Mecanisme de acționare a șuruburilor cu bile – Funcție/structură/tipuri/clase de precizie
Mecanismele de acționare a șuruburilor cu bile sunt fabricate în conformitate cu criteriile de selecție și specificațiile DIN ISO 3408 sau JIS B 1192 etc.
Mecanismele de acționare a șuruburilor cu bile sunt componente de înaltă precizie utilizate în diverse aplicații, pentru a converti mișcarea rotativă în mișcare liniară. Domeniile de aplicare pentru acționările cu șurub cu bile sunt variate și includ domenii precum utilaje CNC, imprimante 3D, robotică, utilaje-unelte și multe alte aplicații industriale.
Construcția mecanismelor de acționare a șuruburilor cu bile
Mecanismele de acționare a șuruburilor cu bile constau dintr-un șurub conducător (2), o piuliță cu bile (3) și bile (4). În piulița pe care se rostogolesc bilele se află o cale de rulare specială (1). Șurubul conducător este prevăzut cu un ghidaj de filet adecvat, care este adaptat la forma piuliței. Bilele permit mișcarea cu frecare redusă, acționând între căile de rulare ale piuliței și șurubul conducător. Mecanismele de acționare a șuruburilor cu bilă pot avea un mecanism de autoblocare. Autoblocarea este capacitatea unui sistem mecanic de a preveni mișcarea autonomă neintenționată. Într-un sistem cu autoblocare, mișcarea este blocată de forțe mecanice sau induse de frecare, imediat ce forța de acționare este îndepărtată.
Stiluri de șuruburi conducătoare
Există diferite versiuni ale șuruburilor conducătoare. Acestea diferă, de exemplu, după cum urmează:
- După principiul proiectării (șurub conducător staționar, rotativ), ghidaj liniar al piuliței
- Prin retur cu bilă (interior sau exterior)
- Pornire cu mâna stângă sau dreaptă
- Simplu sau multiplu
- Precizie: Acționarea șurubului de transport sau de poziționare
Mecanisme de acționare a șuruburilor cu o singură bilă
Mecanismele de acționare a șuruburilor cu o singură bilă constau într-un singur șurub conducător cu o singură piuliță de șurub cu bilă. Acestea sunt utilizate pe scară largă în industrie și sunt utilizate în principal în aplicații cu sarcini mici și viteze mari.
Mecanisme de acționare șuruburi cu mai multe bile
Spre deosebire de mecanismele de acționare a șuruburilor cu bile, mecanismele de acționare a șuruburilor cu bile multiple constau într-o piuliță de rotație cu bile, prevăzută cu mai multe rânduri cu bile. Rândurile suplimentare de bile duc la o capacitate de încărcare și de rigiditate mai mari și sunt adesea utilizate în aplicații grele.
Cu ghidaj liniar
Un mecanism de acționare cu șuruburi cu bile cu ghidaj liniar are una sau mai multe șine de ghidare pe care piulița cu bile glisează (care transportă platforma sau sarcina). Funcția șinei de ghidaj este de a ghida și de a susține mișcarea liniară și de a obține precizie și stabilitate. Avantajele sunt precizia ridicată, repetabilitatea și rigiditatea. Acționarea șuruburilor cu bile și ghidaje liniare este potrivită în special pentru aplicații care necesită poziționare precisă și stabilitate, cum ar fi utilajele CNC și utilajele-unelte.
- 1 șurub conducător
- Piuliță cu 2 șuruburi cu bile și flanșă
- 3 Lagăr
- 4 Dispozitiv de transport
- 5 Motor cu cutie de viteze
Fără ghidaj liniar
Pentru șuruburile cu bile fără ghidaje liniare, piulița șurubului cu bile se deplasează direct pe șurubul conducător fără o șină conducătoare liniară separată. Piulița glisează de-a lungul șurubului conducător. Avantajul este că șuruburile fără ghidaje liniare separate sunt utilizate în aplicații care au spațiu limitat sau necesită designuri simple. Acestea pot oferi o soluție mai ieftină în aplicații mai puțin solicitante.
