Et kugleskruedatablad kan angive en dynamisk belastningsværdi på 629 kgf. Betyder det, at kugleskruen sikkert kan løfte en masse på 629 kg? Ikke nødvendigvis.
Kugleskruens belastningskapacitetkan ikke repræsenteres af én katalogværdi. Dynamisk belastningsværdi bruges til at estimere rullende-udmattelseslevetid, mens statisk belastningsværdi relaterer til permanent deformation under spidsbelastning. Den faktiske tilladte belastning skal også opfylde grænserne for akseludbøjning, støtte-leje, kritisk-hastighed, motor, bremsning og installation.
Installationsretningen ændrer ikke kugleskruens katalogdynamiske eller statiske belastningsværdi. Det ændrer den faktiske aksiale kraft, der virker på skruen. Denne skelnen er især vigtig, når man sammenligner vandrette og lodrette akser.
Betingelser for hovedbelastning
| Parameter | Mening | Brugt til | Ikke det samme som |
|---|---|---|---|
| Dynamisk belastningsgrad Ca | Konstant aksial belastning forbundet med en standardiseret basislevetid | Beregning af trætheds-levetid under gentagne bevægelser | Maksimal sikker driftsbelastning |
| Statisk belastningsværdi C0a | Aksial belastning svarende til et defineret niveau af permanent kontaktdeformation | Top-belastning og statisk-sikkerhedsbekræftelse | Anbefalet kontinuerlig belastning |
| Faktisk aksial belastning F | Kraft overført gennem skruen under den rigtige maskincyklus | Motordimensionering, levetid, statisk sikkerhed og strukturelle kontroller | Flytning af masse af sig selv |
| Ækvivalent dynamisk belastning Fm | Cyklus-vægtet belastning, der bruges, når kraften ændres under drift | Dynamisk-levetidsberegning | Simpel aritmetisk gennemsnitsbelastning |
| Tilladt aksial belastning | Applikations-specifik tilladt kraft, efter at alle grænser er kontrolleret | Endeligt valg af kugleskrue | En universel procentdel af Ca |
Dynamisk belastningsvurdering
Den grundlæggende dynamiske belastningsværdi Caer et trætheds-livsreference. For en typisk metrisk kugleskruevurdering repræsenterer den en konstant aksial belastning, under hvilken en gruppe af nominelt identiske kugleskruer når en grundlæggende mærkelevetid på en million omdrejninger med et defineret pålidelighedsniveau.
Det betyder ikke, at man arbejder kontinuerligt på Caer den anbefalede designtilstand. Ved den belastning er den beregnede basislevetid kun den standardiserede referencelevetid. En maskine, der kræver titusindvis af millioner af skrueomdrejninger, skal arbejde ved en lavere ækvivalent dynamisk belastning eller bruge en kugleskrue med en højere kapacitet.
Dynamisk belastningsværdi bruges derfor i en levetidsligning. Det er ikke en direkte erklæring om, hvor meget masse en maskine kan bære.
Statisk belastningsvurdering
Den grundlæggende statiske belastningsværdi C0aer forbundet med permanent deformation ved den mest belastede kontakt mellem kugler og løbebaner. Det er defineret gennem et standardiseret deformationskriterium snarere end ved synligt brud på skruen.
Permanent fordybning kan påvirke glathed, støj, forspænding og positioneringsadfærd, selvom kugleskruen stadig kan rotere. Af denne grund bør den maksimalt påførte aksiale belastning forblive under den tilladte værdi efter påføring af en passende statisk sikkerhedsfaktor.
C0a= grundlæggende statisk aksial belastningsværdi;
Fmax= maksimal aksial belastning, inklusive stød- og nødforhold.
Den nødvendige sikkerhedsfaktor afhænger af vibrationer, stød, acceleration, installationsnøjagtighed og konsekvenserne af fejl. Det bør komme fra den valgte producents vejledning og maskinens designkrav, ikke fra én universel procentdel.
kg, kgf og kN
Forvirring begynder ofte, fordi ældre eller regionale kataloger udtrykker kugleskruevurderinger i kgf i stedet for newton eller kilonewton.
| Enhed | Foranstaltninger | Omdannelse |
|---|---|---|
| kg | Masse | Ikke en styrkeenhed |
| kgf | Kraft | 1 kgf=9.80665 N |
| N | Kraft | 1 N ≈ 0,10197 kgf |
| kN | Kraft | 1 kN=1.000 N ≈ 101,97 kgf |
Under standardtyngdekraft producerer en stationær 1 kg masse ca. 1 kgf tyngdekraft. Dette betyder ikke, at en katalogværdi på 629 kgf automatisk tillader en maskine at løfte 629 kg. Acceleration, proceskraft, friktion, sikkerhed, påkrævet levetid og andre strukturelle grænser skal stadig medtages.
