Как да съчетаем сферичен винт и линеен водач за една ос: натоварване, скорост, точност и размер

A сферичен винтилинеен водачизпълнява различни функции на една и съща ос на движение. Това ръководство обяснява как да ги оразмерите и съпоставите според натоварването, скоростта, точността, хода, твърдостта и условията на монтаж, вместо да разчитате на двойки с фиксирани размери.

1. Какво носи сферичният винт и какво носят линейните водачи?

Сферичният винт и линейните водачи работят заедно, но не носят еднакви натоварвания.

Theсачменият винт предава предимно аксиална тяга. В зависимост от машината, това може да включва сила на ускорение, сила на процеса, съпротивление на триене и, по вертикална ос, теглото на движещия се възел.

Theлинейните водачи поддържат и ограничават движещата се структура. Те носят вертикални и странични сили и издържат на моменти на накланяне, завъртане и търкаляне, създадени от товара, външните сили и изместването на-центъра-на тежестта.

Поради тази причина сачмено-винтовият винт не трябва да се третира като основен радиален направляващ елемент на оста. Водачите трябва да контролират траекторията на движение, докато винтът осигурява основно движещата сила.

2. Необходими входове за приложение преди оразмеряване

Преди да изберете някой от компонентите, съберете работните условия на цялата ос.

Подвижна маса

Включете всеки компонент, който се движи с каретката, като маса, приспособление, детайл, шпиндел, инструменти и всяко оборудване, монтирано на подвижния възел.

Външни сили

Идентифицирайте сили на рязане, притискане, затягане или други процеси. Посоката и точката, в която действа силата, са важни, тъй като те определят както тягата на сферичния винт, така и натоварванията на линейния водещ момент.

Монтажна ориентация

Определете дали оста е хоризонтална, вертикална или наклонена. По хоризонтална ос гравитацията се поддържа главно от водачите. По вертикална ос гравитацията също се превръща в непрекъснато аксиално натоварване върху сачмено-винтовата система и задвижващата система.

Ход и монтажна дължина

Ефективният ход не е същият като общата дължина на винта. Необходимо е място и за сферичната гайка, опорните елементи, обработката на краищата на вал-и структурата на машината.

Скорост и ускорение

Ускорението създава инерционна сила според:

F = m × a

Тежката ос може да генерира значителна тяга дори при умерена скорост, ако ускорението е високо.

Изисквания за точност

Определете точността на позициониране, повторяемостта, допустимата хлабина или аксиалната хлабина и необходимата твърдост. Степента на точност на винта трябва да идва от действителните изисквания за позициониране на машината, а не просто да изберете най-високата налична степен.

Работен цикъл

Работните часове, циклите на час, изминатото разстояние за цикъл и промяната на натоварването влияят върху необходимия експлоатационен живот както на сферичния винт, така и на линейните водачи.

3. Оразмерете линейните водачи от сили, моменти и разстояние между блоковете

Оразмеряването на линейния водач не трябва да се основава само на общото тегло на машината.

Например, 500 kg движещ се възел произвежда гравитационна сила от приблизително:

500 × 9.81 = 4,905 N

Ако оста използва две релси и четири блока, разделянето на 4905 N по равно между четири блока дава само идеализирана статична стойност. Реалните машини често имат изместен център на тежестта или външни сили, които създават моменти.

Следователно изборът на водач трябва да вземе предвид:

• разстояние между релсите-с-релсите;
• блок-към-блок интервал;
• височина на-центъра-на тежестта;
• надлъжно и странично положение на товара;
• посока на външната сила;
• моменти на накланяне, завъртане и търкаляне.

Увеличаването на разстоянието между релсите обикновено подобрява устойчивостта на моментите на търкаляне, докато увеличаването на надлъжното разстояние между блоковете може да подобри устойчивостта на моментите на накланяне и колебание.

След като изчислите разпределението на натоварването, проверете динамичното натоварване на производителя, статичното натоварване, допустимите моменти и необходимия експлоатационен живот.

4. Оразмерете сачмено-винтовия винт според тяга, живот, изкълчване и критична скорост

Необходим аксиален натиск

За хоризонтална ос необходимата тяга на винта може да бъде оценена от силата на ускорение, външната сила на процеса и механичното съпротивление.

F_общо = F_{ускорение} + F_процес + F_{съпротива}

За вертикална ос трябва да се включи и гравитацията. Една вертикална движеща се маса от 500 kg сама по себе си създава приблизително 4905 N гравитационно натоварване, преди да се добавят ускорението и процесните сили.

Живот на сачмен винт

Животът на сферичния винт зависи от връзката между номиналното динамично натоварване на винта и еквивалентното аксиално работно натоварване. Трябва да се вземе предвид действителният спектър на натоварване, вместо да се използва само максималната сила.

Изкривяване

Дългите сферични винтове, подложени на натиск, трябва да бъдат проверени за изкълчване. Важните фактори включват диаметър на основата на винта, дължина без опора, разположение на опората и сила на натиск.

Критична скорост

Дългите въртящи се винтове също трябва да останат под тяхната допустима критична скорост. Необходимите обороти на винта зависят от линейната скорост и хода на винта.

По-големият ход може да намали скоростта на въртене на винта за същата линейна скорост на движение, но също така променя въртящия момент на двигателя, механичното предимство и разделителната способност на позициониране. Следователно диаметърът и поводът трябва да бъдат избрани заедно.

