Коефициент на безопасност за сачмено-винтова винтова система с голям водещ ход

Определянето на коефициента на безопасност за сачмен винт с голям ход изисква нещо повече от разделяне на единичен товар при повреда на нормалното работно натоварване. Капацитетът на статичен товар, издръжливостта на умора, изкълчването на вала, критичната скорост, скоростта на циркулация на сачмата и въртящият момент трябва да се проверяват отделно.

В тази статия "винт с голям ход" се отнася до сачмен винт с относително голям линеен ход на оборот. DLY обикновено третира изводи от 10 mm и повече като опции с висок извод. Методът за изчисление за трапецовиден или ACME плъзгащ се водещ винт е различен и не трябва да се смесва с метода на сферичния винт по-долу.

Защо един фактор за безопасност не е достатъчен

Различните режими на отказ използват различен капацитет на натоварване и методи за изчисление. Сферично-винтовият винт може да има достатъчен капацитет на статичен товар, но все пак да е неподходящ, тъй като неговият вал може да се огъне, скоростта му на въртене се доближава до критичната скорост или неговият изчислен живот на умора е твърде кратък.

Стъпка 1: Изчислете максималното аксиално натоварване

Първата стъпка е да се определи най-голямата аксиална сила, която сферичният винт може да изпита. Не използвайте само масата на движещия се компонент.

В зависимост от машината максималното аксиално натоварване може да включва:

• Гравитация върху вертикална или наклонена ос
• Сила на ускорение и забавяне
• Сила на обработка, пресоване или процес
• Водач, уплътнение и устойчивост на кабелна верига
• Противотежест или балансираща сила
• Аварийно спиране на забавяне
• Несигурност при удар, сблъсък или натоварване, когато е приложимо

Силата на ускорение може да се оцени, като се използва:

Е_а= m × a

къдетоме движещата се маса в килограми иае линейното ускорение в метри в секунда на квадрат.

За вертикална повдигаща ос, приблизителната движеща сила нагоре преди допълнително съпротивление е:

F = m × (g + a)

Натоварването по време на движение надолу, спиране и аварийно спиране трябва да се изчислява отделно, тъй като посоката и големината могат да се променят.

Стъпка 2: Проверете коефициента на безопасност при статично натоварване

Основното статично аксиално натоварване, обикновено идентифицирано като C_0а, се отнася до постоянна деформация при контактите на топката и каналите. Това не е същото като „крайно натоварване при скъсване“.

Основният статичен фактор на безопасност може да се изрази като:

f_s= В_0а÷ F_макс

където:

• f_s= коефициент на безопасност при статично натоварване
• В_0а= основно статично аксиално натоварване
• Е_макс= максимално еквивалентно аксиално натоварване

Необходимият минимален коефициент трябва да съответства на техническите данни на производителя и състоянието на натоварване на машината. Плавната работа, вибрациите, ударите, аварийните спирания и последствията за безопасността изискват различни граници. Универсална стойност като 1,2, 2 или 3 не трябва да се прилага без препратка към действителната спецификация.

Ако натоварването се прилага ексцентрично, сферичният винт не трябва да се избира чрез просто увеличаване на този коефициент. Страничното натоварване и моментът трябва да се поемат от линейните водачи, докато винтът и гайката остават правилно подравнени.

Стъпка 3: Изчислете еквивалентното динамично натоварване

Издръжливостта на умора не се изчислява от единичното най-високо натоварване, освен ако това натоварване не действа през целия работен цикъл. Когато натоварването се променя по време на ускорение, движение с постоянна скорост, обработка и връщане, трябва да се изчисли еквивалентно динамично натоварване.

За няколко етапа на постоянно натоварване опростеното еквивалентно натоварване, претеглено спрямо оборотите, за сачмен винт може да бъде изразено като:

Е_м= ∛[(F₁³Н₁+ Ф₂³Н₂+ …) ÷ (N₁+ Н₂+ …)]

къдетоЕ_ме еквивалентното динамично аксиално натоварване иНпредставлява броя на оборотите, извършени при всяко натоварване.

