Si el vostre instint és el cargol de rodets, aquest instint pot estar costant el disseny de la vostra màquina més del que necessita. Els avenços de la tecnologia de cargols de boles de gran càrrega durant l'última dècada han canviat significativament el càlcul - i, per a moltes aplicacions de càrrega pesada, un cargol de boles de càrrega elevada ara ofereix un rendiment equivalent a menys de la meitat del cost d'un cargol de rodets comparable.
En aquest article s'explica com es diferencien les dues tecnologies a nivell de mecànica de contacte, on cadascuna té un millor rendiment, com són els costos reals i les compensacions{0}}de mida reals i com estructurar la decisió de selecció per a la vostra càrrega, carrera i cicle de treball específics.
Per què la capacitat de càrrega és diferent: mecànica de contacte
La diferència fonamental entre un cargol de boles i un cargol de rodets és la geometria de l'element rodant i el contacte que fa amb la forma de rosca.
Cargol de boles: punt de contacte
En un cargol de boles convencional, les boles d'acer roden entre les ranures helicoïdals de l'eix i la femella. Cada bola entra en contacte amb la ranura en un sol punt (o una el·lipse de contacte molt petita sota càrrega). La càrrega es distribueix entre totes les boles del circuit, però cada punt de contacte individual porta una part important de la força total.
El contacte puntual genera una gran tensió local a la zona de contacte. Sota càrregues pesades, aquesta tensió limita la vida útil perquè els danys per fatiga s'originen en aquests-punts de tensió alta. Per tant, la capacitat de càrrega d'un cargol de boles estàndard està limitada per la màxima tensió de contacte que la bola i el material de la pista pot suportar durant el nombre de cicles necessari.
Cargol de corró: contacte de línia
En un cargol de rodets, un conjunt de corrons roscats substitueix les boles com a elements rodants. Cada corró entra en contacte amb la rosca del cargol al llarg d'una línia en lloc d'en un punt - amb una geometria de contacte fonamentalment diferent. El contacte de línia distribueix la càrrega sobre una superfície molt més gran, la qual cosa redueix l'estrès de contacte màxim per a la mateixa força aplicada.
El resultat és que un cargol de corró del mateix diàmetre nominal que un cargol de boles pot suportar càrregues significativament més altes i mantenir més cicles de funcionament abans que s'acumuli el dany per fatiga. Els cargols de rodets també mantenen aquest avantatge en tota la gamma de velocitats de funcionament.
Cargol de boles d'alta càrrega: punt de contacte dissenyat
Els cargols de boles d'alta càrrega ocupen una tercera categoria. En lloc de canviar la geometria de contacte de punt a línia, el disseny augmenta el nombre i la mida dels punts de contacte mitjançant perfils de rosca modificats i diàmetres de boles més grans. Les geometries de rosca especialitzades - que inclouen perfils d'arc gòtic optimitzats per a angles de contacte elevats - augmenten l'àrea de contacte per bola, augmenten la capacitat de càrrega per unitat de longitud de femella i distribueixen la càrrega de manera més uniforme pel circuit de boles.
El resultat és un cargol de boles amb una capacitat de càrrega dinàmica de quatre a vuit vegades més gran que un cargol de boles convencional del mateix diàmetre, aconseguit sense la complexitat de fabricació d'una forma de rosca de cargol de corró.
Capacitat de càrrega i cost: els números reals
La millora del rendiment dels cargols de bola d'alta càrrega inclou una comparació de costos senzilla.
A nivells de càrrega dinàmica equivalents i condicions de funcionament comparables, un cargol de boles de càrrega elevada normalment costa un 40-60% menys que un cargol de corró. La diferència de costos prové de la complexitat de la fabricació: les formes de rosca del cargol del rodet requereixen un mecanitzat de precisió tant dels perfils de rosca del cargol com del rodet, un muntatge de precàrrega del rodet precís i toleràncies més estrictes. Els cargols de boles - fins i tot les variants de càrrega elevada - utilitzen un procés de fabricació més senzill que s'ha perfeccionat al llarg de dècades de producció industrial.