Clase de precizie
Clasele de precizie ale mecanismelor de acționare a șuruburilor cu bile sunt clasificări specifice care descriu precizia și toleranțele. Acestea sunt specificate în standardele relevante, cum ar fi JIS B 1192 (ISO 3408) din Japonia. ISO 3408 specifică, de exemplu, diferența dintre calea țintă și calea nominală pe calea utilă. Rezultatul următoarelor clase de toleranță:
- C0 - C5: Definită de abaterea medie a căii și de toleranța fluctuației căii
- C7 - C10: Definită de deviația medie de distanță pe o lungime de 300 mm.
Standardul ISO 286 oferă o clasificare alternativă pentru nivelurile de toleranță utilizate în unele standarde și oferă grade de precizie similare celor din clasele C: IT 1 și urm.
În ceea ce privește jocul axial, mecanismele de acționare a șuruburilor cu bilă pot fi preîncărcate (fără joc) sau cu joc. De obicei, mecanismele de acționare a șuruburilor cu bilă cu o clasă de înaltă precizie sunt preîncărcate. Pentru poziționarea precisă, pentru aplicațiile de măsurare a poziției, pentru construcția științifică a dispozitivului și, în general, pentru aplicațiile care necesită cea mai mare rigiditate posibilă a ansamblului, se recomandă un ansamblu cu șurub cu bilă cu preîncărcare. De obicei, mecanismele de acționare a șuruburilor cu bile cu o clasă de precizie redusă fac obiectul dezvoltării jocurilor. Se recomandă mecanisme de acționare a șuruburilor cu bile dacă rezistența cuplului (deplasare cursivă) este o cerință cheie, dacă orice abateri de toleranță sunt compensate de un sistem de măsurare sau dacă erorile de poziție cauzate de jocul axial sunt irelevante.
Avantajele mecanismelor de acționare a șuruburilor cu bile
Mecanismele de acționare a șuruburilor cu bile oferă precizie și rigiditate ridicate, deoarece frecarea este redusă semnificativ. Această caracteristică oferă o precizie sporită și un transfer eficient al mișcării rotative către mișcare liniară. Distribuția uniformă a încărcăturii de către bile pe căile de rulare asigură stabilitatea și o distribuție eficientă a încărcăturii. Mecanismele de acționare a șuruburilor cu bile sunt disponibile sub formă de ansambluri gata de instalare și ating niveluri ridicate de eficiență de până la 95%.
Avantaje față de șuruburile trapezoidale
Un mecanism de acționare a șuruburilor cu bile oferă mai multe avantaje față de șuruburile trapezoidale:
- Precizie mai mare
- Frecare mai mică: Șuruburile cu bile au o frecare mai mică din cauza utilizării bilelor sau a rulmenților cu bile drept contacte cu role.
- Viteze mai mari datorită frecării reduse și contactului eficient la rulare
- Autoblocare inferioară
- Uzură redusă
- Forță de acționare redusă datorită frecării reduse și transferului de energie mai eficient
- Design mai compact: Șuruburile cu bile permit adesea un design mai compact, deoarece permit utilizarea motoarelor sau a unităților de acționare mai mici, datorită eficienței și preciziei lor mai mari.
Specificarea mecanismelor de acționare a șuruburilor cu bile corespunzătoare
Dacă este necesar un nou mecanism de acționare a șuruburilor cu bile, este important să cunoașteți anumiți parametri și anumite proprietăți. Mecanismele de acționare a șuruburilor cu bile sunt disponibile cu filet metric și filet în țoli. Denumirea disponibilă în comerț furnizează informații despre ce filet este necesar. Mecanismele de acționare a șuruburilor cu bile cu dimensiuni exprimate în inchi sunt specificate ca fiind de tip 1004 (corespund unui diametru al șurubului conducător de un inch și unui pas de 1/4 inch) și mecanismele de acționare a șuruburilor cu bile cu dimensiuni metrice, de exemplu, ca tip 12x3 (corespund unui diametru al șurubului conducător de 12 mm și unui pas de 3 mm).
Mecanismele de acționare a șuruburilor cu bile sunt etichetate cu diametrul cercului central cu bile și pasul acestora. Diametrul exterior al șurubului conducător poate fi măsurat pentru a determina diametrul spirei centrale cu bile. Pentru a determina pasul, este necesar mai întâi să se determine dacă este necesară un mecanism de acționare a șuruburilor cu bile, cu o singură pornire sau cu mai multe porniri. La mecanismele de acționare a șuruburilor cu bile cu o singură pornire, segmentele canelurii sunt amplasate direct unul lângă celălalt și există spații corespunzătoare între porniri la mecanismele de acționare a șuruburilor cu bile cu mai multe porniri. Se poate determina tipul cel mai ușor prin înfășurarea unui cablu:
distanța dintre un segment de cablu și următorul segment de cablu este determinată de distanța dintre acestea, de ex., 3 mm.