Eksempel: Hvad betyder 629 kgf?
Antag, at et katalog angiver følgende værdier for en kugleskrue:
- Dynamisk belastningsgrad Ca= 629 kgf
- Statisk belastningsværdi C0a= 1,270 kgf
Konverteret til SI-kraftenheder:
- 629 kgf ≈ 6,17 kN
- 1.270 kgf ≈ 12,45 kN
Den første værdi bruges i beregningen af trætheds-levetid. Den anden bruges ved kontrol af maksimal belastning og statisk sikkerhed. Ingen af værdierne er i sig selv en anbefalet løftekapacitet.
Beregn Basic Rating Life
For en kugleskrue, der arbejder under en konstant ækvivalent aksial belastning, kan den grundlæggende mærkelevetid i omdrejninger estimeres ved:
Ca= grundlæggende dynamisk aksial belastningsvurdering;
Fm= ækvivalent dynamisk aksial belastning.
Ved at bruge eksemplet Capå 629 kgf viser, hvorfor dynamisk rating ikke bør behandles som en anbefalet arbejdsbelastning:
| Tilsvarende belastning Fm | Ca / Fm | Beregnet Basic Rating Life |
|---|---|---|
| 200 kgf | 3.145 | Cirka 31,1 millioner omdrejninger |
| 400 kgf | 1.573 | Cirka 3,89 millioner omdrejninger |
| 629 kgf | 1.000 | 1 million omdrejninger |
En fordobling af arbejdsbelastningen reducerer den beregnede levetid med en faktor på otte, fordi belastningen hæves til tredje potens. Nødvendig levetid skal derfor etableres før valg af kugleskrue.
Hvis skrueledningen er kendt, kan omdrejninger også konverteres til den samlede kørselsafstand:
Dette er den samlede akkumulerede møtrikvandring, ikke den fysiske længde af kugleskruen.
Variable belastninger
Maskinbelastningen er sjældent konstant. Én cyklus kan indeholde acceleration, konstant-hastighedskørsel, bearbejdning, deceleration og returbevægelse. Brug af et simpelt aritmetisk gennemsnit kan undervurdere effekten af de højeste belastninger.
Når hastigheden er konstant under de enkelte driftssegmenter, kan en ækvivalent dynamisk belastning estimeres med kubikmiddelværdien:
ti= tid brugt i det segment.
Hvis skruehastigheden også ændres, skal beregningen vægtes med antallet af omdrejninger i hvert segment. Spidsbelastning skal stadig kontrolleres separat mod statiske og strukturelle grænser.
Vandret aksial belastning
På en vandret akse bæres vægten af det bevægelige bord normalt af de lineære føringsveje. Den virker ikke direkte som en aksial kugleskruebelastning.
Skruen skal generere den kraft, der kræves for at accelerere massen, overvinde friktion og modstå procesbelastningen:
En vandret maskine kan flytte en stor masse med en relativt beskeden konstant aksial kraft, når styrefriktionen er lav. Hurtig acceleration eller en kraftig skærekraft kan dog stadig skabe en høj kugleskruebelastning.
Lodret aksial belastning
På en lodret akse virker tyngdekraften langs bevægelsesretningen. Skruen skal understøtte den bevægelige masse ud over at producere acceleration og overvinde anden modstand.
For opadgående acceleration er et forenklet kraftforhold:
Under nedadgående acceleration eller deceleration ændres størrelsen og retningen. Den komplette bevægelsescyklus skal derfor evalueres i stedet for kun at bruge den stationære vægt.
En kugleskrue er også meget tilbagedrevbar. En lodret akse kræver en bremse eller anden last-holdende og anti-foranstaltning. Belastning alene gør ikke en lodret akse sikker under strømtab.
