Trục định vị có thể sử dụng động cơ servo chính xác và khung máy cứng, nhưng vẫn không đạt được độ lặp lại hoặc chất lượng bề mặt cần thiết. Trong nhiều trường hợp, hạn chế đến từ hệ thống truyền động cơ học giữa động cơ và sàn chuyển động.
A vít bóngchuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tuyến tính có kiểm soát thông qua tiếp xúc lăn giữa trục vít, bi và đai ốc. Tuy nhiên, hiệu suất thực tế của nó phụ thuộc nhiều vào sự hiện diện của các quả bóng tuần hoàn. Độ chính xác của chì, khe hở dọc trục, tải trước, độ cứng, vòng bi đỡ, căn chỉnh lắp đặt và bôi trơn đều ảnh hưởng đến kết quả định vị cuối cùng.
Hiểu được những yếu tố này giúp các kỹ sư chọn vít bi như một phần của hệ thống chuyển động hoàn chỉnh thay vì coi đường kính và dây dẫn là các thông số lựa chọn duy nhất.
Vít bi truyền chuyển động như thế nào
Các rãnh xoắn ốc được hình thành trên trục vít và bên trong đai ốc. Các quả bóng được tải di chuyển giữa các rãnh này và truyền lực thông qua tiếp xúc lăn. Khi vít hoặc đai ốc quay, bộ phận còn lại sẽ di chuyển dọc trục theo đầu vít. Một hệ thống quay trở lại sẽ luân chuyển các quả bóng trở lại vùng chịu tải để có thể chuyển động liên tục.
Mối quan hệ lý thuyết giữa tốc độ quay và tốc độ tuyến tính là:
v=n × Ph / 60
Ở đâuvlà tốc độ tuyến tính tính bằng mm/s,nlà tốc độ quay tính bằng r/phút vàPhlà chì vít tính bằng mm.
Ví dụ, vít bi chì 10 mm quay với tốc độ 1.500 vòng/phút tạo ra tốc độ tuyến tính lý thuyết là 250 mm/s. Hiệu suất trục thực tế cũng phải tính đến khả năng tăng tốc, tải trọng, ma sát, biến dạng trục vít và-các cài đặt hệ thống điều khiển.
Hiệu suất tiếp xúc lăn và truyền tải
Vít trượt thông thường tạo ra ma sát trên các bề mặt tiếp xúc trượt. Trong vít bi, các bộ phận lăn làm giảm ma sát này một cách đáng kể. Trong điều kiện vận hành thích hợp, hiệu suất truyền vít bi thường có thể đạt khoảng 90% hoặc cao hơn, mặc dù giá trị thực tế phụ thuộc vào góc dẫn, tải trước, bôi trơn, vòng đệm, tốc độ và tải trọng.
Ma sát thấp hơn làm giảm mô-men xoắn động cơ cần thiết để di chuyển một tải nhất định và hạn chế sinh nhiệt trong quá trình vận hành lặp đi lặp lại. Nó cũng giúp việc tăng tốc nhanh và thay đổi hướng thường xuyên trở nên thực tế hơn. Tuy nhiên, hiệu suất cao có nghĩa là một số vít bi có thể-được dẫn động ngược bởi tải trọng trục bên ngoài. Do đó, phanh hoặc thiết bị giữ khác có thể cần thiết trên trục thẳng đứng.
