Tilbakedriving av kuleskruer skjer når en ekstern aksial kraft skyver mutteren eller skruen og får skruesystemet til å rotere. I stedet for at motoren konverterer roterende bevegelse til lineær bevegelse, konverterer lasten lineær bevegelse tilbake til rotasjon.
Denne oppførselen er spesielt viktig i vertikale akser, løfteutstyr og mekanismer utsatt for ytre skyvekraft. Hvis strømmen fjernes og ingen passende holdeanordning er tilgjengelig, kan lasten bevege seg nedover og rotere kuleskruen, motoren og transmisjonskomponentene.
Fordi en kuleskrue bruker rullekontakt og har relativt lav friksjon, bør den normalt ikke behandles som en selvlåsende komponent. Det praktiske ingeniørspørsmålet er derfor ikke bare om tilbakekjøring er mulig, men om dreiemomentet som genereres av lasten er større enn motstanden og tilgjengelig holdemoment til hele drivsystemet.
Hva forårsaker tilbakekjøring?
Under normal drift roterer motormoment skruen og produserer aksial bevegelse. Ved tilbakekjøring snus retningen på energioverføringen. En aksial kraft virker gjennom kulekontaktbanen og genererer rotasjonsmoment ved skrueakselen.
I en horisontal maskin kan denne aksiale kraften komme fra en fjær, prosesskraft, trykk eller ytre påvirkning. I en vertikal akse påfører tyngdekraften kontinuerlig aksialkraft gjennom den bevegelige massen. Når drivmomentet eller bremsen er fjernet, kan denne kraften få skruen til å rotere.
Tilbake Drive Torque Formula
Det omtrentlige dreiemomentet som genereres ved kuleskrueakselen av en ekstern aksiallast, kan beregnes som følger:
- Tb= dreiemoment generert av tilbakekjøring, i N·m
- F= aksial kraft som virker på kuleskruen, i N
- L= kuleskrueledning, i mm/rev
- ηb= anslått tilbake-kjøringseffektivitet
- 2π= konvertering mellom én omdreining og vinkelbevegelse
- 1000= konvertering fra millimeter til meter
Tilbake-kjøringseffektivitet er ikke automatisk identisk med forovereffektivitet. Det avhenger av kuleskruens design, forspenning, smøring, tetninger, installasjonstilstand og driftstilstand. For endelig valg av bremse- eller sikkerhetssystem-bruk verifiserte produktdata og vurder motstanden til hele transmisjonen i stedet for å stole på en antatt effektivitetsverdi alene.
Regneeksempel
Tenk på en kuleskrue utsatt for en aksial belastning på 1000 N. Skrueledningen er 10 mm, og en estimert tilbake-driveffektivitet på 0,80 brukes for en innledende ingeniørberegning.
Oppgitte verdier:
- F = 1,000 N
- L=10 mm/omdreininger
- ηb = 0.80
Tb = 1,000 × 10 × 0.80 ÷ (2π × 1000)
Tb ≈ 1.27 N·m
I dette eksemplet kan aksiallasten generere omtrent 1,27 N·m ved skrueakselen før andre systemtap vurderes. Denne verdien er ikke automatisk den endelige bremsespesifikasjonen. Bremsevalget må også ta hensyn til lastvariasjon, akselerasjon, utvekslingsforhold, bremseplassering, tillatt stopplengde, slitasje, temperatur, monteringsretning og nødvendig sikkerhetsmargin.
Slik bedømmer du tilbake-Kjørerisiko
En forenklet foreløpig sammenligning kan uttrykkes som:
| Sammenligning | Sannsynlig resultat | Nødvendig handling |
|---|---|---|
| Last-generert dreiemoment overskrider systemmotstanden | Aksen kan kjøre tilbake | Sørg for kontrollert holding eller bremsing |
| Holdemomentet er bare litt over det beregnede tilbake-drivmomentet | Små endringer kan forårsake bevegelse | Gjennomgå sikkerhetsmarginen og verste-fall |
| Verifisert bremsemoment overskrider designkravet | Bremsen kan holde aksen som designet | Bekreft bremserespons, slitasje og feilatferd |
Systemmotstand kan inkludere kuleskruedragmoment, tetningsmotstand, støtte-lagerfriksjon, girkassemotstand og motorrelatert-moment. Disse verdiene kan imidlertid endres med smøring, temperatur, slitasje og monteringstilstand. Av denne grunn bør målt friksjon ikke erstatte en positivt virkende holdeanordning der ukontrollert bevegelse kan skape en fare.
Faktorer som øker ryggkjøring
Høyere aksial belastning
Tilbake-drivmomentet øker i direkte proporsjon med aksialkraften. I et vertikalt system bør beregningen inkludere den bevegelige massen og andre krefter som virker i lastretningen. Dynamiske belastninger, prosesskrefter og uventede påvirkninger kan være høyere enn normal statisk belastning.
Større kuleskrueledning
En større ledning produserer mer akselmoment fra samme aksiale belastning. For eksempel, hvis belastningen og effektiviteten forblir uendret, vil endring fra en 5 mm ledning til en 10 mm ledning omtrent doble det beregnede tilbake-drivmomentet.
