Wybór niewłaściwego śruby kulowej może prowadzić do przedwczesnej awarii, kosztownych przestojów i zmarnowanej inwestycji. Bez odpowiedniej oceny, Twój system ruchu może ucierpieć. Oto sprawdzony przewodnik w 6 krokach, który pomoże Ci dokonać właściwego wyboru.

Wybór śruby kulowej polega na ocenie prędkości, obciążenia i wymagań dotyczących trwałości, aby zapewnić optymalną wydajność i niezawodność. Obliczając moment obrotowy i rozumiejąc buckling i prędkości krytyczne, inżynierowie mogą wybrać idealną śrubę.

Zbadaj każdy czynnik szczegółowo, aby uniknąć błędów w projekcie ruchu liniowego.

Prędkość obrotowa

Prędkość obrotowa śruby kulowej jest podstawowym parametrem, który bezpośrednio wpływa na wydajność i efektywność systemu. Prędkość obrotowa jest zazwyczaj określana w obrotach na minutę (RPM) i powinna być rozważana w odniesieniu do dynamicznych wymagań systemu.

Wyższe prędkości obrotowe umożliwiają szybszy ruch ładunku, ale mogą również zwiększać generację ciepła i zużycie. Projektanci muszą zapewnić, że materiał, smarowanie i konstrukcja śruby mogą wytrzymać zamierzony poziom prędkości. Ponadto, nadmierna prędkość może prowadzić do drgań osiowych lub rezonansu, szczególnie w dłuższych śrubach kulowych. Dlatego maksymalna bezpieczna prędkość, często zalecana przez producenta, nie powinna być przekraczana.

Obliczanie prędkości obrotowej wiąże się również z rozumieniem cyklu pracy aplikacji. Jeśli Twój system działa na maksymalnej prędkości sporadycznie, może tolerować wyższe maksymalne RPM niż ciągłe aplikacje o wysokiej prędkości. Zawsze konsultuj się z danymi technicznymi producenta w sprawie ocen prędkości przed ostatecznym wyborem.

Prędkość krytyczna

Prędkość krytyczna to prędkość, przy której śruba kulowa zaczyna rezonować lub wibrować w nadmiarze. Dzieje się to z powodu zgodności naturalnej częstotliwości wału z częstotliwością pracy. Jeśli prędkość krytyczna jest bliska osiągnięcia lub przekroczona, może to prowadzić do katastrofalnej awarii z powodu ugięcia wału, niewłaściwego ustawienia lub przeciążenia łożysk.

Prędkość krytyczna (Nc) zależy od niesionej długości wału, jego średnicy, warunków podparcia i modułu materiału. Inżynierowie korzystają z takich wzorów:

Nc = (k × D × √E / L²)

Gdzie:

• k jest stałą zależną od typu podparcia końca,

• D jest średnicą wału,

• E jest modułem sprężystości,

• L jest niesioną długością.

Zmniejszenie niesionych długości lub użycie podpór pośrednich może zwiększyć prędkość krytyczną. Ogólna zasada to operowanie przy maksymalnej prędkości nieprzekraczającej 80% prędkości krytycznej dla bezpieczeństwa. Jest to szczególnie ważne dla systemów montażu poziomego lub aplikacji o długim ruchu.

Obciążenie krytyczne

Zginanie to awaria kompresyjna, która występuje, gdy wał odkształca się z powodu obciążenia osiowego, szczególnie w długich lub niepodpartych śrubach. Obciążenie zginające (Pb) musi być wyższe niż maksymalne obciążenie kompresyjne oczekiwane w aplikacji.

Często oblicza się to za pomocą wzoru Eulera dla długich smukłych kolumn:

Pb = (π² × E × I) / (K × L)²

Gdzie:

• I to moment bezwładności,

• K to stała oparta na warunkach brzegowych,

• L to długość efektywna.

Aby zapobiec zginaniu, upewnij się, że wał śruby kulowej jest odpowiednio podparty, a zastosowane obciążenie pozostaje w bezpiecznych granicach. W przypadku aplikacji pionowych lub niepodpartych rozpiętości obliczenia zginania stają się szczególnie krytyczne. Wybierając śrubę kulową, zawsze sprawdzaj klasyfikację obciążenia osiowego w odniesieniu do obliczonego limitu zginania.

