Kugleskruetilbagekørsel opstår, når en ekstern aksial kraft skubber møtrikken eller skruen og får skruesystemet til at rotere. I stedet for at motoren konverterer roterende bevægelse til lineær bevægelse, konverterer belastningen lineær bevægelse tilbage til rotation.
Denne adfærd er især vigtig i lodrette akser, løfteudstyr og mekanismer, der er udsat for ydre tryk. Hvis strømmen afbrydes, og der ikke er nogen passende holdeanordning tilgængelig, kan lasten bevæge sig nedad og dreje kugleskruen, motoren og transmissionskomponenterne.
Fordi en kugleskrue bruger rullekontakt og har relativt lav friktion, bør den normalt ikke behandles som en selv-låsende komponent. Det praktiske ingeniørspørgsmål er derfor ikke kun, om tilbagekørsel er mulig, men om det drejningsmoment, som belastningen genererer, er større end modstanden og det tilgængelige holdemoment for det komplette drivsystem.
Hvad forårsager tilbagekørsel?
Under normal drift roterer motorens drejningsmoment skruen og frembringer aksial bevægelse. Under tilbagekørsel vendes retningen af energioverførsel. En aksial kraft virker gennem kuglekontaktbanen og genererer rotationsmoment ved skrueakslen.
I en vandret maskine kan denne aksiale kraft komme fra en fjeder, proceskraft, tryk eller ekstern påvirkning. I en lodret akse påfører tyngdekraften kontinuerligt aksial kraft gennem den bevægelige masse. Når først drivmomentet eller bremsen er fjernet, kan denne kraft få skruen til at rotere.
Tilbage Drive Torque Formula
Det omtrentlige drejningsmoment, der genereres ved kugleskrueakslen af en ekstern aksial belastning, kan beregnes som følger:
- Tb= drejningsmoment genereret ved tilbagekørsel, i N·m
- F= aksial kraft, der virker på kugleskruen, i N
- L= kugleskrue, i mm/omdr
- ηb= estimeret tilbage-kørselseffektivitet
- 2π= konvertering mellem én omdrejning og vinkelbevægelse
- 1000= konvertering fra millimeter til meter
Tilbage-kørselseffektivitet er ikke automatisk identisk med fremadrettet effektivitet. Det afhænger af kugleskruens design, forspænding, smøring, tætninger, installationstilstand og driftstilstand. For endeligt valg af bremse- eller sikkerhedssystem- skal du bruge verificerede produktdata og overveje modstanden af den komplette transmission i stedet for alene at stole på en antaget effektivitetsværdi.
Beregningseksempel
Overvej en kugleskrue, der er udsat for en aksial belastning på 1.000 N. Skrueledningen er 10 mm, og en estimeret tilbage-driveffektivitet på 0,80 bruges til en indledende teknisk beregning.
Angivne værdier:
- F = 1,000 N
- L=10 mm/omdr
- ηb = 0.80
Tb = 1,000 × 10 × 0.80 ÷ (2π × 1000)
Tb ≈ 1.27 N·m
I dette eksempel kan den aksiale belastning generere ca. 1,27 N·m ved skrueakslen, før andre systemtab tages i betragtning. Denne værdi er ikke automatisk den endelige bremsespecifikation. Bremsevalget skal også tage højde for belastningsvariation, acceleration, transmissionsforhold, bremseplacering, tilladt bremselængde, slid, temperatur, monteringsretning og den nødvendige sikkerhedsmargin.
Sådan vurderer du tilbage-kørselsrisiko
En forenklet foreløbig sammenligning kan udtrykkes som:
| Sammenligning | Sandsynligt resultat | Påkrævet handling |
|---|---|---|
| Belastnings-genereret drejningsmoment overstiger systemets modstand | Aksen kan køre tilbage | Sørg for kontrolleret hold eller bremsning |
| Holdemomentet er kun lidt over det beregnede tilbage-drivmoment | Små ændringer kan forårsage bevægelse | Gennemgå sikkerhedsmargenen og -worst case-belastningen |
| Verificeret bremsemoment overstiger designkravet | Bremsen kan holde aksen som designet | Bekræft bremserespons, slitage og fejladfærd |
Systemmodstand kan omfatte kugleskruens trækmoment, tætningsmodstand, støtte-lejefriktion, gearkassemodstand og motorrelateret-moment. Disse værdier kan dog ændre sig med smøring, temperatur, slitage og monteringstilstand. Af denne grund bør målt friktion ikke erstatte en positivt virkende holdeanordning, hvor ukontrolleret bevægelse kan skabe en fare.
Faktorer, der øger tilbagekørsel
Højere aksial belastning
Tilbage-drejningsmomentet stiger i direkte forhold til den aksiale kraft. I et vertikalt system bør beregningen inkludere den bevægelige masse og andre kræfter, der virker i belastningsretningen. Dynamiske belastninger, proceskræfter og uventede påvirkninger kan være højere end den normale statiske belastning.
Større kugleskrueledning
En større ledning producerer mere akselmoment fra den samme aksiale belastning. For eksempel, hvis belastningen og effektiviteten forbliver uændret, vil ændring fra en 5 mm ledning til en 10 mm ledning omtrent fordoble det beregnede tilbage-drejningsmoment.
