A kugleskrueoglineær guideudføre forskellige funktioner på den samme bevægelsesakse. Denne vejledning forklarer, hvordan man dimensionerer og matcher dem ud fra belastning, hastighed, nøjagtighed, slaglængde, stivhed og installationsforhold i stedet for at stole på parringer med fast størrelse.
1. Hvad bærer kugleskruen, og hvad bærer de lineære guider?
Kugleskruen og lineære føringer arbejder sammen, men de bærer ikke de samme belastninger.
Dekugleskrue overfører primært aksialt tryk. Afhængigt af maskinen kan dette omfatte accelerationskraft, proceskraft, friktionsmodstand og, på en lodret akse, vægten af den bevægelige enhed.
Delineære guider understøtter og begrænser den bevægelige struktur. De bærer lodrette og laterale kræfter og modstår stignings-, krøjnings- og rullemomenter skabt af belastningen, eksterne kræfter og-tyngdepunktsforskydning.
Af denne grund bør en kugleskrue ikke behandles som det primære radiale styreelement for aksen. Styrene skal styre bevægelsesbanen, mens skruen hovedsageligt giver drivkraften.
Vigtig:Der er ingen universel regel såsom "en 1605 kugleskrue bør altid matches med en størrelse 15 lineær guide." Lastposition, skinneafstand, blokafstand, hastighed, slaglængde og monteringsretning kan fuldstændig ændre den korrekte kombination.
2. Applikationsinput påkrævet før dimensionering
Inden du vælger en komponent, skal du indsamle driftsbetingelserne for hele aksen.
Flyttemesse
Medtag alle komponenter, der bevæger sig med vognen, såsom bordet, armaturet, emnet, spindelen, værktøjet og alt udstyr, der er monteret på den bevægelige enhed.
ydre kræfter
Identificer skære-, presnings-, fastspændings- eller andre proceskræfter. Retningen og punktet, hvor kraften virker, er vigtige, fordi de bestemmer både kugleskruetryk og lineære styremomentbelastninger.
Monteringsorientering
Bestem, om aksen er vandret, lodret eller skrånende. På en vandret akse understøttes tyngdekraften hovedsageligt af styrene. På en lodret akse bliver tyngdekraften også en kontinuerlig aksial belastning på kugleskruen og drivsystemet.
Slag og installationslængde
Den effektive vandring er ikke det samme som den samlede skruelængde. Der kræves også plads til kuglemøtrikken, støtteenheder, aksel-endebearbejdning og maskinstruktur.
Hastighed og acceleration
Acceleration skaber inertikraft i henhold til:
F = m × a
En tung akse kan generere et betydeligt tryk selv ved moderat hastighed, hvis accelerationen er høj.
Nøjagtighedskrav
Definer positioneringsnøjagtighed, repeterbarhed, tilladt slør eller aksial frigang og påkrævet stivhed. Skruens nøjagtighedsgrad bør komme fra maskinens faktiske positioneringskrav i stedet for blot at vælge den højest tilgængelige kvalitet.
Duty Cycle
Driftstimer, cyklusser pr. time, kørselsafstand pr. cyklus og belastningsvariation har alle indflydelse på den nødvendige levetid for både kugleskruen og de lineære føringer.
3. Dimensionér de lineære guider ud fra kræfter, momenter og blokafstand
Lineær styrestørrelse bør ikke kun baseres på den samlede maskinvægt.
For eksempel producerer en 500 kg bevægelig enhed en tyngdekraft på ca.
500 × 9.81 = 4,905 N
Hvis aksen bruger to skinner og fire blokke, giver det kun en idealiseret statisk værdi at dele 4.905 N ligeligt mellem fire blokke. Rigtige maskiner har ofte et forskudt tyngdepunkt eller ydre kræfter, der skaber øjeblikke.
Guidevalg bør derfor overveje:
- skinne-til-skinneafstand;
- blokere-for at-blokere mellemrum;
- centrum-af-tyngdepunktshøjde;
- længde- og sidebelastningsposition;
- ekstern kraft retning;
- pitching, ywing og rullende øjeblikke.