Các công nghệ chính đằng sau hệ thống truyền động chính xác
| Yếu tố kỹ thuật | Những gì nó kiểm soát | Hiệu ứng cấp độ hệ thống |
|---|---|---|
| Độ chính xác của chì | Sự khác biệt giữa hành trình theo lệnh và hành trình thực tế trên một hành trình cụ thể | Độ chính xác định vị và tính nhất quán của hành trình |
| Khoảng hở trục | Chuyển động dọc trục tự do giữa vít và đai ốc | Mất chuyển động khi đảo hướng |
| Tải trước | Tải trọng bên trong được áp dụng để giảm độ hở và tăng độ cứng | Phản ứng đảo ngược, độ cứng, nhiệt và mô-men xoắn chạy |
| Độ cứng trục | Khả năng chống dịch chuyển đàn hồi dưới tác dụng của lực dọc trục | Tải-độ lệch vị trí và độ ổn định gia công |
| Hỗ trợ cấu hình | Ràng buộc ở các đầu trục gia công | Tốc độ tới hạn, khả năng uốn và độ cứng tổng trục |
| Bôi trơn và niêm phong | Tình trạng của các bề mặt tiếp xúc lăn | Mặc, nhiệt độ, tiếng ồn và tuổi thọ |
Độ chính xác của chì không giống như độ lặp lại
Độ chính xác của đạo trình mô tả mức độ di chuyển dọc trục thực tế theo sau hành trình được chỉ định trên một khoảng cách xác định. Nó chủ yếu liên quan đến độ chính xác của việc chế tạo trục vít và độ lệch chì tích lũy.
Độ lặp lại mô tả khả năng trục quay trở lại vị trí cũ trong cùng điều kiện. Hệ thống có thể quay trở lại một vị trí một cách nhất quán trong khi vẫn gặp phải lỗi di chuyển có thể dự đoán được ở một vị trí khác. Khả năng lặp lại bị ảnh hưởng bởi độ hở, tải trước, độ cứng của ổ trục, nhiệt độ, điều chỉnh servo và độ phân giải phản hồi cũng như độ chính xác của trục vít.
Vì lý do này, việc chọn riêng cấp độ chính xác cao hơn không tự động loại bỏ được tất cả các lỗi định vị. Độ chính xác hành trình cần thiết và độ lặp lại phải được chỉ định riêng.
Tải trước, khe hở và độ cứng trục
Khi trục quay ngược hướng, khe hở dọc trục có thể xuất hiện dưới dạng chuyển động bị mất trước khi tải bắt đầu di chuyển theo hướng ngược lại. Tải trước được sử dụng để giảm hoặc loại bỏ khe hở này và cải thiện độ cứng tiếp xúc giữa đai ốc, bi và rãnh vít.
Tải trước có thể được tạo ra bằng cách sắp xếp-đai ốc kép, đai ốc-bù đắp hoặc kích thước bi đã chọn, tùy thuộc vào thiết kế. MỘTvít bi đôi-, ví dụ, có thể áp dụng tải trước giữa hai phần đai ốc và thường được xem xét khi yêu cầu độ hở dọc trục thấp và độ cứng cao hơn.
Tải trước nhiều hơn không phải lúc nào cũng tốt hơn. Tải trước quá mức làm tăng mô-men xoắn chạy, nhiệt ma sát và ứng suất tiếp xúc bên trong. Nó có thể làm giảm tốc độ đạt được và rút ngắn tuổi thọ sử dụng. Mức tải trước chính xác phải phù hợp với tải được áp dụng, chu kỳ làm việc, yêu cầu về vị trí và điều kiện nhiệt.
Độ cứng phải được đánh giá như một hệ thống
Tổng chuyển vị dọc trục của trục cấp liệu không được xác định chỉ bằng đai ốc. Trục vít bị giãn hoặc nén dưới tải, trong khi đai ốc, ổ trục đỡ, vỏ ổ trục, khớp nối, bề mặt lắp đặt và khung máy cũng bị biến dạng.
Phần yếu nhất của dây chuyền cơ học này có thể hạn chế độ cứng tổng thể. Do đó, việc tăng tải trước đai ốc sẽ mang lại sự cải thiện hạn chế nếu vít quá mảnh, chiều dài không được hỗ trợ quá mức hoặc vỏ ổ trục thiếu độ cứng.
Sự giãn nở nhiệt cũng phải được xem xét trên các trục tốc độ dài hoặc{0}}cao. Nhiệt sinh ra từ đai ốc, vòng bi và thiết bị lân cận có thể làm thay đổi chiều dài hiệu dụng của trục vít. Tùy thuộc vào thiết kế máy, hiệu ứng nhiệt có thể được kiểm soát thông qua bôi trơn, làm mát, bố trí ổ trục, bù nhiệt độ hoặc lắp vít căng.
