'acer i la femella de bola. El seu rendiment no està determinat només pel cargol. La geometria de la pista, la circulació de boles, la precàrrega, la precisió del cable, la disposició del suport, la lubricació i l'alineació de la instal·lació funcionen conjuntament com un sistema de transmissió.
Aquestes tecnologies determinen si un eix de la màquina pot arribar a la posició requerida repetidament, invertir la direcció sense pèrdua excessiva de moviment i funcionar a la velocitat prevista sense vibracions ni sobreescalfament. És per això que dos conjunts de cargols de boles amb el mateix diàmetre nominal i plom poden comportar-se de manera molt diferent a l'equip real.
Entendre les tecnologies clau d'un parell de cargols de boles ajuda els enginyers a especificar el conjunt segons els requisits de càrrega, carrera, velocitat i posicionament en lloc de seleccionar-lo només pel número de model.
Components del parell de cargols de boles
Un parell complet de cargols de boles normalment conté un eix de cargol, una femella de boles, boles d'acer, un sistema de retorn de boles i segells o eixugaparabrises. En un eix de màquina, també funciona amb coixinets de suport, una connexió de motor i un sistema de lubricació.
| Component | Funció principal | Efecte en el rendiment |
|---|---|---|
| Eix de cargol | Proporciona la pista helicoïdal i transmet el moviment giratori | Influeix en la precisió del plom, la capacitat de càrrega, la velocitat crítica i la força de la columna |
| Nou de bola | Conté la pista corresponent i transfereix la càrrega axial | Afecta la rigidesa, el mètode de muntatge i l'espai disponible |
| Boles d'acer | Roda entre l'eix i els canals de la femella | Afecta la suavitat, la distribució de la càrrega, la precàrrega i la vida a la fatiga |
| Sistema de retorn | Recircula les boles per un camí tancat | Influeix en la velocitat de funcionament, el soroll i l'estabilitat de la circulació |
| Esborratxes i segells | Limiteu l'entrada de contaminants i la pèrdua de lubricant | Ajudeu a protegir els canals i allargar la vida útil |
Contacte rodant i geometria de la pista
La tecnologia central d'un parell de cargols de boles és la substitució del contacte lliscant per un contacte rodant de recirculació. Quan el cargol o la femella gira, les boles es mouen al llarg de les pistes helicoïdals i transfereixen la força entre els dos components. Després de passar per la zona carregada, les boles tornen al punt de partida a través del sistema de circulació.
Aquest mecanisme redueix la fricció i permet que el conjunt funcioni de manera eficient sota càrrega axial. Tanmateix, descriure un cargol de boles com a "fricció zero" és inexacte. El contacte de rodament, els segells, la batuda del lubricant, la precàrrega i la recirculació de boles produeixen resistència i calor.
La precisió del perfil de la pista és especialment important. La conformitat entre la bola i la ranura controla l'àrea de contacte i la distribució de càrrega. La mala geometria o la mida inconsistent de la bola poden provocar una càrrega desigual, fluctuacions de parell, vibracions i fatiga superficial prematura.
Tecnologia de recirculació de boles
Com que les boles viatgen contínuament per la pista carregada, han de tornar per un camí de circulació tancat. Els dissenys de retorn habituals inclouen tubs de retorn externs, deflectors interns i estructures de circulació-caps finals.
Cap disseny de circulació únic és el millor per a cada màquina. Un disseny intern compacte pot adaptar-se a equips amb un espai d'instal·lació limitat, mentre que es pot seleccionar una altra estructura per a un requisit de plom, velocitat o càrrega particular. Les transicions entre la pista carregada i el camí de tornada han de permetre que les boles entrin i surtin sense problemes.
A velocitats de rotació més altes, la recirculació inestable pot augmentar l'impacte, la vibració, la temperatura i el soroll. Per tant, el rendiment d'alta-velocitat depèn de més que el cable del cargol. També requereix una geometria del camí de retorn-adequada, espaiat de boles, lubricació i precisió d'instal·lació.
Precisió i posicionament del plom
El recorregut lineal teòric per a una revolució del cargol és igual al pas nominal. El viatge real difereix lleugerament a causa de l'error de plom. La precisió del cargol de boles descriu la variació permesa d'aquest moviment real durant una longitud de recorregut especificada.
El rendiment del posicionament no s'ha de jutjar només pel grau de precisió. L'error final d'un eix de màquina també pot incloure el joc axial, la deformació elàstica, el moviment del suport-coixinet, l'expansió tèrmica, l'error d'acoblament, la desalineació del muntatge i les limitacions del sistema-de retroalimentació.
Distinció important:la precisió del cable descriu l'error de viatge, el joc descriu el moviment perdut durant la inversió i la repetibilitat descriu la coherència amb què l'eix torna a la mateixa posició comandada. Aquests termes no s'han d'utilitzar indistintament.
