سفتی بال اسکرو بر دقت موقعیت، پایداری ماشینکاری و پاسخ یک سیستم حرکت خطی تحت بار محوری تأثیر می گذارد. با این حال، مقدار اندازه گیری شده در یک محور مونتاژ شده توسط مهره توپ به تنهایی تعیین نمی شود. شفت پیچ، یاتاقان های نگهدارنده، محفظه یاتاقان، براکت مهره و فیکسچر تست همگی می توانند در جابجایی اندازه گیری شده نقش داشته باشند.
به همین دلیل، اندازه گیری سفتی محوری بال اسکرو به چیزی بیش از اعمال نیرو و ثبت یک مقدار جابجایی نیاز دارد. جهت بارگذاری، پیش بارگذاری، شرایط نصب، دما و تغییر شکل تجهیزات تست نیز باید کنترل شود.
سفتی محوری بال اسکرو چیست؟
سختی محوری مقاومت یک مجموعه بال اسکرو در برابر جابجایی الاستیک تحت بار محوری را توصیف می کند. در محدوده بار مشخص شده، می توان آن را به صورت زیر بیان کرد:
k = ΔF / Δδ
کجاکسفتی محوری است،ΔFتغییر بار محوری است وΔδتغییر متناظر در جابجایی محوری است.
سفتی بال اسکرو معمولاً با N/μm یا N/mm بیان میشود. مقدار بالاتر به این معنی است که جابجایی الاستیک کمتری تحت بار محوری یکسان رخ می دهد.
رابطه بار و جابجایی تماس توپ به شیار کاملاً خطی نیست. بنابراین، سختی معمولاً باید برای یک محدوده بار تعریف شده به جای یک مقدار جهانی گزارش شود. بسته به هدف آزمایش، مهندسان ممکن است از یکی از موارد زیر استفاده کنند:
- سختی برش:تغییر بار تقسیم بر تغییر جابجایی کل در یک بازه زمانی مشخص.
- سختی مماس:شیب محلی منحنی بار – جابجایی در یک بار عملیاتی خاص.
اجزایی که بر سختی اندازه گیری شده تأثیر می گذارند
هنگامی که یک محور بال اسکرو کامل آزمایش می شود، نتیجه اندازه گیری شده نشان دهنده سفتی ترکیبی چندین جزء است:
- مهره بال اسکرو و تماس های توپ به مسابقه
- گسترش محوری یا فشرده سازی محور پیچ
- چیدمان بلبرینگ طرف ثابت و طرف پشتیبانی
- محفظه مهره و براکت نصب
- بدنه یاتاقان و ساختار ماشین
- تجهیزات تست، لودسل و چیدمان نصب سنسور
این عناصر تقریباً مانند فنرهای متصل به صورت سری عمل می کنند. سختی محوری ترکیبی را می توان به صورت زیر نشان داد:
1 / kکل= 1 / kمهره+ 1 / kشفت+ 1 / kبلبرینگ+ 1 / kبراکت+…
این توضیح می دهد که چرا یک محور مونتاژ شده ممکن است سختی قابل ملاحظه ای کمتری نسبت به مقدار سفتی نظری ذکر شده برای مهره ساچمه داشته باشد.
تست بار استاتیک
بارگذاری محوری استاتیک مستقیم ترین روش برای اندازه گیری سفتی بال اسکرو است. بال اسکرو در یک فیکسچر آزمایشی یا در آرایش ماشین واقعی خود نصب می شود و در حین ثبت جابجایی حاصل، یک نیروی محوری کنترل شده اعمال می شود.
تجهیزات مورد نیاز
- یک قاب آزمایشی سفت و سخت
- یک دستگاه بارگیری هیدرولیک، پنوماتیک، پیچگردان یا الکترومکانیکی
- یک لودسل کالیبره شده
- یک LVDT، حسگر جابجایی لیزری یا نشانگر شماره گیری با وضوح بالا
- سنسورهای دما زمانی که اثرات حرارتی ممکن است بر نتیجه تأثیر بگذارد
روش تست توصیه شده
- بال اسکرو را در ترتیب پشتیبانی مورد نظر نصب کنید.ثبت کنید که آیا از نصب ثابت-ثابت، ثابت-پشتیبانی یا ثابت-آزاد استفاده می کند.
- محور بارگیری را تراز کنید.نیروی اعمال شده باید با محور پیچ هم مرکز باشد تا از خمش در قرائت جابجایی جلوگیری شود.