Valg af ledning skal stadig tage hensyn til hastighed, motormoment og krav til positionering. En mindre ledning kan reducere det drejningsmoment, der genereres ved tilbagekørsel, men den bør ikke behandles som en uafhængig sikkerhedslås.
Lav mekanisk modstand
Effektiv smøring, tætninger med lav-modstand og korrekt justerede lejer reducerer det drejningsmoment, der kræves for at flytte enheden. Disse er ønskelige driftsegenskaber, men de betyder også, at der kan kræves mindre aksial kraft for at drive skruen tilbage.
Tab af motorholdemoment
En motordrevet motor kan modstå belastningsbevægelser under normal drift. Under strømsvigt, nødstop, drevalarm eller kabelfejl kan dette aktive holdemoment forsvinde. Maskindesignet skal definere, hvad der sker med belastningen under hver af disse forhold.
Måder at kontrollere tilbagekørsel
Motorbremse
En bremse-udstyret servo- eller stepmotor bruges almindeligvis til at holde en stationær lodret akse. Bremsen er generelt beregnet til at holde frem for gentagne dynamiske stop, medmindre den er specifikt klassificeret til denne pligt. Bremsemoment bør kontrolleres ved den faktiske aksel, hvor bremsen er installeret.
Mekanisk lås
En mekanisk lås, sikkerhedsmøtrik, klemme eller låsestift kan give en selvstændig holdefunktion. Dette kan være nødvendigt, hvor personale kan komme ind i det farlige område, eller hvor en tabt last ville forårsage alvorlig skade på udstyret.
Modvægt
En modvægt, gasfjeder, pneumatisk cylinder eller anden balanceringsmekanisme kan reducere den netto aksiale kraft, der virker på kugleskruen. Reduktion af den effektive belastning reducerer også det drejningsmoment, som holdesystemet skal modstå.
Transmissionsreduktion
En rem eller gearkasse ændrer drejningsmomentet og hastigheden set af motorens-sidebrems. Når der anvendes en reduktionsmekanisme, skal du beregne drejningsmomentet ved bremseakslen og inkludere transmissionseffektiviteten. Sammenlign ikke skrue-aksel tilbage-drivmoment direkte med motor-bremsemoment uden at tage højde for transmissionsforholdet.
Mindre bly
Valg af en mindre ledning reducerer det beregnede tilbage-drejningsmoment for den samme aksiale belastning. Den ændrer dog også den nødvendige skruehastighed, motordrejningsmoment og lineær vandring pr. omdrejning. Bly bør derfor vælges som en del af det komplette motion design snarere end som en erstatning for en bremse.
Hvorfor Preload ikke er en sikkerhedsbremse
Øget forspænding af møtrikken øger den indre modstand og kan reducere tendensen til at bevæge sig under en lille ydre kraft. Forspænding øger dog også drevets drejningsmoment, temperatur og følsomhed over for justeringsfejl. Dens hovedformål er tilbageslagskontrol og aksial stivhed, ikke fejl-sikker lastfastholdelse.
Forspænding og smøremiddeltilstand kan ændre sig under service. En lodret akse, der forbliver stationær under en indledende test, kan begynde at bevæge sig efter indkøring-, eftersmøring eller slid. Holdestrategien bør derfor baseres på en verificeret bremse eller mekanisk sikkerhedsanordning snarere end usikker intern friktion.
Nødvendige oplysninger til et tilbage-drevtjek
Før du beregner tilbage-drivmomentet eller vælger et holdesystem, skal du bekræfte følgende data:
- Maksimal aksial belastning, inklusive bevægende masse og proceskraft
- Kugleskrue diameter og ledning
- Lodret, skrå eller vandret monteringsretning
- Bevægelig skrue eller bevægelig møtrikstruktur
- Direkte træk, remtræk eller gearkasseforhold
- Motor og bremse holder moment
- Påkrævet stop- og holdeadfærd under strømtab
- Behov for en modvægt eller uafhængig mekanisk lås
For en bredere forklaring af belastningsadfærd i en opretstående mekanisme, sebruge en kugleskrue til at holde en lodret belastning. Du kan også gennemgå forholdet mellem lead og driftshastighed ihøj-valg af kugleskruer.
Konklusion
Kugleskruetilbagekørsel er den omvendte konvertering af aksial bevægelse til skruerotation. Dets sandsynlighed og sværhedsgrad afhænger hovedsageligt af den aksiale kraft, skrueledning, tilbage-driftseffektivitet og modstand af hele drivsystemet.
Beregning af det belastnings-genererede drejningsmoment giver et nyttigt udgangspunkt, men det fuldender ikke sikkerhedsvurderingen. Lodrette og sikkerhedskritiske-kritiske akser bør omfatte en korrekt valgt holdeenhed og bør evalueres under forhold med maksimal belastning,-effekttab og komponent-fejl.
DLY leverer valset C7 og slebet C5kugleskruermed forskellige diametre, ledninger, møtrikstrukturer og muligheder for bearbejdning af aksel-ende. Krav til belastningsretning, hastighed, føring, nøjagtighed og holdekrav bør bekræftes før valg.