Ledningsvalg må fortsatt ta hensyn til hastighet, motormoment og posisjoneringskrav. En mindre ledning kan redusere dreiemomentet som genereres ved tilbakekjøring, men den bør ikke behandles som en uavhengig sikkerhetslås.
Lav mekanisk motstand
Effektiv smøring, lav-motstandstetninger og riktig justerte lagre reduserer dreiemomentet som kreves for å flytte sammenstillingen. Dette er ønskelige driftsegenskaper, men de betyr også at det kan kreves mindre aksialkraft for å drive skruen tilbake.
Tap av motorholdemoment
En drevet motor kan motstå lastbevegelse under normal drift. Ved strømbrudd, nødstopp, kjørealarm eller kabelfeil kan dette aktive holdemomentet forsvinne. Maskindesignet må definere hva som skjer med lasten under hver av disse forholdene.
Måter å kontrollere tilbakekjøring
Motorbrems
En bremse-utstyrt servo- eller trinnmotor brukes vanligvis til å holde en stasjonær vertikal akse. Bremsen er vanligvis ment for å holde i stedet for gjentatt dynamisk stopp med mindre den er spesifikt klassifisert for den oppgaven. Bremsemoment bør kontrolleres ved selve akselen hvor bremsen er installert.
Mekanisk lås
En mekanisk lås, sikkerhetsmutter, klemme eller låsepinne kan gi en uavhengig holdefunksjon. Dette kan være nødvendig der personell kan komme inn i det farlige området eller der en falt last vil forårsake alvorlig skade på utstyret.
Motvekt
En motvekt, gassfjær, pneumatisk sylinder eller annen balanseringsmekanisme kan redusere den netto aksiale kraften som virker på kuleskruen. Å redusere den effektive belastningen reduserer også dreiemomentet som holdesystemet må motstå.
Overføringsreduksjon
Et belte eller en girkasse endrer dreiemomentet og hastigheten sett av motorens-sidebrems. Når en reduksjonsmekanisme brukes, beregner dreiemomentet ved bremseakselen og inkluderer gireffektiviteten. Ikke sammenlign skrue-aksel tilbake-drivmoment direkte med motor-bremsemoment uten å ta hensyn til utvekslingsforholdet.
Mindre bly
Hvis du velger en mindre avledning, reduseres det beregnede tilbake-drivmomentet for samme aksiale belastning. Den endrer imidlertid også nødvendig skruhastighet, motormoment og lineær vandring per omdreining. Bly bør derfor velges som en del av det komplette bevegelsesdesignet i stedet for som en erstatning for en brems.
Hvorfor forhåndsbelastning ikke er en sikkerhetsbrems
Increasing nut preload raises internal resistance and may reduce the tendency to move under a small external force. However, preload also increases drive torque, temperature and sensitivity to alignment errors. Its main purposes are backlash control and axial rigidity, not fail-safe load holding.
Forspenning og smøremiddeltilstand kan endres under service. En vertikal akse som forblir stasjonær under en innledende test kan begynne å bevege seg etter innkjøring, ettersmøring eller slitasje. Holdestrategien bør derfor baseres på en verifisert brems eller mekanisk sikkerhetsanordning i stedet for usikker indre friksjon.
Informasjon som trengs for en tilbake-stasjonssjekk
Før du beregner tilbake-drivmomentet eller velger et holdesystem, må du bekrefte følgende data:
- Maksimal aksiallast, inkludert bevegelig masse og prosesskraft
- Kuleskrue diameter og ledning
- Vertikal, skrå eller horisontal monteringsretning
- Bevegelig skrue eller bevegelig mutterstruktur
- Direktedrift, remdrift eller girkasseforhold
- Motor og bremse holdemoment
- Nødvendig stopp- og holdeatferd under strømtap
- Behov for motvekt eller uavhengig mekanisk lås
For en bredere forklaring av lastatferd i en oppreist mekanisme, seved hjelp av en kuleskrue for å holde en vertikal last. Du kan også se på forholdet mellom lead og driftshastighet ihøyhastighets-kuleskruevalg.
Konklusjon
Tilbakedriving med kule er omvendt konvertering av aksial bevegelse til skrurotasjon. Sannsynligheten og alvorlighetsgraden avhenger hovedsakelig av aksialkraften, skrueledningen, tilbake-driveffektiviteten og motstanden til hele drivsystemet.
Å beregne det lastgenererte dreiemomentet- gir et nyttig utgangspunkt, men det fullfører ikke sikkerhetsvurderingen. Vertikale og sikkerhetskritiske-kritiske akser bør inkludere en riktig valgt holdeenhet og bør evalueres under forhold med maksimal belastning,-effekttap og komponent-feil.
DLY leverer valset C7 og slipt C5kuleskruermed forskjellige diametre, ledninger, mutterstrukturer og bearbeidingsalternativer for akselende-. Krav til lastretning, hastighet, bly, nøyaktighet og holdekrav bør bekreftes før valg.