Els cargols de boles enrotllades s'utilitzen àmpliament en sistemes generals d'automatització i posicionament, mentre que els cargols de boles de terra es seleccionen quan l'aplicació requereix una precisió de plom més ajustada i una geometria de pista més controlada. La qualificació adequada s'ha de basar en el rendiment de l'eix requerit en lloc de suposar que sempre és necessària la nota més alta.
Precàrrega, reacció i rigidesa
El joc axial intern pot produir moviment perdut quan l'eix inverteix la direcció. La precàrrega aplica una força interna entre les boles i les pistes per reduir l'espai lliure i augmentar la rigidesa axial. Es pot crear mitjançant una selecció de mida de bola-, un disseny de pista desplaçada o una disposició de doble-rosca.
Una precàrrega més alta no és millor automàticament. L'augment de la precàrrega pot millorar la resposta d'inversió i la rigidesa, però també augmenta el parell de fricció i la generació de calor. Una precàrrega excessiva pot escurçar la vida a la fatiga, augmentar la demanda del motor i fer que el conjunt sigui més sensible a la desalineació.
La precàrrega correcta depèn de la càrrega axial externa, la rigidesa requerida, el cicle de treball, l'acceleració, la velocitat de funcionament i la precisió de la instal·lació. És possible que les aplicacions amb requisits de posicionament modestos no necessitin la mateixa precàrrega que un eix d'alimentació d'eines de màquina-de precisió.
Capacitat de càrrega i vida útil a la fatiga
La capacitat de càrrega del cargol de boles està influenciada pel diàmetre de la bola, la geometria de la pista, el nombre de boles carregades, el nombre de circuits de circulació i l'estat del material. Normalment, els catàlegs proporcionen una classificació bàsica de càrrega dinàmica per als càlculs de fatiga-vida útil i una classificació bàsica de càrrega estàtica per comprovar la deformació permanent sota càrregues elevades o estacionàries.
La vida operativa real es veu fortament afectada per la càrrega axial equivalent. Les càrregues de xoc, la mala alineació i la contaminació poden fer que la càrrega real de les boles individuals sigui molt superior al que suggereix l'empenta nominal de la màquina. Com que la vida útil calculada per fatiga canvia bruscament amb la càrrega, una estimació de càrrega incorrecta pot produir un resultat de vida útil-poc realista.
Per tant, la selecció ha de tenir en compte la càrrega normal, la càrrega màxima, la força d'acceleració, el cicle de treball i l'orientació de funcionament. Un eix vertical també pot requerir un fre o un contrapès perquè l'alta eficiència d'un cargol de boles pot permetre la conducció enrere-quan s'elimina el parell d'accionament.
Velocitat i velocitat crítica
Un cable més gran produeix un recorregut més lineal per revolució, la qual cosa permet assolir una velocitat d'alimentació objectiu a una velocitat de rotació més baixa. Tanmateix, el plom també afecta el parell d'accionament requerit, la resolució mecànica disponible i el disseny de la femella.
Per a un cargol giratori, la velocitat màxima pot estar limitada pel sistema de circulació de boles i per la velocitat crítica de l'eix. La velocitat crítica és la velocitat de rotació a la qual el cargol s'acosta a una ressonància de flexió i comença a batre o vibrar. Està influenciat principalment pel diàmetre de l'arrel del cargol, la longitud sense suport i la disposició del suport-extrem.
Un cargol llarg i prim en general arriba al seu límit de velocitat abans que un cargol curt i de -diàmetre més gran. Augmentar el diàmetre de l'arrel, reduir la longitud no suportada o utilitzar una disposició de suport més rígida pot augmentar la velocitat de funcionament permesa. El disseny hauria de mantenir un marge adequat per sota del límit calculat en lloc d'operar contínuament en ressonància.
Control tèrmic i lubricació
La calor canvia la longitud de l'eix del cargol i pot crear una deriva de posicionament fins i tot quan la precisió del cable original és alta. La calor pot provenir de la precàrrega, els coixinets de suport, els segells, el cicle ràpid i la lubricació insuficient o excessiva.
El greix s'utilitza habitualment quan es prefereix una solució de manteniment senzilla, mentre que la lubricació d'oli es pot adoptar en sistemes centralitzats o de més velocitat{0}}. El tipus de lubricant, la viscositat i l'interval de reposició han de coincidir amb la velocitat de funcionament, la càrrega, la temperatura i l'entorn.
Els equips de precisió també poden utilitzar mesures de control de temperatura, escalfament-controlat, compensació tèrmica, pretensió de l'eix o refredament. Aquests mètodes aborden el comportament tèrmic a nivell del sistema en lloc de confiar només en un grau de precisió més elevat del cargol de boles.
Suport i instal·lació
El parell de cargols de boles no funciona independentment de la seva estructura de muntatge. Els coixinets de suport situen el cargol axial i radialment, mentre que l'acoblament el connecta al motor. Els arranjaments de suport habituals inclouen configuracions de fixació lliure, de suport fix i de fixació fixa.