Посоката на натоварването, предварителното натоварване и последователността на работа могат да повлияят на правилното изчисление. Използвайте избрания от производителя метод за изчисляване на живота, когато финализирате дизайна.

Стъпка 4: Изчислете номиналния живот на умора

Номиналният номинален живот на сачмен винт обикновено се изчислява от основния номинален динамичен аксиален товар C_аи еквивалентно динамично аксиално натоварване F_м:

Л₁₀= (C_а÷ F_м)³× 10⁶революции

Това е статистическа оценка на живота на умората при търкаляне, а не гаранция, че всеки винт ще работи точно този брой обороти. Замърсяване, лошо смазване, разместване, удар и неправилно предварително натоварване могат да причинят по-ранна повреда.

Ако средната скорост на въртене е известна, оборотите могат да бъдат превърнати в приблизителни работни часове:

Живот в часове = L₁₀÷ (60 × средни обороти в минута)

Подходящата степен на динамично натоварване трябва да бъде избрана от изисквания живот, а не чрез прилагане на универсален множител към работното натоварване.

Стъпка 5: Проверете изкълчването при натиск

Дълъг сферичен винт под натоварване на натиск може да стане нестабилен и да се огъне, дори когато статичното натоварване на сферичната гайка е достатъчно. Това е особено важно при вертикални повдигащи оси и дълги хоризонтални оси, които избутват, а не дърпат товара.

Теоретичното натоварване на изкълчване на Ойлер е свързано с:

П_кр= π²НЕ ÷ (CL)²

където:

• И= модул на еластичност на материала на винта
• аз= втори момент на площ въз основа на диаметъра на корена на винта
• Л= неподдържана дължина на винта
• К= коефициент на ефективна дължина, определен от условията на крайна опора

За кръгъл участък:

I = πd_r⁴÷ 64

Диаметърът на корена - не само номиналният външен диаметър - трябва да се използва. Действителното допустимо натоварване на натиск трябва да включва подходящ марж под теоретичното натоварване на изкълчване и да следва изчислителния метод на производителя.

Съпротивлението на изкълчване се променя значително с неподдържана дължина, тъй като критичното натоварване е обратно пропорционално на квадрата на тази дължина.

Стъпка 6: Проверете критичната скорост

Дълъг въртящ се винт може да вибрира или бие, когато скоростта му на въртене се доближи до естествена честота. Критичната скорост зависи главно от:

• Диаметър на корена на винта
• Разстояние между ефективните опори
• Фиксирани, поддържани или безплатни крайни условия
• Изправеност и подравняване на монтажа

Работната скорост трябва да остане под допустимата скорост, изчислена с помощта на коефициента на поддържащо състояние и препоръчания марж на доставчика.

Големият ход може да намали необходимите обороти на винта за дадена линейна скорост:

Необходими обороти в минута = линейна скорост ÷ преднина

Например, постигането на 20 000 mm/min изисква приблизително 2000 rpm с 10 mm повод, но само 800 rpm с 25 mm повод. Това може да помогне при критични ограничения на скоростта, въпреки че остават необходими други проверки.

Стъпка 7: Проверете стойността на DN и ограничението за циркулация на топката

Дори когато валът на винта остава под критичната си скорост, сферичната гайка може да има собствено ограничение на скоростта на въртене. Циркулацията на топките генерира удар, триене и топлина, докато топките влизат и излизат от натоварената пътека.

Производителите могат да определят допустима скорост или DN стойност въз основа на диаметъра на винта и скоростта на въртене. Точната дефиниция и допустимата стойност трябва да се вземат от спецификацията на избрания продукт.

Не приемайте, че всяка голяма гайка е подходяща за висока скорост. Структурата на връщане, размерът на топката, смазването, предварителното натоварване и точността на сглобяване влияят върху допустимата работна скорост.

Стъпка 8: Изчислете необходимия въртящ момент

Приблизителният въртящ момент, необходим за генериране на аксиална сила през сферичен винт, може да се оцени като:

T = F × P ÷ (2πη)

където:

• Т= задвижващ момент
• Е= аксиална сила
• П= сачмен винт
• η= механична ефективност

За една и съща аксиална сила по-големият ход обикновено изисква по-голям задвижващ момент, въпреки че произвежда повече линеен ход на оборот.