Porównanie czynników obciążenia zginającego śruby kulowej

Średnia prędkość i średnie obciążenie

Aby oszacować żywotność i zachowanie termiczne śruby kulowej, należy zrozumieć średnią prędkość i średnie obciążenie podczas cyklu pracy. Zamiast używać wartości szczytowych, inżynierowie powinni obliczać wartości średnie kwadratowe (RMS) zarówno dla obciążenia, jak i prędkości, aby dokładniej ocenić wydajność.

Średnia prędkość wpływa na generację ciepła z powodu tarcia, podczas gdy średnie obciążenie określa trwałość zmęczeniową. Na przykład, przerywane użycie przy dużym obciążeniu może nie być tak krytyczne jak ciągła praca przy niskim obciążeniu.

Użyj tego podejścia:

Średnie obciążenie (Fa) = √[(F₁² × t₁ + F₂² × t₂ + … + Fn² × tn) / T]

Średnia prędkość (Va) = [(V₁ × t₁ + V₂ × t₂ + … + Vn × tn) / T]

Gdzie:

• F to obciążenie,

• V to prędkość,

• t to czas w każdej fazie,

• T to całkowity czas cyklu.

Ta kalkulacja jest niezbędna dla aplikacji dynamicznych, takich jak maszyny CNC czy roboty pick-and-place.

Żywotność

Żywotność śruby kulkowej jest zazwyczaj wyrażana w liczbie obrotów lub odległości przebytej przed awarią zmęczeniową. Producenci często podają oceny żywotności, takie jak L10 lub B10, które wskazują na czas życia, w którym 90% śrub może działać bez awarii w określonych warunkach.

Żywotność zależy od kilku czynników:

• Dynamiczna nośność (Ca)

• Nałożone obciążenie osiowe (Fa)

• Środowisko pracy (temperatura, zanieczyszczenie, smarowanie)

Podstawową żywotność (L10) można obliczyć według wzoru:

L10 = (Ca / Fa)³ × 10⁶ obrotów

Jeśli śruba jest wstępnie obciążona, lub jeśli występują obciążenia udarowe, należy zastosować współczynnik korekcyjny. Odpowiednie smarowanie i czyste środowiska znacznie wydłużają żywotność operacyjną.

Tabela szacunkowa żywotności śruby kulkowej

Planowanie konserwacji i oczekiwania dotyczące gwarancji w dużym stopniu opierają się na tym obliczeniu.

Obliczanie momentu obrotowego

Moment obrotowy to siła, która powoduje obrót śruby i napędza nakrętkę (lub odwrotnie). Aby poruszać dane obciążenie, inżynierowie muszą określić zarówno moment obrotowy początkowy, jak i moment obrotowy roboczy. Zapewnia to odpowiedni dobór silnika i unika zacinania się lub przegrzewania.

Podstawowy moment obrotowy (T) potrzebny do ruchu obciążenia osiowego (Fa) można obliczyć według wzoru:

T = (Fa × skok) / (2π × η)

Gdzie:

• Fa to obciążenie osiowe (N),

• Skok to skok śruby (mm),

• η to efektywność (zwykle od 0,85 do 0,95 dla śrub kulowych).

Nie zapomnij uwzględnić dodatkowego momentu obrotowego potrzebnego do pokonania wstępnego obciążenia, tarcia i bezwładności. W systemach wysokiej prędkości, moment obrotowy dynamiczny może również uwzględniać przyspieszenie i opóźnienie.

Wybór silnika z niewystarczającym momentem obrotowym jest powszechnym błędem projektowym. Upewnij się, że specyfikacje silnika są zgodne z obliczonymi wartościami dla płynnej i niezawodnej pracy.

Wnioski

Opanowanie wyboru śrub kulowych polega na zrównoważeniu prędkości, obciążenia i żywotności. Postępuj zgodnie z tymi sześcioma kluczowymi krokami, aby zapewnić, że twój system działa najlepiej.W przypadku dalszych pytań prosimy o kontakt sales@SHAC.com