A جفت بال اسکروحرکت چرخشی را از طریق تماس غلتشی بین شفت پیچ، توپ های فولادی و مهره توپ به حرکت خطی کنترل شده تبدیل می کند. عملکرد آن به تنهایی توسط پیچ تعیین نمی شود. هندسه راه آهن، گردش توپ، پیش بارگذاری، دقت سرب، ترتیب پشتیبانی، روانکاری و تراز نصب با هم به عنوان یک سیستم انتقال کار می کنند.
این فناوری‌ها تعیین می‌کنند که آیا یک محور ماشین می‌تواند مکرراً به موقعیت مورد نیاز برسد، جهت معکوس را بدون حرکت بیش از حد از دست داده و با سرعت مورد نظر بدون لرزش یا گرمای بیش از حد کار کند. به همین دلیل است که دو مجموعه بال اسکرو با قطر اسمی و سرب یکسان ممکن است در تجهیزات واقعی بسیار متفاوت عمل کنند.
درک فناوری‌های کلیدی یک جفت بال اسکرو به مهندسان کمک می‌کند تا به جای انتخاب تنها با شماره مدل، مونتاژ را بر اساس نیازهای بار، ضربه، سرعت و موقعیت‌یابی مشخص کنند.
اجزای جفت بال اسکرو
یک جفت بال اسکرو کامل معمولاً شامل یک محور پیچ، مهره توپ، توپ های فولادی، سیستم برگشت توپ و آب بند یا برف پاک کن است. در محور ماشین، با یاتاقان های پشتیبانی، اتصال موتور و سیستم روانکاری نیز کار می کند.
| جزء | عملکرد اصلی | تاثیر بر عملکرد |
|---|---|---|
| شفت پیچ | مسیر مارپیچ را فراهم می کند و حرکت چرخشی را منتقل می کند | بر دقت سرب، ظرفیت بار، سرعت بحرانی و استحکام ستون تأثیر می گذارد |
| مهره توپ | شامل مسیر مسابقه و انتقال بار محوری است | بر استحکام، روش نصب و فضای موجود تأثیر می گذارد |
| توپ های فولادی | بین مسیرهای شفت و مهره بغلتانید | بر صافی، توزیع بار، پیش بارگذاری و عمر خستگی تأثیر می گذارد |
| سیستم برگشت | توپ ها را از طریق یک مسیر بسته دوباره به گردش در می آورد | بر سرعت کار، نویز و ثبات گردش تاثیر می گذارد |
| برف پاک کن و مهر و موم | ورود آلاینده ها و از دست دادن روان کننده را محدود کنید | به محافظت از مسیرهای مسابقه و افزایش عمر عملیاتی کمک کنید |
تماس نورد و هندسه راه آهن
فناوری مرکزی یک جفت بال اسکرو جایگزینی کنتاکت کشویی با کنتاکت نورد چرخشی است. هنگامی که پیچ یا مهره می چرخد، توپ ها در امتداد مسیرهای مارپیچ حرکت می کنند و نیرو را بین دو جزء منتقل می کنند. پس از عبور از منطقه بارگذاری شده، توپ ها از طریق سیستم گردش خون به نقطه شروع باز می گردند.
این مکانیسم اصطکاک را کاهش می دهد و به مجموعه اجازه می دهد تا تحت بار محوری به طور موثر عمل کند. با این حال، توصیف یک توپ اسکرو به عنوان دارای "اصطکاک صفر" نادرست است. تماس غلتشی، مهر و موم، چرخاندن روان کننده، پیش بارگذاری و چرخش مجدد توپ همگی مقاومت و گرما ایجاد می کنند.
دقت نمایه راه آهن از اهمیت ویژه ای برخوردار است. انطباق بین توپ و شیار منطقه تماس و توزیع بار را کنترل می کند. هندسه ضعیف یا اندازه ناهماهنگ توپ می تواند باعث بارگذاری ناهموار، نوسان گشتاور، لرزش و خستگی زودرس سطح شود.
فناوری چرخش توپ
از آنجایی که توپ ها به طور مداوم در مسیر مسابقه بارگذاری شده حرکت می کنند، باید از طریق یک مسیر گردش بسته بازگردند. طرح‌های برگشت متداول شامل لوله‌های برگشت خارجی، انحراف‌کننده‌های داخلی و ساختارهای گردش درپوش انتهایی{1}}می‌باشد.