- سنسور جابجایی را نزدیک به رابط اندازه گیری شده نصب کنید.اندازه گیری اجزای غیر ضروری فیکسچر تغییر شکل آنها را به نتیجه اضافه می کند.
- یک بار صندلی کوچک اعمال کنید.این به تنظیم کنتاکت ها و کاهش خطاهای ناشی از نشستن ناقص یا فاصله نصب کمک می کند.
- مجموعه را با افزایش های کنترل شده بارگیری کنید.ثبت نیرو و جابجایی در هر مرحله بدون تجاوز از بار عملیاتی مشخص شده یا بار محوری مجاز.
- مجموعه را با همان افزایش ها تخلیه کنید.مقایسه منحنیهای بارگیری و تخلیه میتواند واکنش، پسماند، اصطکاک یا حرکت در فیکسچر را نشان دهد.
- آزمایش را در جهت محوری مخالف تکرار کنید.نتایج دو جهته برای ارزیابی پیش بارگذاری و فاصله محوری مهم هستند.
- سختی را در محدوده بار مربوطه محاسبه کنید.محدوده انتخاب شده باید با بار کاری واقعی دستگاه مطابقت داشته باشد.
نحوه تفسیر منحنی بار-جابجایی
یک بال اسکرو از پیش بارگذاری شده معمولاً باید یک منحنی بار-جابجایی صاف با جابجایی نسبتاً کوچک در نزدیکی نقطه برگشت بار ایجاد کند. یک منطقه مرده قابل مشاهده در اطراف بار صفر ممکن است نشان دهنده فاصله محوری، قطعات نصب شل یا حرکت بین مهره و براکت آن باشد.
اگر منحنی های بارگیری و تخلیه یک مسیر را دنبال نکنند، تفاوت پسماند است. علل احتمالی عبارتند از اصطکاک مهر و موم، مقاومت روانکار، ناهماهنگی جزئی، نشست تماس یا تغییر شکل در ساختار نصب.
از آنجایی که سختی با بار تغییر می کند، گزارش آزمایش باید در صورت امکان شامل منحنی بار-تغییر مکان کامل باشد. حداقل باید بیان کند:
سختی و واحد اندازه گیری شده
محدوده بار مورد استفاده برای محاسبه
جهت بارگذاری
مدل بال اسکرو و شرایط پیش بارگذاری
طول پیچ و موقعیت مهره
ترتیب یاتاقان پشتیبانی
دمای تست و شرایط روانکاری
جداسازی سفتی بال اسکرو از تغییر شکل فیکسچر
یک خطای رایج اندازه گیری، تلقی کردن کل حرکت قاب تست به عنوان تغییر شکل بال اسکرو است. حتی یک دستگاه با ظاهر سفت و سخت می تواند تحت یک بار محوری بزرگ منحرف شود.
انطباق فیکسچر را می توان از طریق کالیبراسیون یا با آزمایش یک جزء مرجع با سختی بسیار بالاتر تعیین کرد. سپس جابجایی ثابت در هر بار را می توان از کل جابجایی اندازه گیری شده کم کرد:
δتوپ پیچ= δاندازه گیری شد- δثابت
برای یک محور ماشین مونتاژ شده، حسگرها را میتوان در رابطهای مختلف قرار داد تا مکان جابهجایی را شناسایی کند. به عنوان مثال، اندازه گیری بین شفت پیچ و محفظه مهره بیشتر بر روی مجموعه مهره تمرکز می کند، در حالی که اندازه گیری حرکت میز نسبت به پایه دستگاه شامل کل ساختار تغذیه می شود.
تست سختی دینامیکی
آزمایش استاتیک تغییر شکل را تحت بارهای آهسته اعمال شده ارزیابی می کند. تست دینامیک زمانی استفاده می شود که لرزش، رزونانس و پاسخ سروو مهم باشد. هنگام اندازهگیری نیرو، شتاب یا جابجایی، مجموعه ممکن است با استفاده از چکش ضربه، لرزاننده یا ورودی موتور کنترلشده برانگیخته شود.
تجزیه و تحلیل مودال می تواند فرکانس های طبیعی، میرایی و اشکال حالت را شناسایی کند. با این حال، فرکانس طبیعی به تنهایی سفتی بال اسکرو را تامین نمی کند مگر اینکه جرم متحرک موثر و شرایط مرزی نیز مشخص باشد. برای یک سیستم تک درجه آزادی ساده شده:
k = m(2πfn)²
اینجا،مترجرم موثر است وfnفرکانس طبیعی است. سیستم های تغذیه توپ اسکرو واقعی معمولاً چندین حالت ارتعاشی دارند، بنابراین نتایج پویا باید با استفاده از یک مدل سیستم مناسب تفسیر شوند.