Forøgelse af afstanden mellem skinner forbedrer generelt modstanden over for rullemomenter, mens en forøgelse af afstanden i længderetningen mellem blokke kan forbedre modstanden mod stigning og krøjningsmomenter.
Efter beregning af belastningsfordelingen kontrolleres guideproducentens dynamiske belastningsværdi, statiske belastningsværdi, tilladte momenter og påkrævet levetid.
4. Dimensionér kugleskruen ud fra thrust, life, buckling og kritisk hastighed
Påkrævet Axial Thrust
For en horisontal akse kan den nødvendige skruekraft estimeres ud fra accelerationskraft, ekstern proceskraft og mekanisk modstand.
Ftotal = Facceleration + Fbehandle + Fmodstand
For en lodret akse skal tyngdekraften også inkluderes. En 500 kg lodret bevægelig masse alene skaber cirka 4.905 N tyngdekraft, før accelerations- og proceskræfter tilføjes.
Kugleskrue liv
Kugleskruens levetid afhænger af forholdet mellem skruens dynamiske belastningsværdi og den tilsvarende aksiale driftsbelastning. Det faktiske belastningsspektrum bør overvejes i stedet for kun at bruge den maksimale kraft.
Knækning
Lange kugleskruer, der udsættes for trykbelastning, skal kontrolleres for knækning. Vigtige faktorer inkluderer skruerodsdiameter, ikke-understøttet længde, støttearrangement og trykkraft.
Kritisk hastighed
Lange roterende skruer skal også forblive under deres tilladte kritiske hastighed. Det nødvendige skrueomdrejningstal afhænger af lineær hastighed og skrueføring.
En større ledning kan reducere skruens rotationshastighed for den samme lineære kørehastighed, men det ændrer også motormoment, mekaniske fordele og positioneringsopløsning. Diameter og ledning bør derfor vælges sammen.
5. Match nøjagtighed, forspænding og stivhed
Belastningskapacitet alene afgør ikke, om skruen og styrene er korrekt afstemt. Den komplette akse skal også give den nødvendige nøjagtighed og stivhed.
Kugleskruens nøjagtighed
Vælg kugleskruens nøjagtighedsgrad i henhold til aksevandring, positioneringstolerance, kontrolstrategi og det samlede maskinfejlbudget.
Forudindlæs
Kugleskrueforspænding kan reducere aksial frigang og øge stivheden, mens styreforspænding kan reducere forskydning under skiftende belastninger. For høj forspænding øger dog friktion, varmeudvikling og følsomhed over for installationsfejl.
Målet er ikke at specificere maksimal forspænding eller maksimal præcision overalt. Skruen, styrene, støttelejerne, koblingen, monteringsflader og maskinrammen bør vælges som ét mekanisk system.
6. Tjek skrue-styrejustering og installationsgeometri
Selv korrekt dimensionerede komponenter kan fungere dårligt, hvis skruen og styrene er installeret med for stor forskydning.
Vigtige installationsfaktorer omfatter:
- skinnemontering-overflade ligehed;
- parallelitet mellem styreskinner;
- kugleskrue justering;
- understøtte-lejejustering;
- kuglemøtrik monteringsnøjagtighed;
- stivheden af den bevægelige vogn.
Dårlig justering kan øge drejningsmomentet, varme og slid, samtidig med at levetiden og positioneringsydelsen reduceres. Forinstallerede systemer stiller generelt højere krav til installationsnøjagtighed.
7. Bearbejdet eksempel: En 500 kg horisontal automatiseringsakse
Overvej en foreløbig horisontal automatiseringsakse med følgende krav:
| Parameter | Eksempel krav |
|---|---|
| Bevægende masse | 500 kg |
| Orientering | Vandret |
| Effektivt slagtilfælde | 1.500 mm |
| Maksimal hastighed | 500 mm/s |
| Maksimal acceleration | 1.0 m/s² |
| Guide arrangement | To skinner, fire blokke |
Trin 1: Beregn inertikraft
Ved en acceleration på 1,0 m/s²:
F = 500 × 1.0 = 500 N
Dette er kun accelerationskraften. Proceskraft og mekanisk modstand skal stadig tilføjes.