هیچ طرح گردش واحدی برای هر ماشینی بهترین نیست. یک طراحی داخلی فشرده ممکن است برای تجهیزات با فضای نصب محدود مناسب باشد، در حالی که ساختار دیگری ممکن است برای یک نیاز سرب، سرعت یا بار خاص انتخاب شود. انتقال بین مسیر بارگذاری شده و مسیر برگشت باید به توپ ها اجازه ورود و خروج هموار را بدهد.
در سرعت های چرخشی بالاتر، گردش ناپایدار می تواند ضربه، لرزش، دما و نویز را افزایش دهد. بنابراین عملکرد سرعت بالا به چیزی بیشتر از سیم پیچ بستگی دارد. همچنین به هندسه مسیر بازگشت، فاصله توپ، روغن کاری و دقت نصب مناسب نیاز دارد.
دقت سرنخ و موقعیت یابی
سفر خطی نظری برای یک دور پیچ برابر با لید اسمی است. سفر واقعی به دلیل خطای سرب کمی متفاوت است. دقت بال اسکرو تغییرات مجاز این حرکت واقعی را در طول سفر مشخص توصیف می کند.
عملکرد موقعیت یابی را نباید تنها با درجه دقت قضاوت کرد. خطای نهایی یک محور ماشین همچنین می‌تواند شامل فاصله محوری، تغییر شکل الاستیک، پشتیبانی-حرکت بلبرینگ، انبساط حرارتی، خطای جفت، عدم تراز نصب و بازخورد{2}}محدودیت‌های سیستم باشد.
تمایز مهم:دقت لید خطای سفر را توصیف می کند، واکنش برگشتی حرکت از دست رفته را در حین معکوس کردن، و تکرارپذیری توصیف می کند که چگونه محور به طور مداوم به همان موقعیت فرمان باز می گردد. این اصطلاحات نباید به جای یکدیگر استفاده شوند.
پیچ های رول شده به طور گسترده در اتوماسیون عمومی و سیستم های موقعیت یابی مورد استفاده قرار می گیرند، در حالی که پیچ های توپی زمین زمانی انتخاب می شوند که کاربرد به دقت سرب محکم تر و هندسه راه آهن کنترل شده تری نیاز دارد. درجه مناسب باید بر اساس عملکرد محور مورد نیاز باشد نه این فرض که بالاترین درجه همیشه ضروری است.
Preload، Backlash و Rigidity
فاصله محوری داخلی می تواند حرکت از دست رفته را هنگامی که محور معکوس می کند ایجاد کند. Preload نیروی داخلی بین توپ ها و مسیرهای مسابقه اعمال می کند تا فاصله را کاهش دهد و استحکام محوری را افزایش دهد. ممکن است از طریق انتخاب سایز توپ، طرح آفست راهرو یا چینش مهره‌ای دوتایی- ایجاد شود.
پیش بارگذاری بالاتر به طور خودکار بهتر نیست. افزایش پیش بارگذاری می تواند پاسخ معکوس و سفتی را بهبود بخشد، اما همچنین باعث افزایش گشتاور اصطکاک و تولید گرما می شود. پیش بارگذاری بیش از حد ممکن است عمر خستگی را کوتاه کند، تقاضای موتور را افزایش دهد و مجموعه را نسبت به ناهماهنگی حساس تر کند.
پیش بارگیری صحیح به بار محوری خارجی، صلبیت مورد نیاز، چرخه وظیفه، شتاب، سرعت عملیاتی و دقت نصب بستگی دارد. برنامه‌های کاربردی با الزامات موقعیت‌یابی متوسط ممکن است نیازی به پیش‌بارگذاری مشابه با محور فید ابزار دقیق{1} نداشته باشند.
ظرفیت بار و عمر خستگی
ظرفیت بار بال اسکرو تحت تأثیر قطر توپ، هندسه راه آهن، تعداد توپ های بارگذاری شده، تعداد مدارهای گردش و وضعیت مواد است. کاتالوگ ها معمولاً یک رتبه بندی بار دینامیکی پایه برای محاسبات عمر خستگی-و یک رتبه بندی بار استاتیک پایه برای بررسی تغییر شکل دائمی تحت بارهای زیاد یا ثابت ارائه می دهند.
عمر عملیاتی واقعی به شدت تحت تاثیر بار محوری معادل است. بارهای شوک، هم ترازی ضعیف و آلودگی می تواند بار واقعی روی توپ های فردی را بسیار بیشتر از آنچه رانش اسمی ماشین نشان می دهد، کند. از آنجایی که طول عمر خستگی محاسبه شده با بارگذاری به شدت تغییر می کند، تخمین بار نادرست می تواند یک نتیجه عمر{2}} غیرواقعی ایجاد کند.