تخمین تحلیلی
سفتی بال اسکرو نیز ممکن است قبل از آزمایش فیزیکی تخمین زده شود. این محاسبه میتواند شامل تغییر شکل تماس هرتزی بین توپها و راهروها، تغییر شکل محوری محور پیچ، استحکام یاتاقان پشتیبانی و تغییر شکل ساختار نصب باشد.
تحلیل المان محدود می تواند برای ارزیابی محفظه ها و براکت های پیچیده مفید باشد، اما دقت آن به شرایط تماس واقعی، خواص مواد، پیش بارگذاری و شرایط مرزی بستگی دارد. بنابراین، مقادیر تحلیلی باید در برابر دادههای آزمون تأیید شوند، زمانی که دقت موقعیتیابی حیاتی است.
عواملی که باید در طول آزمایش کنترل شوند
Preload و Axial Clearance
پیش بارگذاری فاصله محوری را کاهش می دهد و با حفظ تماس بین توپ ها و مسیرهای مسابقه، استحکام مهره را افزایش می دهد. با این حال، پیش بارگذاری بیش از حد باعث افزایش اصطکاک، تولید گرما و بار داخلی می شود که ممکن است عمر مفید را کاهش دهد. شرایط پیش بار مورد استفاده در طول آزمایش باید با شرایط عملیاتی مورد نظر مطابقت داشته باشد.
طول پیچ و موقعیت مهره
محور پیچ تحت بار محوری کشیده یا فشرده می شود. سهم آن در جابجایی کل با طول شفت موثر افزایش می یابد و با افزایش قطر ریشه کاهش می یابد. در نتیجه، سفتی اندازه گیری شده با مهره نزدیک یک انتهای پیچ ممکن است با سفتی اندازه گیری شده در موقعیت دیگر متفاوت باشد.
بلبرینگ پشتیبانی
نوع، چیدمان و پیش بار یاتاقان های پشتیبانی مستقیماً بر سختی سیستم تأثیر می گذارد. یک چیدمان ثابت-ثابت معمولاً رفتار متفاوتی با نصب با پشتیبانی ثابت یا بدون نصب ثابت دارد. سفتی محفظه یاتاقان و تناسب انتهای شفت نیز باید در نظر گرفته شود.
DLY تطبیق را تامین می کندواحدهای پشتیبانی بال اسکروبرای ترتیبات مختلف انتهای محور و نصب.
دما
تغییرات دما می تواند بارگذاری اولیه، طول پیچ و تناسب بلبرینگ را تغییر دهد. قبل از آزمایش، اجازه دهید تجهیزات مونتاژ و اندازه گیری به دمای ثابتی برسند. هنگام مقایسه اندازه گیری های انجام شده در زمان های مختلف، دما نیز باید ثبت شود.
روغن کاری
روانکاری تأثیر مستقیم بیشتری بر اصطکاک، دما و پسماند نسبت به سفتی الاستیک اساسی اجزای فولادی دارد. برای به دست آوردن نتایج قابل تکرار، از روان کننده مشخص شده استفاده کنید و نوع روانکار، مقدار و توزیع آن را بین آزمایش ها ثابت نگه دارید.
نتیجه گیری
عملی ترین راه برای اندازه گیری سفتی محوری بال اسکرو اعمال یک بار محوری کنترل شده و ثبت جابجایی مربوطه در هر دو جهت است. نتایج دقیق نیاز به تراز دقیق، سنسورهای بار و جابجایی کالیبره شده، محدوده بار به وضوح تعریف شده و جبران تغییر شکل ثابت دارد.
هنگامی که محور تغذیه کامل اندازه گیری می شود، نتیجه نشان دهنده سفتی ترکیبی مهره توپ، محور پیچ، یاتاقان ها، براکت ها و ساختار دستگاه است. زمانی که سفتی اندازه گیری شده کمتر از حد انتظار باشد، این اجزا باید جداگانه ارزیابی شوند.
برای انتخاب بال اسکرو، گزینه های پیش بارگذاری یا الزامات ماشینکاری انتهای شفت، DLY را مشاهده کنیدمحدوده بال اسکرویا قطر پیچ، سرب، ضربه، بار و چیدمان نصب خود را برای ما ارسال کنید.