Vòng bi hỗ trợ và gia công đầu cuối
Vòng bi hỗ trợ chính xác định vị trục vít và giúp chịu được lực đẩy theo một hoặc cả hai hướng. Bố trí-hỗ trợ cuối ảnh hưởng đến độ cứng của trục, tốc độ tới hạn và khả năng chống mất ổn định do nén.
Các sắp xếp phổ biến bao gồm các cấu hình cố định-không có cố định, được hỗ trợ cố định và cố định-cố định. Việc lắp không cố định có cấu trúc đơn giản nhưng cung cấp tốc độ-quan trọng và khả năng mất ổn định thấp hơn. Các bố trí cố định được hỗ trợ cố định và cố định thường phù hợp hơn khi chiều dài trục vít, tốc độ quay hoặc tải trọng trục tăng lên.
Gia công lần cuối phải tương ứng với các kích thước ổ trục, đai ốc khóa, khớp nối và lắp đặt đã chọn. Lắp vòng bi, hình dạng vai hoặc độ đồng tâm đầu trục-không chính xác có thể gây ra lỗi rung và định vị ngay cả khi bản thân vít có đủ độ chính xác.
Giới hạn tốc độ và tải nén
Không nên chọn vít bi chỉ bằng tốc độ tuyến tính. Tốc độ quay tăng khi tốc độ tuyến tính được yêu cầu tăng hoặc dây dẫn giảm. Một vít quay dài có thể đạt tới tốc độ tới hạn và bắt đầu rung. Tốc độ vận hành cho phép cũng phụ thuộc vào đường kính vít, chiều dài không được hỗ trợ, tình trạng-hỗ trợ cuối, thiết kế tuần hoàn đai ốc và độ bôi trơn.
Khi trục vít chịu nén, khả năng uốn cũng phải được kiểm tra. Đường kính chân răng nhỏ hơn và chiều dài không được đỡ dài hơn sẽ làm giảm tải trọng nén cho phép. Các tính toán tốc độ tới hạn và độ uốn đều phải bao gồm giới hạn an toàn thích hợp thay vì sử dụng các giá trị giới hạn lý thuyết làm điều kiện vận hành liên tục.
Tải trọng và tuổi thọ sử dụng
Xếp hạng tải trọng động được sử dụng khi ước tính tuổi thọ mỏi dưới chuyển động lặp đi lặp lại, trong khi xếp hạng tải trọng tĩnh liên quan đến nguy cơ biến dạng vĩnh viễn dưới tải trọng tối đa hoặc tải va đập. Việc lựa chọn phải dựa trên chu kỳ vận hành thực tế chứ không phải chỉ dựa trên tải tối đa.
Chu kỳ hoạt động thực tế bao gồm tăng tốc, di chuyển tốc độ-không đổi, giảm tốc, thời gian dừng và bất kỳ thay đổi nào về hướng tải. Sốc, rung, căn chỉnh kém và nhiễm bẩn có thể làm giảm tuổi thọ thực tế ngay cả khi tính toán định mức cơ bản là đủ.
Bôi trơn, niêm phong và lắp đặt
Chất bôi trơn ngăn cách các bề mặt tiếp xúc lăn, giảm mài mòn và giúp kiểm soát nhiệt ma sát. Loại chất bôi trơn chính xác và khoảng thời gian bổ sung phụ thuộc vào tốc độ, tải trọng, hành trình, nhiệt độ vận hành và điều kiện môi trường.
Cần gạt nước và vòng đệm giúp hạn chế bụi và mảnh vụn xâm nhập nhưng chúng không thay thế được lớp bảo vệ bên ngoài trong môi trường bị ô nhiễm nặng. Có thể cần có ống thổi, vỏ bọc hoặc cấu trúc trục kèm theo xung quanh các mảnh vụn gia công, hạt mài mòn hoặc ô nhiễm chất lỏng.