Изчислението на двигателя трябва също така да включва винт, съединител, ролка, двигател и инерция на подвижния товар. Пиковият въртящ момент на ускорение, непрекъснатият въртящ момент, въртящият момент при аварийно спиране и ограниченията на скоростта на двигателя трябва да се проверяват отделно.

Стъпка 9: Проверете крайната обработка и опорните лагери

Изборът на сферична гайка с достатъчна степен на натоварване не гарантира, че целият монтаж е безопасен. Обработените краища на винтовете и опорните лагери трябва да предават същото аксиално натоварване и въртящ момент.

Проверете:

• Коефициент на аксиално натоварване на неподвижен страничен лагер
• Предварително натоварване и твърдост на лагера
• Диаметър на седлото на лагера и якост на рамото
• Якост на резбата и контрагайката
• Шпонков канал, плоска или съединителна връзка
• Комбинирано аксиално и усукващо напрежение в края на винта

Малките диаметри на машинно обработения край могат да се превърнат в най-слабата част, дори когато валът на главния винт и гайката имат достатъчен капацитет.

Вижте DLYсачмено-винтови опорни единиципри проверка на разположението на лагера и монтажа.

Стъпка 10: Добавете мерки за безопасност за вертикални оси

Сферичните винтове обикновено имат висока механична ефективност и могат да се задвижват обратно. Поради това вертикално натоварване може да се спусне и да завърти винта, ако въртящият момент на двигателя бъде премахнат.

Вертикалната система трябва да включва подходяща моторна спирачка, противотежест, механично задържащо устройство или друга мярка за контрол на риска. Увеличаването на коефициента на безопасност на сферичния винт не прави механизма самозаключващ се.

Проектът за безопасност трябва да вземе предвид загуба на мощност, повреда на съединителя, повреда на спирачката, аварийно спиране и условия за поддръжка - не само нормална работа на двигателя.

Информация, необходима за избор

Подгответе следната информация, преди да изчислите сачмен винт с голям ход:

• Движеща се маса и посока на монтаж
• Максимален процес и външни сили
• Скорост на ускорение, забавяне и аварийно спиране
• Необходима линейна скорост и ход на винта
• Обща дължина на винта и опорно разстояние
• Фиксирано, поддържано или свободно крайно разположение
• Натоварване и скорост по време на всяка част от работния цикъл
• Ежедневно време на работа и необходим експлоатационен живот
• Необходима точност, хлабина или предварително натоварване
• Смазване, температура и условия на замърсяване
• Информация за двигател, съединител и носещи лагери

Често срещани грешки при изчисленията

• Използване на нормално натоварване вместо натоварване при максимално ускорение или аварийно спиране
• Третиране на статичното натоварване като максимално натоварване при скъсване
• Използване на един фактор на безопасност за статично натоварване, умора и изкълчване
• Проверка на капацитета на гайката, но пренебрегване на изкривяването на вала
• Използване на номинален диаметър вместо диаметър на корена
• Пренебрегване на критичната скорост на дълъг въртящ се винт
• Пренебрегване на допустимата скорост на циркулация на сферичната гайка
• Забравяйки опорния лагер и капацитета на машинния край
• Ако приемем, че вертикалният сферичен винт е самозаключващ се
• Смесване на килограми маса с килограми сила или нютони

Заключение

Безопасността на сачмено-винтовия винт с голям ход не може да бъде представена от един универсален фактор. Безопасността при статичен контакт, устойчивостта на умора, изкълчването при натиск, критичната скорост, DN стойността, задвижващият въртящ момент и носещата способност на опората трябва да бъдат проверени отделно.

Големият ход намалява скоростта на въртене, необходима за дадена линейна скорост, но обикновено увеличава въртящия момент, необходим за същата аксиална сила. Окончателният избор трябва да балансира скоростта, въртящия момент, натоварването, твърдостта, живота и пространството за монтаж.

Вижте DLYпродукти със сачмен винтза налични диаметри, проводници, видове гайки и опции за точност.

← Назад към блога на DLY