Els cargols de boles d'alta càrrega estan disponibles a:
| Paràmetre | Gamma típica |
|---|---|
| Diàmetre de l'eix | Fins a 160 mm |
| Longitud del cargol | Fins a 15 metres |
| Configuració | Nou simple o doble femella |
| Valoració de càrrega dinàmica (Ca) | Fins a 1.440 kN |
| Grau de precisió | C3–C7 segons l'aplicació |
Aquestes especificacions cobreixen la majoria de les aplicacions de màquines eina pesades, modelat per injecció i conformació de metalls on històricament s'han especificat cargols de rodets.
On cada tecnologia funciona millor
Cap de les dues tecnologies és universalment superior. L'elecció correcta depèn de tres paràmetres d'aplicació principals: magnitud de càrrega, cicle de treball i longitud de carrera.
Quan els cargols de boles de càrrega elevada són la millor opció
Càrregues pesades amb cicles de treball moderats.Si l'eix suporta càrregues axials elevades però no funciona contínuament - unitats de subjecció d'injecció, eixos de premsa, màquines redreçadores - el cargol de boles d'alta càrrega ofereix la capacitat de càrrega necessària a un cost significativament més baix. El cicle de treball dóna temps al circuit de boles per recuperar-se tèrmicament entre cicles de càrrega.
Curses llargues sota càrrega elevada.Els cargols de boles d'alta càrrega es produeixen en longituds d'eix de fins a 15 metres. Els cargols de rodets de longitud i capacitat de càrrega equivalents són significativament més cars i més difícils d'obtenir. Per a les taules de màquines-eina grans de-carrera llarga -, les línies de transferència - el cargol de boles d'alta càrrega és sovint l'única solució pràctica de tipus de boles-.
Aplicacions sensibles-de costos on un rendiment equivalent és acceptable.Quan la capacitat de càrrega d'un cargol de bola d'alta càrrega coincideix o supera el requisit de l'aplicació, no hi ha cap justificació mecànica per al cost addicional d'un cargol de corró. La prima paga els avantatges de la geometria de contacte que només importen en condicions en què el cargol de boles d'alta càrrega ja està restringit.
Ampliació de la vida útil en aplicacions de cargols de boles existents.Si un cargol de boles estàndard falla prematurament sota una càrrega pesada, substituir-lo per un cargol de boles d'alta càrrega del mateix diàmetre pot duplicar la capacitat de càrrega i allargar la vida útil fins a vuit vegades sense cap canvi en l'estructura de la màquina o la configuració de la unitat de suport.
Quan els cargols de rodets són l'opció correcta
Càrregues extremes en un sobre compacte.Quan el requisit de càrrega supera el que pot oferir un cargol de boles de gran càrrega en el diàmetre de l'eix disponible - normalment per sobre de 1.500-2.000 kN per a les mides de cargol de boles de càrrega més gran -, un cargol de rodets proporciona una densitat de càrrega més alta per unitat de diàmetre. Si l'espai d'instal·lació impedeix utilitzar un cargol de boles de diàmetre més gran, un cargol de corró de diàmetre més petit pot ser l'única solució.
Cicles de treball molt elevats amb càrrega elevada.El funcionament continu amb una càrrega elevada genera calor al contacte de la-carrera de bola. Els cargols de boles, fins i tot els dissenys de càrrega elevada, tenen un límit tèrmic establert per la geometria del punt de contacte. Els cargols de rodets, amb la seva àrea de contacte més gran i menor tensió de contacte per unitat de càrrega, generen menys calor per unitat de força transmesa i poden suportar cicles de treball més elevats sense sobreescalfar la femella.
Cost-de propietat a llarg termini en producció industrial de cicle alt-.A les aplicacions que realitzen diversos torns al dia a les línies de premsa d'automòbils de càrrega elevada -, la formació continuada de metalls - la vida útil més llarga dels cargols de rodets pot compensar el seu cost inicial més elevat. Aquesta compensació- requereix un càlcul del cost del cicle de vida específic de l'aplicació en lloc d'una regla general.