بنابراین انتخاب باید بار نرمال، اوج بار، نیروی شتاب، چرخه وظیفه و جهت عملیات را در نظر بگیرد. یک محور عمودی همچنین ممکن است به ترمز یا تعادل نیاز داشته باشد زیرا راندمان بالای یک بال اسکرو می‌تواند در صورت حذف گشتاور درایو، امکان بازگشت{1} را فراهم کند.
سرعت و سرعت بحرانی
یک سرب بزرگتر سفر خطی بیشتری را در هر دور ایجاد می‌کند و اجازه می‌دهد تا نرخ خوراک هدف با سرعت چرخشی پایین‌تری به دست آید. با این حال، سرب همچنین بر گشتاور محرک مورد نیاز، وضوح مکانیکی موجود و طراحی مهره تأثیر می گذارد.
برای یک پیچ دوار، حداکثر سرعت ممکن است توسط سیستم گردش توپ و سرعت بحرانی شفت محدود شود. سرعت بحرانی سرعت چرخشی است که در آن پیچ به رزونانس خمشی نزدیک می شود و شروع به شلاق یا ارتعاش می کند. عمدتاً تحت تأثیر قطر ریشه پیچ، طول پشتیبانی نشده و آرایش انتهایی{2}} قرار دارد.
یک پیچ بلند و باریک معمولاً زودتر از یک پیچ کوتاه و با قطر{0}}به حد مجاز سرعت خود می رسد. افزایش قطر ریشه، کاهش طول بدون تکیه گاه یا استفاده از آرایش تکیه گاه سفت تر می تواند سرعت کار مجاز را افزایش دهد. طرح باید حاشیه مناسب را زیر حد محاسبه شده حفظ کند تا اینکه به طور مداوم در رزونانس کار کند.
کنترل حرارتی و روانکاری
گرما طول شفت پیچ را تغییر می دهد و حتی زمانی که دقت سرب اصلی بالا باشد می تواند دریفت موقعیت ایجاد کند. گرما ممکن است از پیش بارگیری، یاتاقان های پشتیبانی، آب بندی، چرخش سریع و روانکاری ناکافی یا بیش از حد حاصل شود.
گریس معمولاً در مواردی استفاده می‌شود که یک ترتیب تعمیر و نگهداری ساده ترجیح داده می‌شود، در حالی که روغن‌کاری روغن ممکن است در سیستم‌های متمرکز یا سرعت بالاتر استفاده شود. نوع روان کننده، ویسکوزیته و فاصله پر کردن مجدد باید با سرعت کار، بار، دما و محیط اطراف مطابقت داشته باشد.
تجهیزات دقیق ممکن است از نظارت بر دما، گرم کردن کنترل شده، جبران حرارتی، فشار شفت یا اقدامات خنک کننده استفاده کنند. این روش‌ها رفتار حرارتی را در سطح سیستم نشان می‌دهند نه اینکه فقط به درجه دقت بال‌اسکرو بالاتر تکیه کنند.
پشتیبانی و نصب
جفت بال اسکرو مستقل از ساختار نصب کننده خود عمل نمی کند. یاتاقان های پشتیبانی، پیچ را به صورت محوری و شعاعی قرار می دهند، در حالی که کوپلینگ آن را به موتور متصل می کند. ترتیبات پشتیبانی متداول شامل پیکربندی های ثابت-رایگان، ثابت-پشتیبانی شده و ثابت-ثابت است.
ناهماهنگی نصب می تواند بار جانبی ایجاد کند که بال اسکرو برای حمل آن طراحی نشده است. این ممکن است باعث گشتاور غیرعادی، سایش ناهموار و دمای بیش از حد شود. شفت پیچ، محفظه مهره، یاتاقان های نگهدارنده و سیستم راهنمای خطی باید تراز صحیح را به اشتراک بگذارند.