Căn chỉnh cài đặt cũng quan trọng không kém. Việc buộc đai ốc hoặc vòng bi đỡ vào vị trí không thẳng hàng sẽ tạo ra tải trọng bên trong bất thường. Bề mặt lắp đặt phải sạch và phẳng, vỏ ổ trục phải thẳng hàng với trục vít và đai ốc phải được di chuyển hết hành trình trước khi siết chặt lần cuối.
Yêu cầu ứng dụng
| Ứng dụng | Ưu tiên điển hình | Điểm cần xác nhận |
|---|---|---|
| Trục cấp liệu CNC | Độ cứng và độ chính xác định vị | Cấp chính xác, tải trước, tải trọng cắt và bố trí ổ trục |
| Thiết bị tự động hóa | Tốc độ chu kỳ và độ lặp lại | Chì, gia tốc, đột quỵ, chu kỳ làm việc và bôi trơn |
| Thiết bị kiểm tra | Chuyển động mượt mà và độ biến thiên vị trí thấp | Độ chính xác của hành trình, độ ổn định nhiệt và căn chỉnh lắp đặt |
| Trục nâng dọc | Giữ tải và an toàn | Mất ổn định, lái xe lùi, phanh động cơ và tải trọng trục tối đa |
| Trục hành trình dài- | Tốc độ tới hạn và hành vi nhiệt | Đường kính chân răng, chiều dài không giá đỡ, giá đỡ và tốc độ vận hành |
Thông tin cần thiết để lựa chọn
Trước khi xác nhận thông số kỹ thuật vít bi, hãy chuẩn bị thông tin vận hành sau:
- Hành trình cần thiết và chiều dài lắp đặt tổng thể
- Tốc độ tuyến tính tối đa và liên tục
- Tăng tốc, giảm tốc và tần số chu kỳ
- Khối lượng chuyển động, lực dọc trục bên ngoài và tải trọng tác động
- Độ chính xác định vị cần thiết và độ lặp lại
- Lắp đặt ngang, dọc hoặc nghiêng
- Tuổi thọ dự kiến và thời gian hoạt động hàng ngày
- Nhiệt độ, bụi, chip, độ ẩm và các điều kiện môi trường khác
- Các kích thước đầu cuối-ổ trục và trục-hỗ trợ có sẵn
Những điều kiện này được sử dụng để xác định đường kính vít, chì, loại đai ốc, độ chính xác, tải trước, định mức tải, bố trí giá đỡ và yêu cầu bôi trơn. Để định vị công nghiệp tiêu chuẩn, một cuộnVít bi SFUcó thể phù hợp, trong khi các ứng dụng yêu cầu độ cứng, khe hở hoặc đặc điểm lắp đặt khác nhau có thể cần cấu hình đai ốc khác.
Câu hỏi thường gặp
Cấp độ chính xác cao hơn có đảm bảo khả năng lặp lại tốt hơn không?Phần kết luận
Giá trị của vít bi trong truyền động chính xác đến từ việc điều khiển phối hợp tiếp xúc lăn, độ chính xác của đầu dẫn, khe hở, tải trước, độ cứng và các điều kiện hỗ trợ. Hiệu suất cuối cùng của nó cũng được định hình bằng cách bôi trơn, căn chỉnh lắp đặt, hoạt động nhiệt và hệ thống điều khiển máy.
Do đó, vít bi phù hợp không chỉ đơn giản là mẫu có sai số chì nhỏ nhất hoặc mức tải trọng cao nhất. Đây là thông số kỹ thuật đáp ứng các mục tiêu về tốc độ, độ chính xác, độ cứng và tuổi thọ{1}}được yêu cầu trong chu kỳ vận hành thực tế.
Tài liệu tham khảo
- Dòng ISO 3408 - Vít bi
- Hướng dẫn kỹ thuật vít lăn bao gồm đánh giá tải trọng, độ cứng, tốc độ tới hạn và tính toán mất ổn định
Cần trợ giúp để xác nhận thông số kỹ thuật của vít bi?
Gửi các yêu cầu về hành trình, tốc độ, tải trọng, hướng lắp đặt và độ chính xác tới DLY để xác nhận kỹ thuật.
Liên hệ với chúng tôiE-mail:export@dlybearing.com