Marc de decisió
| Paràmetre d'aplicació | Afavoreix el cargol de boles d'alta càrrega | Cargol de corró de favor |
|---|---|---|
| Càrrega axial | Fins a ~1.440 kN | Per sobre de 1.500 kN o densitat de càrrega extrema |
| Cicle de treball | Moderat a alt (intermitent) | Continua, molt alta |
| Longitud del traç | Qualsevol, inclosos els traços llargs | Curt a mitjà |
| Prioritat de costos inicials | Sí | Menys crític |
| Espai d'instal·lació | Flexible | Fortament restringit |
| Substitució del cargol de boles existent | Camí de millora natural | Menys compatible |
Càlcul de la vida útil: què signifiquen els números a la pràctica
Entendre el benefici de la vida útil requereix mirar la fórmula de vida útil L10. La vida útil nominal d'una femella de cargol de boles és proporcional al cub de la relació entre la capacitat de càrrega dinàmica i la càrrega dinàmica equivalent:
L10=(Ca / Pm)³ × constant
On Ca és la càrrega dinàmica nominal i Pm és la càrrega mitjana equivalent.
Aquesta relació cúbica significa que duplicar el Ca del cargol - que fa un cargol de boles de càrrega elevada en relació amb un cargol de boles estàndard - multiplica la vida útil per 2³=8. En les mateixes condicions de funcionament, un cargol de boles de càrrega elevada amb el doble de Ca que un cargol de boles estàndard dura vuit vegades més.
Exemple pràctic:Un cargol de boles estàndard que funciona en un centre de mecanitzat pesat amb càrrega elevada pot calcular entre 3 i 4 mesos de vida L10. Substituir-lo per un cargol de boles de càrrega elevada del mateix diàmetre nominal, amb el doble de Ca, allarga aquesta vida útil estimada a 24-32 mesos - gairebé un ordre de magnitud de millora sense cap canvi en l'estructura de la màquina.
Aquest és l'argument clau de l'enginyeria per als cargols de bola d'alta càrrega en aplicacions on la càrrega és alta, però no supera la capacitat nominal del cargol de bola d'alta càrrega: en lloc de pagar més per un cargol de corró, especifiqueu un cargol de bola d'alta càrrega i utilitzeu la capacitat de càrrega addicional com a reserva de vida útil.
Requisits de la unitat de suport per a aplicacions d'alta càrrega
Els cargols de boles de càrrega elevada imposen forces axials corresponents elevades als coixinets de suport a l'extrem fix de l'eix del cargol. Les unitats de suport estàndard BK/BF dissenyades per a cargols de boles convencionals no són adequades per a aplicacions de cargols de boles de càrrega elevada. La unitat de suport s'ha de dimensionar per adaptar-se a la càrrega nominal del cargol.
Selecció del tipus de rodament
El tipus de coixinet a la unitat de suport d'extrem-fix està determinat per la magnitud de la càrrega axial:
Coixinets de boles de contacte angular (angle de contacte de 60 graus):S'utilitza per a aplicacions de càrrega elevada on la rotació suau i la fricció mínima són prioritats. L'angle de contacte de 60 graus proporciona una gran rigidesa axial i capacitat de càrrega en relació amb la mida del coixinet. Els coixinets de grau P4 són estàndard per a les unitats de suport de cargols de boles d'alta càrrega per minimitzar l'escalada i mantenir la precisió de posicionament.
Coixinets de rodets cònics:S'especifica quan la combinació de càrrega axial molt elevada i càrrega radial elevada supera el que poden suportar els coixinets de boles de contacte angular. Els coixinets de rodets cònics ofereixen una capacitat de càrrega combinada més alta, però requereixen un ajust de precàrrega més precís i generen més fricció a alta velocitat.
Coixinets de boles profunds:S'utilitza a l'extrem flotant (suportat) de l'eix del cargol, on només es necessita una restricció radial i el coixinet ha de permetre l'expansió tèrmica axial de l'eix sense generar tensió interna.
Configuracions de la unitat de suport
S'utilitzen tres disposicions de coixinets a les unitats de suport d'extrem fix-de cargols de boles d'alta càrrega:
DF (cara-a-cara):Dos coixinets de contacte angular muntats en direccions oposades. Gestiona la càrrega axial en ambdues direccions amb la mateixa capacitat. Elecció estàndard per a aplicacions generals de càrrega elevada on es produeix una inversió de càrrega.
