Hvordan matche en kuleskrue og lineær guide for én akse: belastning, hastighet, nøyaktighet og størrelse

A kuleskrueoglineær guideutføre forskjellige funksjoner på samme bevegelsesakse. Denne veiledningen forklarer hvordan du kan dimensjonere og matche dem fra belastning, hastighet, nøyaktighet, slaglengde, stivhet og installasjonsforhold i stedet for å stole på par med fast størrelse.

1. Hva bærer kuleskruen, og hva bærer de lineære føringene?

Kuleskruen og lineære føringer fungerer sammen, men de bærer ikke de samme belastningene.

Dekuleskrue overfører primært aksialtrykk. Avhengig av maskinen kan dette inkludere akselerasjonskraft, prosesskraft, friksjonsmotstand og, på en vertikal akse, vekten av den bevegelige enheten.

Delineære føringer støtter og begrenser den bevegelige strukturen. De bærer vertikale og laterale krefter og motstår pitching, giring og rullemomenter skapt av lasten, ytre krefter og-tyngdepunktforskyvning.

Av denne grunn bør en kuleskrue ikke behandles som det viktigste radielle ledeelementet for aksen. Styrene skal kontrollere bevegelsesbanen, mens skruen hovedsakelig gir drivkraften.

2. Applikasjonsinndata kreves før dimensjonering

Før du velger en av komponentene, samle inn driftsforholdene for hele aksen.

Flyttemesse

Inkluder hver komponent som beveger seg med vognen, for eksempel bordet, armaturet, arbeidsstykket, spindelen, verktøyet og alt utstyr montert på den bevegelige enheten.

Ytre styrker

Identifiser kutte-, press-, klem- eller andre prosesskrefter. Retningen og punktet hvor kraften virker er viktig fordi de bestemmer både kuleskruetrykk og lineære styremomentbelastninger.

Monteringsorientering

Bestem om aksen er horisontal, vertikal eller skråstilt. På en horisontal akse støttes tyngdekraften hovedsakelig av føringene. På en vertikal akse blir tyngdekraften også en kontinuerlig aksial belastning på kuleskruen og drivsystemet.

Slag og installasjonslengde

Den effektive vandring er ikke det samme som total skruelengde. Det kreves også plass til kulemutteren, støtteenheter, aksel-endebearbeiding og maskinstruktur.

Hastighet og akselerasjon

Akselerasjon skaper treghetskraft i henhold til:

F = m × a

En tung akse kan generere betydelig skyvekraft selv ved moderat hastighet hvis akselerasjonen er høy.

Nøyaktighetskrav

Definer posisjoneringsnøyaktighet, repeterbarhet, tillatt tilbakeslag eller aksial klaring og nødvendig stivhet. Skruens nøyaktighetsgrad bør komme fra maskinens faktiske posisjoneringskrav i stedet for bare å velge den høyeste tilgjengelige karakteren.

Duty Cycle

Driftstimer, sykluser per time, kjøreavstand per syklus og lastvariasjon påvirker den nødvendige levetiden til både kuleskruen og de lineære føringene.

3. Dimensjoner de lineære guidene fra krefter, momenter og blokkavstand

Dimensjonering av lineær guide bør ikke bare være basert på total maskinvekt.

For eksempel produserer en 500 kg bevegelig enhet en gravitasjonskraft på omtrent:

500 × 9.81 = 4,905 N

Hvis aksen bruker to skinner og fire blokker, gir det å dele 4905 N likt mellom fire blokker kun en idealisert statisk verdi. Ekte maskiner har ofte et forskjøvet tyngdepunkt eller ytre krefter som skaper øyeblikk.

Guidevalg bør derfor vurdere:

• skinne-til-skinneavstand;
• blokkere-for å-blokkere mellomrom;
• tyngdepunkt-høyde-;
• lengde- og sidebelastningsposisjon;
• ekstern kraft retning;
• pitching, ywing og rullende øyeblikk.

Økning av avstanden mellom skinner forbedrer generelt motstanden mot rullemomenter, mens økning av avstanden i lengderetningen mellom blokkene kan forbedre motstanden mot stignings- og girmomenter.

Etter å ha beregnet lastfordelingen, kontroller guideprodusentens dynamiske belastning, statiske belastning, tillatte momenter og nødvendig levetid.

4. Dimensjoner kuleskruen fra thrust, life, buckling og kritisk hastighet

Nødvendig aksial thrust

For en horisontal akse kan nødvendig skruekraft estimeres fra akselerasjonskraft, ekstern prosesskraft og mekanisk motstand.

F_total = F_akselerasjon + F_behandle + F_motstand

For en vertikal akse må også gravitasjon inkluderes. En 500 kg vertikal bevegelig masse alene skaper omtrent 4 905 N gravitasjonsbelastning før akselerasjons- og prosesskrefter legges til.

Ball Screw Life

Kuleskruens levetid avhenger av forholdet mellom skruens dynamiske belastning og tilsvarende aksial driftsbelastning. Det faktiske lastspekteret bør vurderes i stedet for kun å bruke maksimal kraft.

Knekking

Lange kuleskruer utsatt for trykkbelastning skal kontrolleres for knekking. Viktige faktorer inkluderer skruerotdiameter, ustøttet lengde, støttearrangement og trykkkraft.

Kritisk hastighet

Lange roterende skruer må også holde seg under tillatt kritisk hastighet. Nødvendig skrueturtall avhenger av lineær hastighet og skrueføring.

En større ledning kan redusere skruens rotasjonshastighet for samme lineære kjørehastighet, men det endrer også motormoment, mekaniske fordeler og posisjoneringsoppløsning. Diameter og bly bør derfor velges sammen.