Orientering ændrer ikke vurderingen
Den samme kugleskrue beholder det samme katalog Caog C0aværdier, uanset om de er installeret vandret eller lodret. Det, der ændrer sig, er den faktiske belastning, der påføres i maskinen.
| Punkt | Vandret akse | Lodret akse |
|---|---|---|
| Katalog Caog C0a | Uændret | Uændret |
| Effekt af bevægende masse | Påvirker hovedsageligt acceleration og styrefriktion | Tyngdekraften virker direkte langs skruens akse |
| Risiko for strømtab- | Belastningen forbliver normalt på styresystemet | Belastningen kan køre tilbage og falde uden bremse |
| Endelig udvælgelse | Baseret på beregnet aksial kraft og driftscyklus | Baseret på tyngdekraft, acceleration, driftscyklus og sikkerhedssystem |
Andre belastningsgrænser
En kugleskrue kan opfylde sine dynamiske og statiske klassifikationer, men stadig være uegnet til hele aksen. Flere yderligere grænser skal kontrolleres.
| Begrænse | Hvad det beskytter imod | Hovedpåvirkningsfaktorer |
|---|---|---|
| Trætheds-livsgrænse | Rullende-kontakttræthed over gentagne operationer | Ca, tilsvarende belastning, omdrejninger og smøring |
| Statisk-kontaktgrænse | Permanent fordybning af bolde og løbebaner | C0a, spidsbelastning, stød og sikkerhedsfaktor |
| Knækgrænse | Lateral kollaps under aksial trykbelastning | Skaftroddiameter, ustøttet længde og endestøtte |
| Support-bæregrænse | Overbelastning af lejer, aksial forskydning og varme | Lejearrangement, forspænding, mærke og husstivhed |
| Kritisk-hastighedsgrænse | Akselpisk og rotationsustabilitet | Skaftdiameter, længde, hastighed og støttearrangement |
| Køre- og bremsegrænse | Utilstrækkelig fremdrift, acceleration eller lastholder | Motormoment, bly, effektivitet, kobling og bremsekapacitet |
Knækning under kompression
En lang skrue under trykkraft kan spænde ved en kraft under dens møtriks statiske belastning. Knækning afhænger stærkt af skruens roddiameter, ikke-understøttede længde og ende-støttekonfiguration.
Træk i skruen i spænding skaber ikke den samme bukketilstand. Dette er grunden til, at retningen, hvori skruen overfører belastningen, og placeringen af den faste støtte betyder noget i maskiner med lang-takt.
Katalogmøtrikken kan ikke bruges som den tilladte trykbelastning, før akslens kolonne-belastningsgrænse også er blevet bekræftet.
Sidebelastning er ikke aksial kapacitet
Kugleskruer er primært beregnet til at overføre aksialt tryk. Møtrikken bør ikke bruges som den komponent, der styrer det bevægelige bord eller bærer en sidebelastning.
Radiale belastninger eller momentbelastninger kan skyldes dårlig justering, en ikke-understøttet bevægelig platform, et forskudt møtrikbeslag eller en skrueakse, der ikke er parallel med de lineære føringer. Disse belastninger skaber ujævn kuglekontakt og kan forkorte levetiden, selv når den beregnede aksiale belastning er inden for katalogets klassificering.
Det lineære styresystem skal understøtte bordets vægt og momenter, mens kugleskruen leverer aksial drivkraft.
Almindelige fortolkningsfejl
- Behandler dynamisk belastning som den maksimale sikre kontinuerlige belastning.
- Behandling af statisk belastning som en anbefalet driftsbelastning.
- Konvertering af kgf direkte til maskinens nyttelast uden beregning af acceleration og orientering.
- Anvendelse af en fast procentdel af Catil hver vandret eller lodret akse.
- Brug af et aritmetisk gennemsnit, når belastningen ændrer sig væsentligt i løbet af cyklussen.
- Kontrol af møtrikkens klassificering, mens der ignoreres, at akselen bukker under kompression.
- Hvis man antager, at et dobbelt-møtrikdesign automatisk har større belastningskapacitet.
- Ignorerer støtte-grænser for lejer, motorer, bremser og montering.
Konklusion
Kugleskruens belastningskapacitet er ikke én maksimal vægtværdi. Dynamisk belastningsgrad Cabruges til at estimere rullende-træthedslevetid, mens statisk belastningsklassificering C0abruges til at evaluere permanent kontaktdeformation under maksimal belastning.
Vandret og lodret installation ændrer ikke disse katalogklassifikationer. De ændrer den faktiske aksiale belastning: en vandret skrue overvinder hovedsageligt acceleration, friktion og proceskraft, mens en lodret skrue også skal bære tyngdekraftskomponenten af den bevægelige masse.
Det endelige valg skal opfylde påkrævet levetid, statisk sikkerhed, akselbøjning, støtte-bærekapacitet, kritisk hastighed, motordrejningsmoment, bremsning og justering. Den tilladte belastning bestemmes af den første grænse, som hele systemet nås.
Udforsk DLYkugleskrue produkter, lær hvordan du tjekkerkugleskrue knækbelastning, eller anmeldelselodret kugleskrue belastningssikkerhed.