Efectul de alunecare cu adeziune și cum se minimizează
Efectul de alunecare directă (sau sistemul de vibrații autoexcitant) apare atunci când două suprafețe se mișcă și aderă alternativ, în loc să alunece fără probleme. Forța de prindere a unui obiect contracarează forța de greutate cu care obiectul urmează să fie deplasat. Până când forța necesară pentru a depăși forța de prindere este exercitată, obiectul rămâne blocat și apoi eliberat la o viteză crescută și începe să alunece. Odată ce starea de frecare glisantă a fost atinsă și obiectul continuă să fie deplasat cu presiune constantă, acesta nu mai aderă.
Cu toate acestea, apariția unui efect de alunecare directă duce la oscilații și vibrații în cadrul sistemului, acestea fiind în general nedorite. Spre deosebire de filetele trapezoidale sau filetele șuruburilor, care prezintă frecare statică, efectul de alunecare prin lipire nu joacă un rol în filetele cu bilă, deoarece acestea prezintă în mod substanțial frecare de rulare. Cu toate acestea, dacă există un efect de alunecare directă asupra mecanismelor de acționare a șuruburilor cu bile, pot fi luate diverse măsuri, inclusiv:
- Utilizarea lubrifianților
- Producție precisă și selecție de materiale
- Evitarea stresului excesiv
- Utilizarea ansamblurilor fără joc axial sau cu joc axial reglabil
- Strângerea ansamblului pentru a crește rigiditatea
Calcularea duratei de viață a filetelor cu bile
Durata de viață a mecanismelor de acționare a șuruburilor cu bile poate fi calculată utilizând indicele de sarcină dinamică. Acesta este definit de numărul total de rotații, timpul sau distanța după care suprafețele sau bilele rulmentului cu bile încep să se delamineze. Următoarea formulă se aplică pentru orele de funcționare Lh :
- Lh = durată de viață în ore (h.)
- C = Valoare nominală a sarcinii dinamice (N): O sarcină axială care acționează asupra unui grup de bile egale și la care 90% din probele de testare sunt capabile să realizeze 1 milion de rotații fără delaminarea suprafețelor de rulare
- Pm = Sarcină axială medie (N)
- Nm = Viteză medie (min-1)
- fw = Factor de sarcină, exemple: Funcționare fără sarcină de șoc fw = 1,0 până la 1,2 | Funcționare normală fw = 1,2 până la 1,5 | Funcționare cu sarcină de șoc fw = 1,5 până la 2,0
Următoarele informații sunt obișnuite pentru durata de viață utilă: 10.000 ore pentru utilaje industriale, 20.000 ore pentru mașini-unelte, 15.000 ore pentru echipamente de automatizare și instrumente de măsurare.
Selectarea unităților cu șurub cu bilă
Selectarea acționării șurubului cu bilă adecvat depinde de mai mulți factori, inclusiv cerințele privind sarcina, vitezele, cerințele privind precizia și mediul în care este utilizat. Pe mașinile CNC, mecanismele de acționare a șuruburilor cu bilă asigură gravare și frezare precise, în timp ce 3D-printers asigură o calitate precisă a imprimării strat cu strat. Robotica beneficiază de un control precis al mișcării articulațiilor, utilajelor-unelte în urma proceselor de prelucrare extrem de precise.
Trebuie specificate mai întâi condițiile de funcționare a mecanismelor de acționare a șuruburilor cu bile, cum ar fi precizia poziționării, cursa, vitezele de deplasare, durata de viață etc. La pasul următor, se efectuează o preselectare a mecanismelor de acționare a șuruburilor cu bile, pe baza preciziei ghidajului, a jocului axial și a sarcinilor preconizate. În cele din urmă, trebuie verificate sarcina axială permisă, viteza de rotație permisă și durata de viață preconizată. Utilizați procesul nostru de selecție pentru a dimensiona mecanismul de acționare a șurubului cu bile MISUMI. MISUMI furnizează sisteme de antrenare adecvate cu șuruburi cu bile, cuplaje de compensare și rulmenți cu bile pentru multe aplicații.