La desalineació de la instal·lació pot crear una càrrega lateral que el cargol de boles no estava dissenyat per suportar. Això pot provocar un parell anormal, un desgast desigual i una temperatura excessiva. L'eix del cargol, la carcassa de la femella, els coixinets de suport i el sistema de guia lineal han de compartir l'alineació correcta.
El mecanitzat final també ha de coincidir amb els suports de coixinets seleccionats i la connexió del motor. Els cargols de boles DLY es poden subministrar amb un mecanitzat final específic de l'aplicació-i combinar-losunitats de suport de cargols de bolesper a la integració a l'estructura de la màquina.
Paràmetres clau per a la selecció
| Paràmetre | Per què importa | Informació per confirmar |
|---|---|---|
| Diàmetre del cargol | Afecta la capacitat de càrrega, la rigidesa, la resistència al pandeig i la velocitat crítica | Càrrega axial, longitud total i distància de suport |
| Plom | Afecta la velocitat lineal, les rpm del motor, el parell i la resolució | Velocitat objectiu, acceleració i característiques del motor |
| Grau de precisió | Controla la variació de plom permesa | Tolerància de posicionament i viatge efectiu |
| Precàrrega o despatx | Influeix el joc, la rigidesa, el parell i la temperatura | Precisió d'inversió, cicle de treball i càrrega externa |
| Forma de nou | Determina la interfície de muntatge i la capacitat de càrrega disponible | Dimensions de la carcassa i direcció de muntatge |
| Arranjament de suport | Afecta la rigidesa axial, la velocitat crítica i el comportament tèrmic | Carrera, longitud de l'eix, velocitat i espai d'instal·lació |
| Entorn operatiu | Determina els requisits de segellat, lubricació i protecció | Pols, xips, humitat i temperatura ambient |
Aplicacions
Els parells de cargols de boles s'utilitzen quan es requereix un moviment lineal controlat, una capacitat de càrrega axial i un posicionament repetible. Les aplicacions típiques inclouen eixos d'alimentació CNC, automatització industrial, maquinària d'envasat, equips d'inspecció, equips de semiconductors, dispositius mèdics i sistemes de posicionament robòtics.
El nivell de tecnologia requerit difereix segons l'aplicació. Un mecanisme de transferència general pot prioritzar el cost, la capacitat de càrrega i la fiabilitat, mentre que un eix de màquina-eina pot posar més èmfasi en la precisió del cable, la precàrrega, l'estabilitat tèrmica i la rigidesa estructural. La selecció hauria de començar per les condicions de funcionament i no només pel nom de l'aplicació.
Preguntes freqüents
Un parell de cargols de boles és el mateix que un cargol de boles?Els termes s'utilitzen sovint de manera intercanviable. "Parell de cargols de boles" emfatitza el conjunt de l'eix del cargol i la femella de boles coincidents, incloses les boles i els components de circulació, en lloc de l'eix del cargol sol.
No tots els cargols de boles estan lliures de joc-. L'espai lliure axial depèn del disseny intern i de les condicions de muntatge. La precàrrega adequada pot reduir o eliminar l'espai lliure mesurable, però també augmenta el parell de fricció i la calor.
Els factors importants inclouen la precisió del cable, el joc axial, la precàrrega, la deformació elàstica, la rigidesa del suport-coixinet, l'expansió tèrmica, l'alineació del muntatge i el sistema de control i retroalimentació de la màquina.
Les causes habituals inclouen una precàrrega excessiva, una lubricació inadequada, una desalineació, components de circulació danyats, velocitat excessiva i alta resistència de segellat. S'ha de comprovar la font abans de canviar el lubricant o la precàrrega.
Conclusió
La tecnologia clau d'un parell de cargols de boles no es limita al moviment de baixa-fricció. El rendiment fiable prové de la interacció de la geometria de la pista, la circulació de boles, la precisió, la precàrrega, la rigidesa, la capacitat de càrrega, el control de velocitat, la lubricació i l'estructura de muntatge.
Per a la selecció, confirmeu la càrrega axial, la carrera efectiva, la velocitat objectiu, el requisit de precisió, el cicle de treball, l'espai de muntatge, la disposició de suport i l'entorn de treball. DLY pot proporcionar solucions de cargols de boles C7 enrotllat i C5 de terra, inclosa la configuració de la femella, la precàrrega, el mecanitzat final i la concordança-d'unitats de suport.
Per a la selecció del cargol de boles o la confirmació tècnica, envieu el diàmetre, el pas, la carrera, la càrrega, la velocitat, el grau de precisió i el dibuix de mecanitzat final{0}}necessaris.
Referències
- ISO 3408-1 - Cargols de boles: vocabulari i designació.
- Cargols de boles ISO 3408-3 -: condicions d'acceptació i proves d'acceptació.
- Catàlegs d'enginyeria del fabricant i manuals tècnics que cobreixen la precisió del cargol de boles, la precàrrega, la capacitat de càrrega i la velocitat crítica.
