چگونه یک مهره ساچمه ای چرخان را با یک سروو موتور هماهنگ کنیم

هنگامی که یک بال اسکرو بلند باید با سرعت خطی بالا کار کند، یک سیستم مهره توپ چرخان می تواند مفید باشد. به جای چرخاندن کل شفت پیچ، سروو موتور مهره توپ را از طریق یک تسمه، قرقره، چرخ دنده یا مکانیزم انتقال دیگر به حرکت در می آورد. پیچ معمولاً بدون چرخش باقی می ماند و حرکت نسبی بین مهره و پیچ باعث ایجاد حرکت خطی می شود.

تطبیق مهره ساچمه ای دوار با موتور سروو به چیزی بیش از انتخاب موتوری با گشتاور نامی کافی نیاز دارد. بار محوری، سرب پیچ، سرعت هدف، زمان شتاب، نسبت انتقال، اینرسی چرخشی، آرایش بلبرینگ و چرخه وظیفه باید با هم ارزیابی شوند.

سیستم مهره توپ چرخان چگونه کار می کند؟

مهره ساچمه ای دوار حاوی همان مکانیزم تماسی غلتشی است که در یک مجموعه بال اسکرو معمولی استفاده می شود. گلوله های فولادی بین راهرو پیچ و مهره در گردش هستند و حرکت چرخشی را به حرکت خطی با اصطکاک نسبتا کم تبدیل می کنند.

تفاوت اصلی این است که کدام جزء می چرخد. در طراحی مهره چرخان، مهره ساچمه ای توسط یاتاقان های داخل یک محفظه دوار پشتیبانی می شود. سروو موتور این محفظه یا فلنج مهره را معمولاً از طریق تسمه تایم و قرقره به حرکت در می آورد. محور پیچ از چرخش جلوگیری می شود.

بسته به طراحی دستگاه، یا مجموعه مهره دوار در امتداد پیچ ​​ثابت حرکت می کند یا پیچ به صورت محوری از طریق مجموعه مهره نصب شده روی قاب دستگاه حرکت می کند. ساختار دقیق باید قبل از تعیین اندازه موتور تایید شود زیرا جرم متحرک و اینرسی دوار متفاوت خواهد بود.

چرا به جای پیچ دوار از مهره چرخان استفاده کنیم؟

هنگامی که یک پیچ بلند معمولی با سرعت بالا می چرخد، انحراف شفت ممکن است باعث لرزش یا شلاق شود، زیرا سرعت به سرعت بحرانی پیچ نزدیک می شود. افزایش قطر پیچ می تواند استحکام را بهبود بخشد، اما اینرسی چرخشی و نیاز موتور را نیز افزایش می دهد.

طراحی مهره چرخان از چرخش پیچ بلند جلوگیری می کند. این می تواند محدودیت سرعت بحرانی مرتبط با شفت چرخان را کاهش دهد و آرایش را برای حرکت طولانی و با سرعت بالا مناسب کند. با این حال، طراحی هنوز دارای محدودیت هایی در رابطه با سرعت گردش توپ، سرعت بلبرینگ، تولید گرما، روانکاری و استحکام ساختاری است.

ساختار مهره چرخان معمولاً زمانی در نظر گرفته می شود که برنامه دارای یک یا چند مورد از الزامات زیر باشد:

• سفر طولانی همراه با سرعت خطی نسبتاً بالا.
• یک پیچ باریک که در صورت چرخش دارای سرعت بحرانی محدود کننده ای خواهد بود.
• شتاب بالا با نیاز به کاهش اینرسی عضو چرخان.
• فضای محدود برای یک موتور محرک بزرگ در انتهای پیچ.
• ساختار ماشینی که برای قرار دادن درایو در نزدیکی مجموعه مهره متحرک طراحی شده است.

طراحی مهره چرخان به طور خودکار برای هر برنامه ای بهتر نیست. به یک محفظه یاتاقان مناسب، مکانیزم انتقال، آرایش روغن کاری و سیستم حفاظتی نیاز دارد. یک متعارفمونتاژ بال اسکروممکن است برای ضربات کوتاه تر یا سرعت های عملیاتی متوسط ​​ساده تر و مقرون به صرفه تر باقی بماند.