DFD (Tàndem + cara):Un coixinet a un costat i dos coixinets a l'altre. Disposició asimètrica per a aplicacions amb una direcció de càrrega axial dominant - el costat amb dos coixinets porta una càrrega axial significativament més gran que la configuració DF. S'utilitza en eixos de premsa i subjecció on la càrrega de carrera de treball és molt superior a la carrera de retorn.
DFF (Tàndem + tàndem):Dos coixinets en cada sentit. Capacitat de càrrega axial màxima en ambdues direccions. Especificat per a les aplicacions de càrrega més alta on la disposició DF és insuficient.
Precàrrega del coixinet
Els coixinets-extrems fixos de les unitats de suport de càrrega elevada es precarreguen de fàbrica-per eliminar el joc intern i millorar la rigidesa axial. La magnitud de la precàrrega determina el parell inicial de la unitat de suport - una propietat inherent de la disposició dels coixinets que s'ha de tenir en compte en el pressupost de parell del sistema d'accionament.
Els coixinets estan pre-engreixats per a la instal·lació inicial. Per a aplicacions de càrrega elevada amb cicles de treball exigents, els ports de greix opcionals permeten la relubricació periòdica sense desmuntar la unitat de suport.
Exemples d'aplicació
Eixos de màquina-eina pesada
Els grans centres de mecanitzat, les fresadores de tipus sòl-i les fresadores-de treball pesat utilitzen accionaments de cargol de boles en eixos que suporten forces de tall en el rang de 50 a 500 kN. En aquests nivells de càrrega, els cargols de boles estàndard fallen prematurament, independentment del règim de lubricació i manteniment.
Els cargols de boles d'alta càrrega aborden això augmentant el Ca a un nivell on el càlcul de vida estàndard ofereix un interval de manteniment realista. En lloc de substituir el cargol de boles cada pocs mesos, la màquina pot funcionar durant anys entre les revisions planificades.
Unitats de subjecció d'emmotllament per injecció
Les màquines d'emmotllament per injecció elèctriques requereixen una força axial elevada en una carrera curta per tancar i bloquejar el motlle - normalment de 200 a 600 kN en 10 a 50 mm de recorregut de subjecció final. La carrera completa de la unitat de subjecció cobreix una distància molt més llarga amb una força baixa, amb la força elevada només a la part final.
Els cargols de boles d'alta càrrega s'adapten bé a aquest cicle de treball perquè la part de la força elevada de la carrera és curta i la càrrega és intermitent en lloc de contínua. Un cargol de rodets no ofereix cap avantatge de vida útil respecte a un cargol de boles de càrrega elevada en aquesta aplicació perquè les condicions de contacte són favorables per als cargols de boles - el cicle de treball permet la recuperació tèrmica entre trets.
Equips de conformació i redreçament de metalls
Les màquines redreçadores, els equips de flexió de tubs i les premses de conformació de metalls requereixen una força axial elevada sobre un desplaçament controlat. Aquestes aplicacions solen ser un substitut directe dels cilindres hidràulics, on els accionaments elèctrics de cargol de boles proporcionen un millor control de posició, perfils de força programables i un manteniment més baix que els sistemes hidràulics.
Els cargols de bola d'alta càrrega poden oferir forces comparables a moltes aplicacions de cilindres hidràulics en un paquet mecànicament més senzill. Per a forces superiors a 1.000 kN, els cargols de corró es converteixen en l'opció preferida perquè proporcionen una densitat de càrrega més alta a l'embolcall de la instal·lació.
Errors comuns en la selecció de cargols d'alta càrrega
Per defecte, els cargols de corró per a qualsevol càrrega superior a 100 kN sense comprovar les especificacions dels cargols de boles de càrrega elevada.
Molts enginyers seleccionen cargols de corró basant-se en la familiaritat general amb la tecnologia en lloc de comprovar si un cargol de boles de càrrega elevada està classificat per a l'aplicació. Per a càrregues de fins a aproximadament 1.000-1.500 kN, sempre s'ha d'avaluar un cargol de boles de càrrega elevada abans d'especificar un cargol de corró.