5. Точност на съвпадението, предварително натоварване и твърдост

Товароносимостта сама по себе си не определя дали винтът и водачите са правилно съвпадащи. Цялата ос също трябва да осигурява необходимата точност и твърдост.

Точност на сферичния винт

Изберете степента на точност на сферичния винт според хода на оста, толеранса на позициониране, стратегията за управление и общия бюджет за грешки на машината.

Предварително зареждане

Предварителното натоварване на сферичния винт може да намали аксиалната хлабина и да увеличи твърдостта, докато предварителното натоварване на направляващия може да намали изместването при променящи се натоварвания. Прекомерното предварително натоварване обаче увеличава триенето, генерирането на топлина и чувствителността към грешки при монтажа.

Целта не е навсякъде да се посочи максимално предварително натоварване или максимална прецизност. Винтът, водачите, опорните лагери, съединителят, монтажните повърхности и рамката на машината трябва да бъдат избрани като една механична система.

6. Проверете подравняването на водача на винта и геометрията на монтажа

Дори правилно оразмерените компоненти могат да работят лошо, ако винтът и водачите са монтирани с прекомерно разместване.

Важните фактори за инсталиране включват:

• монтаж на релса-изправеност на повърхността;
• успоредност между водещите релси;
• подравняване на сачмен винт;
• поддържа-подравняване на лагери;
• точност на монтаж на сферична гайка;
• твърдост на движещата се количка.

Лошото подравняване може да увеличи въртящия момент на задвижването, топлината и износването, като същевременно намали експлоатационния живот и ефективността на позициониране. Предварително заредените системи обикновено поставят по-високи изисквания към точността на инсталиране.

7. Работен пример: 500 kg хоризонтална автоматизирана ос

Помислете за предварителна хоризонтална ос на автоматизация със следните изисквания:

Стъпка 1: Изчислете инерционната сила

При ускорение от 1,0 m/s²:

F = 500 × 1.0 = 500 N

Това е само ускорителната сила. Все още трябва да се добавят силата на процеса и механичната устойчивост.

Стъпка 2: Изчислете направляващото натоварване

Водещата система поддържа приблизително 4905 N статично тегло. Индивидуалните натоварвания на блоковете обаче не могат да бъдат потвърдени, докато не бъдат известни разстоянието между релсите, разстоянието между блоковете и позицията-на-тежестта.

Стъпка 3: Изберете подредбата на водачите

Изчислете силите и моментите, действащи върху всеки блок, като използвате действителната геометрия на машината, след това изберете направляваща серия и блокова конфигурация, които осигуряват необходимия капацитет на натоварване, капацитет на момента, твърдост и живот.

Стъпка 4: Изберете сферичен винт

Определете необходимата аксиална тяга и след това проверете диаметъра на винта, хода, капацитета на динамично натоварване, очаквания живот, критичната скорост и изкълчването, където е приложимо.

Този пример умишлено не посочва фиксиран размер на винта или водача, тъй като липсващите данни за геометрията и процес-силата могат съществено да променят крайния избор.

8. Често срещани грешки при съвпадение

Използване на фиксиран винт-към-Насочваща таблица с размери

Няма универсална връзка едно-към-между диаметъра на сферичния винт и размера на линейния водач.

Избор на водачи само от теглото на машината

Отместването-на-центра на тежестта и външните моменти могат да създадат много по-големи натоварвания върху отделните блокове, отколкото предполага простото изчисляване на теглото.

Избор на сферично-винтова връзка само от товароносимостта

Винтът може да има достатъчна аксиална товароносимост, но въпреки това да не отговаря на критичните за приложението-изисквания за скорост, изкълчване, ход-или монтажна дължина.

Игнориране на ускорението

Ускорението може да създаде значителни тягови и моментни натоварвания, особено при тежки и високо{0}}циклични оси.

Използване на сферичния винт като водач

Линейните водачи трябва да контролират пътя на движение. Сферичният винт трябва да предава основно аксиална задвижваща сила.

Указване на прекомерно предварително натоварване

Повече предварително натоварване не винаги е по-добро. Прекомерното предварително натоварване увеличава триенето, топлината и чувствителността към грешки при монтажа.

9. Контролен списък за RFQ за пълна сферично-винтова система и линейна направляваща система

За предварителен избор на сферичен винт и линеен водач, моля, предоставете:

• Движеща се маса и външна сила на процеса
• Хоризонтален, вертикален или наклонен монтаж
• Ефективен удар
• Максимална скорост и ускорение
• Точност на позициониране и повторяемост
• Ежедневни работни часове и честота на цикъла
• Налична монтажна дължина на сачмен винт
• Брой релси и блокове
• Разстояние между релсите и междублокове
• Положение на-центъра-на тежестта, ако е налично
• Работна среда
• Прототип и производствено количество

Машинен чертеж или просто оформление на оста е особено полезно, когато товарът е изместен от направляващата централна линия.

Заключение

Съвпадението на сачмен винт и линеен водач не е въпрос на сдвояване на два каталожни размера.

Линейните водачи трябва да бъдат избрани според силите, моментите, разпределението на натоварването, геометрията и необходимия живот. Сферичният винт трябва да бъде избран според изискванията за аксиален натиск, експлоатационен живот, диаметър, ход, критична скорост, изкълчване и позициониране.

След това окончателната комбинация трябва да бъде проверена като цялостна система за твърдост, точност, подравняване и условия на монтаж.

← Назад към блога на DLY