اطلاعات مورد نیاز قبل از انتخاب سروو موتور

موتور نباید تنها از قطر بال اسکرو انتخاب شود. حداقل، اطلاعات برنامه زیر مورد نیاز است:

• بال اسکرو قطر اسمی و سرب.
• کل سکته مغزی و طول نصب؛
• حداکثر سرعت خطی؛
• زمان شتاب و کاهش سرعت؛
• جرم متحرک و نیروی محوری خارجی؛
• جهت نصب افقی، عمودی یا شیبدار؛
• پیش بار مهره توپ و راندمان انتقال مورد انتظار.
• درایو مستقیم، درایو تسمه یا چیدمان درایو دنده؛
• قطر قرقره یا نسبت انتقال؛
• چرخه عملیاتی و زمان اجرای مداوم؛
• دقت موقعیت یابی و تکرارپذیری مورد نیاز؛
• دمای محیط و شرایط آلودگی.

بدون این مقادیر، تخمین اندازه موتور امکان پذیر است، اما نمی توان تأیید کرد که آیا سیستم به سرعت، شتاب و طول عمر واقعی آن نیاز دارد یا خیر.

مرحله 1: رانش محوری مورد نیاز را تعیین کنید

نیروی محوری وارد بر بال اسکرو به جهت نصب و عملکرد دستگاه بستگی دارد.

برای یک محور افقی، رانش مورد نیاز ممکن است شامل اصطکاک راهنما، نیروی فرآیند، مقاومت آب بندی و سایر مقاومت های خارجی باشد. برای یک محور عمودی، گرانش نیز باید لحاظ شود. در طول شتاب، نیروی مورد نیاز برای شتاب دادن به جرم متحرک باید اضافه شود.

کجا:

• اف_الف= نیروی شتاب بر حسب نیوتن.
• متر= جرم متحرک بر حسب کیلوگرم؛
• الف= شتاب خطی بر حسب متر بر ثانیه مجذور.

کل رانش طراحی باید شامل نیروی شتاب، نیروی فرآیند خارجی، اصطکاک و گرانش در صورت امکان باشد. بارهای ضربه ای یا ضربه ای به جای اینکه به عنوان بار مداوم معمولی در نظر گرفته شوند باید جداگانه ارزیابی شوند.

مرحله 2: گشتاور مورد نیاز در مهره توپ را محاسبه کنید

گشتاور مورد نیاز برای ایجاد رانش محوری را می توان با استفاده از نیروی محوری، سرب پیچ و راندمان انتقال تخمین زد:

کجا:

• تی= گشتاور در مهره دوار بر حسب N·m.
• اف= نیروی محوری کل بر حسب نیوتن.
• پ= سرب بال اسکرو بر حسب متر در هر دور.
• η= راندمان مکانیکی که به صورت اعشاری بیان می شود.

این محاسبه نشان دهنده گشتاور مورد نیاز برای غلبه بر بار محوری است. موتور همچنین باید گشتاور را برای شتاب دادن به مهره توپ چرخان، قرقره، کوپلینگ، اجزای یاتاقان و سایر قطعات چرخان فراهم کند.

گشتاور راه اندازی، مقاومت آب بندی، اصطکاک یاتاقان و پیش بارگیری می تواند نیاز واقعی را بیشتر کند. بنابراین، گشتاور رانش به تنهایی نباید به عنوان امتیاز نهایی سروو موتور استفاده شود.

مرحله 3: سرعت چرخش مورد نیاز را محاسبه کنید

سرعت مهره مورد نیاز با سرعت خطی هدف و سرب بال اسکرو تعیین می شود:

کجا:

• n= سرعت چرخش مهره بر حسب دور در دقیقه.
• v= سرعت خطی مورد نیاز بر حسب متر بر ثانیه.
• پ= سرب پیچ بر حسب متر در هر دور.