Trin 2: Beregn guidebelastning
Styresystemet understøtter ca. 4.905 N statisk vægt. Individuelle blokbelastninger kan dog ikke bekræftes, før skinneafstand, blokafstand og-tyngdepunktsposition er kendt.
Trin 3: Vælg guidearrangementet
Beregn de kræfter og momenter, der virker på hver blok ved hjælp af den faktiske maskingeometri, og vælg derefter en guideserie og blokkonfiguration, der giver den nødvendige belastningskapacitet, momentkapacitet, stivhed og levetid.
Trin 4: Vælg kugleskruen
Bestem det nødvendige aksiale tryk, og kontroller derefter skruediameter, ledning, dynamisk belastningskapacitet, forventet levetid, kritisk hastighed og knækning, hvor det er relevant.
Dette eksempel angiver bevidst ikke en fast skrue- eller styrestørrelse, fordi den manglende geometri og proces-kraftdata kan ændre det endelige valg væsentligt.
8. Almindelige matchningsfejl
Brug af en fast skrue-til-at guide størrelsestabel
Der er ikke noget universelt en-til-forhold mellem kugleskruens diameter og den lineære styrestørrelse.
Valg af guider kun fra maskinvægt
--tyngdepunktsforskydning og eksterne momenter kan skabe meget højere belastninger på individuelle blokke, end en simpel vægtberegning antyder.
Valg af kun en kugleskrue fra belastningskapacitet
En skrue kan have tilstrækkelig aksial belastningskapacitet, men stadig ikke opfylde applikationens kritiske-hastighed, knæk, ledning eller installationslængde-krav.
Ignorerer acceleration
Acceleration kan skabe betydelige tryk- og momentbelastninger, især på tunge og høje-cyklusakser.
Brug af kugleskruen som guide
De lineære guider skal styre bevægelsesbanen. Kugleskruen skal hovedsageligt overføre aksial drivkraft.
Angivelse af overdreven forudbelastning
Mere preload er ikke altid bedre. Overdreven forspænding øger friktion, varme og følsomhed over for monteringsfejl.
9. RFQ-tjekliste for et komplet kugleskrue og lineært styresystem
For et foreløbigt valg af kugleskrue og lineær guide bedes du angive:
- Bevægende masse og ekstern proceskraft
- Vandret, lodret eller skrå montering
- Effektivt slagtilfælde
- Maksimal hastighed og acceleration
- Positioneringsnøjagtighed og repeterbarhed
- Daglige driftstimer og cyklusfrekvens
- Tilgængelig kugleskrue installationslængde
- Antal skinner og blokke
- Skinneafstand og blokafstand
- Center-af-tyngdepunktsposition, hvis tilgængelig
- Arbejdsmiljø
- Prototype og produktionsmængde
En maskintegning eller et simpelt akselayout er især nyttigt, når belastningen er forskudt fra guidens midterlinje.
Konklusion
At matche en kugleskrue og lineær guide er ikke et spørgsmål om at parre to katalogstørrelser.
De lineære føringer bør vælges efter kræfter, momenter, belastningsfordeling, geometri og påkrævet levetid. Kugleskruen skal vælges i henhold til aksialt tryk, levetid, diameter, bly, kritisk hastighed, knæk og positioneringskrav.
Den endelige kombination bør derefter kontrolleres som et komplet system for stivhed, nøjagtighed, justering og installationsforhold.
Har du brug for hjælp til at vælge en kugleskrue og lineær guide?
DLY leverer kugleskruer og møtrikker, lineære styreskinner og blokke, kugleskruestøtteenheder og koblinger med tilpassede skruelængder og akselendebearbejdning tilgængelig i henhold til applikationskrav.