Utilitzant unitats de suport estàndard BK/BF amb cargols de bola d'alta càrrega.
Les unitats de suport estàndard estan classificades per a una fracció de les càrregues axials que pot generar un cargol de boles de càrrega elevada. L'ús d'unitats de suport de mida inferior transfereix la càrrega a la carcassa del coixinet i l'estructura de la màquina de maneres que no estan dissenyades, provocant una fallada prematura del coixinet de suport i danys estructurals potencials.
Dimensió del cargol a la càrrega instantània màxima sense comprovar la vida útil de L10 a la càrrega equivalent mitjana.
La càrrega màxima del cargol només es pot produir breument durant l'acceleració o al final de la carrera. La mida estrictament a la càrrega màxima sobre-especifica el cargol. El càlcul de la vida útil L10 utilitza la càrrega mitjana equivalent durant tot el cicle de treball, que té en compte la distribució real de les càrregues i accelera les experiències de la femella durant el funcionament normal.
No té en compte l'expansió tèrmica axial dels eixos llargs de cargols de boles de càrrega elevada.
Un eix de cargol de bola de càrrega de 10-metres d'alçada s'ampliarà aproximadament 0,12 mm per grau centígrad. En una configuració de suport fix-fix, aquesta expansió tèrmica genera una tensió de compressió a l'eix que augmenta la precàrrega a la femella i els coixinets de suport. Els cargols llargs de boles de càrrega elevada han d'utilitzar una configuració de suport d'extrem fix flotant per permetre l'expansió tèrmica axial sense generar tensió interna.
Resum: Com estructurar la decisió de selecció
Quan s'enfronta a una aplicació de càrrega axial elevada, utilitzeu aquesta seqüència:
- Definiu la càrrega axial màxima, la càrrega equivalent mitjana, la carrera i el cicle de treballamb la màxima precisió possible. El càlcul de la vida útil L10 només és tan bo com les dades d'entrada.
- Comproveu si hi ha disponible un cargol de boles d'alta càrrega en el Ca requerit.Els cargols de boles d'alta càrrega tenen una capacitat de càrrega dinàmica de fins a 1.440 kN. Si l'aplicació es troba dins d'aquest rang, un cargol de boles de càrrega elevada hauria de ser la primera opció avaluada.
- Calculeu la vida útil L10 per al cargol de boles d'alta càrrega a la càrrega equivalent mitjana.Si la vida útil calculada compleix els requisits d'interval de manteniment, especifiqueu el cargol de bola d'alta càrrega. Si no, augmenta el diàmetre de l'eix o avalua un cargol de corró.
- Seleccioneu la configuració de la unitat de suportbasat en la càrrega axial màxima, la direccionalitat de la càrrega i la velocitat. Comproveu que la capacitat del coixinet de suport superi la càrrega axial màxima amb un marge de seguretat adequat.
- Avaluar el cost total de propietat, no només el cost inicial del component. Un cargol de corró que dura el doble que un cargol de boles de càrrega elevada no és necessàriament més rendible si el cargol de boles de càrrega elevada és un-terç del preu.
- Especifiqueu un cargol de corró només quanla càrrega supera el rang del cargol de boles de càrrega elevada, el cicle de treball és continu amb una càrrega elevada o l'espai d'instal·lació impedeix l'ús d'un cargol de boles d'alta càrrega de diàmetre més gran.
Necessites ajuda per triar un cargol de boles de càrrega elevada?
Si compareu un cargol de bola d'alta càrrega amb un cargol de corró per a aplicacions de càrrega pesada, DLY pot ajudar a confirmar el diàmetre del cargol, el plom, el tipus de femella, la disposició de la unitat de suport i la vida útil adequats en funció de les vostres condicions de treball.
Per rebre una especificació tècnica i un pressupost, compartiu la vostra càrrega axial màxima, longitud de carrera, cicle de treball, precisió requerida i espai d'instal·lació.
Correu electrònic: dlyexport2@dlybearing.com
WhatsApp: +86 16605788856