برای همان سرعت خطی، یک سرب بزرگتر به سرعت چرخش مهره کمتری نیاز دارد. با این حال، افزایش سرب همچنین باعث افزایش گشتاور مورد نیاز برای ایجاد همان رانش محوری می شود و ممکن است بر وضوح موقعیت یابی تأثیر بگذارد. بنابراین انتخاب سرب تعادلی بین سرعت، گشتاور و نیازهای موقعیت است.

سرعت چرخش محاسبه شده باید در محدوده سرعت مجاز مهره ساچمه ای، سیستم چرخش مجدد، یاتاقان ها و انتقال تسمه باقی بماند. کمترین سرعت مجاز در بین این اجزا به حد سیستم تبدیل می شود.

مرحله 4: نسبت انتقال را انتخاب کنید

مهره‌های توپ چرخان معمولاً توسط تسمه‌های تایم هدایت می‌شوند، زیرا چیدمان تسمه به موتور اجازه می‌دهد موازی با پیچ نصب شود و انعطاف‌پذیری در نسبت انتقال را فراهم می‌کند.

اگر موتور و مهره ساچمه ای از قطرهای مختلف قرقره استفاده کنند، سرعت و گشتاور موتور در مهره بر اساس نسبت انتخاب شده تغییر می کند. نسبت کاهش می تواند گشتاور موجود در مهره را افزایش دهد اما به سرعت موتور بالاتری نیاز دارد. نسبت افزایش سرعت اثر معکوس دارد.

هنگام انتخاب نسبت قرقره باید موارد زیر بررسی شود:

• حداکثر و پیوسته سرعت موتور؛
• سرعت مهره مورد نیاز؛
• موتور نامی و حداکثر گشتاور؛
• بار دندانه کمربند و سرعت مجاز تسمه;
• اینرسی قرقره;
• کشش تسمه و بار شعاعی تحمل;
• فضای نصب موجود

تسمه تایم باید به درستی کشیده شود. کشش ناکافی ممکن است باعث ایجاد خطا در موقعیت یا پرش دندان شود، در حالی که کشش بیش از حد باعث افزایش بار شعاعی بر روی بلبرینگ مهره های چرخان و یاتاقان های موتور می شود.

مرحله 5: گشتاور شتاب و اینرسی را بررسی کنید

یک سروو موتور باید تمام اجزای دوار و همچنین جرم خطی متحرک را شتاب دهد. حتی زمانی که گشتاور ثابت در حال اجرا کم است، یک زمان شتاب کوتاه می تواند حداکثر گشتاور مورد نیاز را ایجاد کند.

اینرسی چرخشی ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• مهره توپ و محفظه چرخان؛
• یاتاقان ها و اسپیسرهای بلبرینگ.
• قرقره رانده و قرقره موتور؛
• جفت موتور یا اجزای دنده؛
• اینرسی منعکس شده جرم متحرک خطی.

نرم‌افزار اندازه‌گیری تامین‌کننده موتور را می‌توان پس از تأیید پارامترهای بال‌اسکرو و انتقال استفاده کرد. نسبت اینرسی حاصل باید در محدوده توصیه شده سازنده موتور و سروو درایو برای پاسخ و ثبات کنترل مورد نیاز باقی بماند.

نسبت اینرسی بار به موتور بسیار بالا ممکن است باعث واکنش کند، بیش از حد، لرزش یا مشکل در تنظیم سیستم سروو شود. تغییر نسبت انتقال، افزایش سرب پیچ، افزایش زمان شتاب یا انتخاب یک موتور با اینرسی متفاوت ممکن است نتیجه را بهبود بخشد.

مرحله 6: گشتاور امتیازی و حداکثر گشتاور را مقایسه کنید

سروو موتورها معمولاً دارای گشتاور نامی و حداکثر گشتاور هستند. این ارزش ها اهداف مختلفی را دنبال می کنند:

حداکثر گشتاور محاسبه شده باید کمتر از حداکثر گشتاور مجاز موتور باقی بماند. گشتاور ریشه میانگین مربع در طول چرخه کامل باید کمتر از گشتاور نامی باقی بماند. همچنین باید یک حاشیه معقول برای تغییرات در اصطکاک، بار، دما و شرایط عملیاتی حفظ شود.