ماشینکاری انتهایی نیز باید با تکیه گاه های بلبرینگ انتخابی و اتصال موتور مطابقت داشته باشد. بال‌اسکروهای DLY را می‌توان با ماشینکاری انتهایی کاربردی خاص- عرضه کرد و مطابقت دادواحدهای پشتیبانی بال اسکروبرای ادغام در ساختار ماشین
پارامترهای کلیدی برای انتخاب
| پارامتر | چرا اهمیت دارد | اطلاعات برای تایید |
|---|---|---|
| قطر پیچ | بر ظرفیت بار، صلبیت، مقاومت در برابر کمانش و سرعت بحرانی تأثیر می گذارد | بار محوری، طول کل و فاصله پشتیبانی |
| سرب | بر سرعت خطی، دور موتور، گشتاور و وضوح اثر می گذارد | سرعت هدف، شتاب و مشخصات موتور |
| درجه دقت | تغییرات مجاز سرب را کنترل می کند | تحمل موقعیت و سفر موثر |
| پیش بارگیری یا ترخیص | بر واکنش، سفتی، گشتاور و دما تأثیر می گذارد | دقت معکوس، چرخه کار و بار خارجی |
| فرم آجیل | رابط نصب و ظرفیت بار موجود را تعیین می کند | ابعاد محفظه و جهت نصب |
| ترتیب پشتیبانی | بر سختی محوری، سرعت بحرانی و رفتار حرارتی تأثیر می گذارد | سکته مغزی، طول شفت، سرعت و فضای نصب |
| محیط عملیاتی | الزامات آب بندی، روغن کاری و حفاظتی را تعیین می کند | گرد و غبار، تراشه، رطوبت و دمای محیط |
برنامه های کاربردی
جفت بال اسکرو در جاهایی استفاده می شود که حرکت خطی کنترل شده، ظرفیت بار محوری و موقعیت یابی قابل تکرار مورد نیاز است. کاربردهای معمولی شامل محورهای تغذیه CNC، اتوماسیون صنعتی، ماشین آلات بسته بندی، تجهیزات بازرسی، تجهیزات نیمه هادی، دستگاه های پزشکی و سیستم های موقعیت یابی رباتیک است.
سطح فناوری مورد نیاز بر اساس کاربرد متفاوت است. یک مکانیسم انتقال عمومی ممکن است هزینه، ظرفیت بار و قابلیت اطمینان را در اولویت قرار دهد، در حالی که محور ابزار ماشینی ممکن است بر دقت سرب، پیش بارگذاری، پایداری حرارتی و استحکام ساختاری تأکید بیشتری داشته باشد. انتخاب باید با شرایط عملیاتی شروع شود نه تنها با نام برنامه.
سوالات متداول
آیا یک جفت بال اسکرو همان بال اسکرو است؟اصطلاحات اغلب به جای هم استفاده می شوند. "Ball screw pair" به جای محور پیچ به تنهایی، بر مجموعه شفت پیچ و مهره ساچمه ای منطبق، شامل توپ ها و اجزای گردش خون تاکید دارد.
هر بال اسکرو بدون ضربه-آزاد نیست. فاصله محوری به طراحی داخلی و شرایط مونتاژ بستگی دارد. پیش بارگذاری مناسب می تواند فاصله قابل اندازه گیری را کاهش یا حذف کند، اما همچنین باعث افزایش گشتاور اصطکاک و گرما می شود.
عوامل مهم عبارتند از دقت سرب، فاصله محوری، پیش بارگذاری، تغییر شکل الاستیک، استحکام یاتاقان-حمایت، انبساط حرارتی، تراز نصب و بازخورد و سیستم کنترل دستگاه.
دلایل رایج عبارتند از: پیش بارگذاری بیش از حد، روغن کاری نامناسب، ناهماهنگی، اجزای گردش خون آسیب دیده، سرعت بیش از حد و مقاومت درزبندی بالا. منبع باید قبل از تعویض روانکار یا پیش بارگیری بررسی شود.
نتیجه گیری
فناوری کلیدی یک جفت بال اسکرو به حرکت اصطکاک کم- محدود نمی شود. عملکرد قابل اعتماد از تعامل هندسه راه آهن، گردش توپ، دقت، پیش بارگذاری، سفتی، ظرفیت بار، کنترل سرعت، روغن کاری و ساختار نصب ناشی می شود.
برای انتخاب، بار محوری، ضربه موثر، سرعت هدف، دقت مورد نیاز، چرخه وظیفه، فضای نصب، ترتیب پشتیبانی و محیط کار را تأیید کنید. DLY می‌تواند راه‌حل‌های رول شده C7 و زمینی C5 را ارائه دهد، از جمله پیکربندی مهره، پیش‌بارگذاری، ماشینکاری انتهایی و پشتیبانی از تطبیق واحد.
برای انتخاب بال اسکرو یا تأیید فنی، قطر، سرب، ضربه، بار، سرعت، درجه دقت و انتهای{0}}نقشه ماشینکاری مورد نیاز را ارسال کنید.
مراجع
- ISO 3408-1 - بال پیچ: واژگان و نامگذاری.
- ISO 3408-3 - بال اسکرو: شرایط پذیرش و آزمون های پذیرش.
- کاتالوگ های مهندسی سازنده و دستورالعمل های فنی که دقت توپ اسکرو، پیش بارگذاری، رتبه بار و سرعت بحرانی را پوشش می دهد.