5. Match nøyaktighet, forhåndsbelastning og stivhet

Belastningskapasitet alene avgjør ikke om skruen og føringene er riktig tilpasset. Den komplette aksen må også gi den nødvendige nøyaktigheten og stivheten.

Ballskruenøyaktighet

Velg kuleskruens nøyaktighetsgrad i henhold til aksevandring, posisjoneringstoleranse, kontrollstrategi og det totale maskinfeilbudsjettet.

Forhåndslast

Kuleskrueforspenning kan redusere aksial klaring og øke stivheten, mens styreforspenning kan redusere forskyvning under skiftende belastninger. Imidlertid øker overdreven forspenning friksjon, varmeutvikling og følsomhet for installasjonsfeil.

Målet er ikke å spesifisere maksimal forhåndsbelastning eller maksimal presisjon overalt. Skruen, føringene, støttelagrene, koblingen, monteringsflatene og maskinrammen bør velges som ett mekanisk system.

6. Kontroller skrue-guideinnretting og installasjonsgeometri

Selv komponenter med riktig størrelse kan fungere dårlig hvis skruen og føringene er installert med for stor feiljustering.

Viktige installasjonsfaktorer inkluderer:

• skinnemontering-overflateretthet;
• parallellitet mellom styreskinner;
• ball skrue justering;
• støtte-lagerjustering;
• ball mutter montering nøyaktighet;
• stivheten til den bevegelige vognen.

Dårlig justering kan øke drivmomentet, varme og slitasje samtidig som det reduserer levetiden og posisjoneringsytelsen. Forhåndsinstallerte systemer stiller generelt høyere krav til installasjonsnøyaktighet.

7. Bearbeidet eksempel: En 500 kg horisontal automatiseringsakse

Vurder en foreløpig horisontal automatiseringsakse med følgende krav:

Trinn 1: Beregn treghetskraft

Ved en akselerasjon på 1,0 m/s²:

F = 500 × 1.0 = 500 N

Dette er bare akselerasjonskraften. Prosesskraft og mekanisk motstand må fortsatt legges til.

Trinn 2: Beregn guidebelastning

Føringssystemet støtter omtrent 4 905 N statisk vekt. Individuelle blokkbelastninger kan imidlertid ikke bekreftes før skinneavstanden, blokkavstanden og tyngdepunktets-posisjon er kjent.

Trinn 3: Velg guidearrangementet

Beregn kreftene og momentene som virker på hver blokk ved å bruke den faktiske maskingeometrien, og velg deretter en guideserie og blokkkonfigurasjon som gir nødvendig lastekapasitet, momentkapasitet, stivhet og levetid.

Trinn 4: Velg kuleskruen

Bestem nødvendig aksialtrykk og kontroller deretter skruediameter, ledning, dynamisk belastningskapasitet, forventet levetid, kritisk hastighet og knekking der det er aktuelt.

Dette eksemplet spesifiserer med vilje ikke en fast skrue eller styrestørrelse fordi den manglende geometrien og-prosesskraftdataene kan endre det endelige valget vesentlig.

8. Vanlige matchingsfeil

Bruke en fast skrue-for å-veilede størrelsestabellen

Det er ikke noe universelt en-til- forhold mellom kuleskruens diameter og lineær styrestørrelse.

Velge guider kun fra maskinvekt

-tyngdepunktforskyvning og ytre momenter kan skape mye høyere belastninger på individuelle blokker enn en enkel vektberegning antyder.

Velge en kuleskrue kun fra lastekapasitet

En skrue kan ha tilstrekkelig aksial belastningskapasitet, men likevel svikte applikasjonens kritiske-hastighet, knekk, ledning eller installasjonslengde-krav.

Ignorerer akselerasjon

Akselerasjon kan skape betydelige skyve- og momentbelastninger, spesielt på tunge og høye-syklusakser.

Bruke kuleskruen som en guide

De lineære føringene skal kontrollere bevegelsesbanen. Kuleskruen skal hovedsakelig overføre aksial drivkraft.

Spesifiserer overdreven forhåndsbelastning

Mer forhåndsbelastning er ikke alltid bedre. Overdreven forspenning øker friksjon, varme og følsomhet for monteringsfeil.

9. RFQ-sjekkliste for en komplett ballskrue og lineært styresystem

For et foreløpig valg av kuleskrue og lineær guide, vennligst oppgi:

• Bevegende masse og ekstern prosesskraft
• Horisontal, vertikal eller skrå montering
• Effektivt slag
• Maksimal hastighet og akselerasjon
• Posisjoneringsnøyaktighet og repeterbarhet
• Daglige driftstimer og syklusfrekvens
• Tilgjengelig monteringslengde for kuleskruer
• Antall skinner og blokker
• Skinneavstand og blokkavstand
• tyngdepunkt-av-posisjon, hvis tilgjengelig
• Arbeidsmiljø
• Prototype og produksjonsmengde

En maskintegning eller enkel akseoppsett er spesielt nyttig når lasten er forskjøvet fra føringssenterlinjen.

Konklusjon

Å matche en kuleskrue og lineær guide er ikke et spørsmål om å pare to katalogstørrelser.

De lineære føringene bør velges i henhold til krefter, momenter, lastfordeling, geometri og nødvendig levetid. Kuleskruen bør velges i henhold til aksialtrykk, levetid, diameter, bly, kritisk hastighet, knekking og posisjoneringskrav.

Den endelige kombinasjonen bør deretter kontrolleres som et komplett system for stivhet, nøyaktighet, innretting og installasjonsforhold.

← Tilbake til DLY Blog