مرحله 7: آرایش بلبرینگ مهره چرخان را بررسی کنید

مهره توپ چرخان را نمی توان مانند مهره معمولی که مستقیماً به میز متحرک پیچ می شود پشتیبانی کرد. محفظه مهره یا مهره باید در حین حمل بار محوری بچرخد، بنابراین آرایش بلبرینگ بخش مهمی از طراحی است.

یاتاقان ها باید استحکام محوری کافی داشته باشند و سرعت چرخش مورد نیاز را پشتیبانی کنند. درجه بندی بار، پیش بارگذاری، روانکاری و دقت نصب آنها باید در نظر گرفته شود. کشش تسمه همچنین ممکن است بار شعاعی را به سیستم بلبرینگ اعمال کند.

چیدمان نامناسب بلبرینگ می تواند باعث بازی محوری، گرما، ارتعاش و خطاهای موقعیت یابی شود، حتی زمانی که خود بال اسکرو به درستی انتخاب شده باشد. محفظه همچنین باید امکان تراز دقیق بین مهره چرخان، محور پیچ و حرکت ماشین را فراهم کند.

مرحله 8: صحت موقعیت یابی را تأیید کنید

دقت موقعیت یابی نهایی بیش از وضوح رمزگذار سروو تحت تأثیر قرار می گیرد. عوامل مکانیکی مهم عبارتند از:

• دقت سرب بال اسکرو؛
• فاصله محوری مهره توپ یا پیش بارگذاری.
• سفتی محوری یاتاقان های مهره چرخان؛
• الاستیسیته تسمه و خطای انتقال؛
• انبساط حرارتی پیچ؛
• سفتی قاب ماشین و راهنما؛
• تنظیم سروو و ترتیب بازخورد.

برای کاربردهای با دقت بالا، یک رمزگذار خطی می‌تواند موقعیت واقعی جدول را اندازه‌گیری کند و خطاهایی را که به تنهایی توسط یک رمزگذار موتور قابل شناسایی نیست، کاهش دهد. اینکه آیا این ضروری است بستگی به دقت مورد نیاز، ضربه، تغییرات دما و ساختار دستگاه دارد.

نمونه ای از فرآیند تطبیق

برنامه ای با جرم متحرک مشخص، نیروی فرآیند محوری، سرعت خطی هدف و زمان شتاب را در نظر بگیرید. فرآیند تطبیق باید به ترتیب زیر انجام شود:

1. نیروی شتاب را از جرم متحرک و شتاب مورد نیاز محاسبه کنید.
2. نیروی فرآیند، اصطکاک و گرانش را در صورت امکان اضافه کنید تا نیروی رانش محوری طراحی را بدست آورید.
3. از سرب بال اسکرو و راندمان برای محاسبه گشتاور رانش در مهره استفاده کنید.
4. سرعت مهره مورد نیاز برای دستیابی به سرعت خطی هدف را محاسبه کنید.
5. نسبت قرقره ای را انتخاب کنید که موتور و مهره را در محدوده سرعت مجاز خود نگه دارد.
6. اینرسی محفظه مهره، قرقره ها و جرم متحرک منعکس شده را محاسبه کنید.
7. گشتاور شتاب اوج و گشتاور RMS را در تمام چرخه محاسبه کنید.
8. حداکثر گشتاور موتور، گشتاور نامی، سرعت نامی و حداکثر سرعت را بررسی کنید.
9. بار یاتاقان، کشش تسمه، سرعت مهره توپ و شرایط حرارتی را بررسی کنید.
10. قبل از نهایی کردن طراحی، دقت و صلبیت موقعیت یابی را تأیید کنید.

از آنجایی که اندازه واقعی موتور به همه این ورودی‌ها بستگی دارد، انتخاب یک موتور سروو فقط از قطر پیچ و سرب می‌تواند یک درایو کم‌اندازه یا غیرضروری بزرگ ایجاد کند.

اشتباهات رایج تطبیق

• اشتباه گرفتن یک مهره چرخان با یک مهره توپ معمولی:یک مدل مهره استاندارد به طور خودکار یک مجموعه مهره چرخان کامل نیست.
• بررسی فقط گشتاور نامی:شتاب ممکن است به حداکثر گشتاور بسیار بالاتر از گشتاور ثابت نیاز داشته باشد.
• نادیده گرفتن اینرسی:یک سیستم ممکن است گشتاور کافی داشته باشد اما هنوز تنظیم آن به دلیل نسبت اینرسی نامناسب دشوار است.
• استفاده از سرعت موتور به عنوان سرعت مهره:قرقره یا نسبت دنده باید لحاظ شود.
• نادیده گرفتن محدودیت های بلبرینگ و تسمه:ظرفیت موتور سرعت مجاز سیستم مکانیکی کامل را تعیین نمی کند.
• استفاده از حاشیه ایمنی بسیار کوچک:اصطکاک واقعی، بار و دمای ممکن است با محاسبه اولیه متفاوت باشد.
• افزایش سرب فقط برای افزایش سرعت:سرب بزرگتر تقاضای گشتاور و وضوح موقعیت یابی را تغییر می دهد.
• مشرف به ایمنی محور عمودی:ممکن است برای جلوگیری از حرکت کنترل نشده نیاز به ترمز یا تعادل باشد.

چه چیزی را باید با تامین کننده بال اسکرو تایید کرد؟

قبل از انتخاب سروو موتور نهایی، تأیید کنید که چیدمان پیچ و مهره پیشنهادی برای عملکرد چرخشی مهره مناسب است. یک واحد مهره چرخان کامل به بیش از یک مهره توپ معمولی نیاز دارد.

اطلاعات زیر باید تایید شود:

• این که آیا مهره انتخاب شده برای استفاده در یک مجموعه چرخشی طراحی شده است یا خیر.
• سرعت چرخش مجاز مهره و سیستم چرخش.
• رتبه بندی بار پویا و استاتیک؛
• پیش بارگذاری و نمرات دقت موجود؛
• رابط نصب مهره و ابعاد بلبرینگ-صندلی؛
• روش روغن کاری و فاصله نگهداری؛
• ماشینکاری انتهای پیچ مورد نیاز و ساختار ضد چرخش؛
• این که آیا تامین کننده فقط پیچ و مهره را ارائه می دهد یا یک واحد کامل مهره چرخان.

DLY چندگانه را عرضه می کندتنظیمات مهره توپ، اما ساختار مورد نیاز باید با توجه به نقشه و شرایط عملیاتی بررسی شود. مهره ساچمه ای معمولی نباید به عنوان مهره ساچمه ای دوار بدون محفظه یاتاقان لازم و طراحی محرکه شناخته شود.

نتیجه گیری

تطبیق یک مهره توپ چرخان با یک موتور سروو نیازمند محاسبات مکانیکی و الکتریکی هماهنگ است. این فرآیند با رانش محوری و سرعت خطی آغاز می شود و به دنبال آن گشتاور مهره، سرعت دورانی، نسبت انتقال، اینرسی، گشتاور شتاب و گشتاور RMS می آید.

مهره توپ، بلبرینگ، سیستم قرقره، شفت پیچ و موتور سروو باید به عنوان یک سیستم حرکتی در نظر گرفته شوند. اگر سرعت، اینرسی یا عملکرد چرخه کاری آن با طراحی مکانیکی مطابقت نداشته باشد، ممکن است موتوری با گشتاور کافی همچنان نامناسب باشد.

برای بررسی اولیه، قطر و سرب بال اسکرو، ضربه، جرم متحرک، نیروی خارجی، حداکثر سرعت، زمان شتاب، جهت نصب و ترتیب انتقال پیشنهادی را آماده کنید. این جزئیات امکان ارزیابی مشخصات پیچ و ارائه پارامترهای مکانیکی صحیح را برای انتخاب سروو موتور فراهم می کند.

← بازگشت به وبلاگ DLY