Cách khớp vít bi và dẫn hướng tuyến tính cho một trục: Tải trọng, tốc độ, độ chính xác và kích thước

A vít bóngVàhướng dẫn tuyến tínhthực hiện các chức năng khác nhau trên cùng một trục chuyển động. Hướng dẫn này giải thích cách định cỡ và khớp chúng theo tải trọng, tốc độ, độ chính xác, hành trình, độ cứng và điều kiện lắp đặt thay vì dựa vào các cặp kích thước cố định.

1. Vít bi mang những gì và dẫn hướng tuyến tính mang những gì?

Vít bi và thanh dẫn hướng tuyến tính hoạt động cùng nhau nhưng chúng không mang cùng tải trọng.

cácvít bi chủ yếu truyền lực đẩy dọc trục. Tùy thuộc vào máy, điều này có thể bao gồm lực tăng tốc, lực xử lý, lực cản ma sát và trên trục thẳng đứng, trọng lượng của bộ phận chuyển động.

cáchướng dẫn tuyến tính hỗ trợ và hạn chế cấu trúc chuyển động. Chúng chịu các lực dọc và lực ngang, đồng thời chống lại mô men nghiêng, nghiêng và lăn do tải trọng, ngoại lực và độ lệch tâm-của{2}}trọng lực tạo ra.

Vì lý do này, không nên coi vít bi là bộ phận dẫn hướng xuyên tâm chính của trục. Các thanh dẫn hướng phải điều khiển đường chuyển động, trong khi vít chủ yếu cung cấp lực dẫn động.

2. Yêu cầu đầu vào ứng dụng trước khi định cỡ

Trước khi chọn một trong hai thành phần, hãy thu thập các điều kiện hoạt động của trục hoàn chỉnh.

Khối lượng di chuyển

Bao gồm mọi bộ phận chuyển động cùng với bàn trượt, chẳng hạn như bàn, đồ gá, phôi, trục chính, dụng cụ và bất kỳ thiết bị nào được gắn trên bộ phận chuyển động.

Ngoại lực

Xác định các lực cắt, ép, kẹp hoặc các lực xử lý khác. Hướng và điểm nơi lực tác dụng rất quan trọng vì chúng quyết định cả lực đẩy của vít bi và mô men dẫn hướng tuyến tính.

Hướng lắp đặt

Xác định xem trục nằm ngang, thẳng đứng hay nghiêng. Trên trục nằm ngang, trọng lực chủ yếu được hỗ trợ bởi các thanh dẫn hướng. Trên trục thẳng đứng, trọng lực cũng trở thành tải trọng dọc trục liên tục lên vít bi và hệ thống truyền động.

Hành trình và chiều dài lắp đặt

Hành trình hiệu quả không giống như tổng chiều dài trục vít. Không gian cũng cần thiết cho đai ốc bi, bộ phận hỗ trợ, gia công đầu trục-và cấu trúc máy.

Tốc độ và gia tốc

Gia tốc tạo ra lực quán tính theo:

F = m × a

Một trục nặng có thể tạo ra lực đẩy đáng kể ngay cả ở tốc độ vừa phải nếu gia tốc cao.

Yêu cầu về độ chính xác

Xác định độ chính xác định vị, độ lặp lại, độ hở cho phép hoặc độ hở dọc trục và độ cứng cần thiết. Cấp chính xác của vít phải xuất phát từ yêu cầu định vị thực tế của máy thay vì chỉ chọn cấp cao nhất hiện có.

Chu kỳ nhiệm vụ

Số giờ vận hành, số chu kỳ mỗi giờ, khoảng cách di chuyển trên mỗi chu kỳ và sự thay đổi tải đều ảnh hưởng đến tuổi thọ cần thiết của cả vít me bi và dẫn hướng tuyến tính.

3. Kích thước Hướng dẫn tuyến tính từ Lực, Khoảnh khắc và Khoảng cách khối

Định cỡ dẫn hướng tuyến tính không nên chỉ dựa trên tổng trọng lượng máy.

Ví dụ, một bộ phận chuyển động có khối lượng 500 kg tạo ra lực hấp dẫn xấp xỉ:

500 × 9.81 = 4,905 N

Nếu trục sử dụng hai đường ray và bốn khối, việc chia đều 4.905 N cho bốn khối chỉ mang lại một giá trị tĩnh lý tưởng. Máy thật thường có trọng tâm lệch hoặc ngoại lực tạo ra mô men.

Do đó, việc lựa chọn hướng dẫn nên xem xét:

• khoảng cách giữa đường ray-với-đường ray;
• chặn-đến-khoảng cách chặn;
• tâm-của-chiều cao trọng lực;
• vị trí tải trọng dọc và ngang;
• hướng ngoại lực;
• khoảnh khắc ném bóng, ngáp và lăn.

Việc tăng khoảng cách giữa các đường ray thường cải thiện khả năng chống chịu mômen lăn, đồng thời tăng khoảng cách dọc giữa các khối có thể cải thiện khả năng chống lại mômen nghiêng và nghiêng.

Sau khi tính toán phân bổ tải trọng, hãy kiểm tra định mức tải động, định mức tải trọng tĩnh, mô men cho phép và tuổi thọ sử dụng yêu cầu của nhà sản xuất hướng dẫn.

4. Kích thước vít bi từ lực đẩy, tuổi thọ, độ vênh và tốc độ tới hạn

Lực đẩy dọc trục cần thiết

Đối với trục nằm ngang, lực đẩy vít yêu cầu có thể được ước tính từ lực gia tốc, lực xử lý bên ngoài và lực cản cơ học.

F_{tổng cộng} = F_{tăng tốc} + F_{quá trình} + F_{sức chống cự}

Đối với trục thẳng đứng, trọng lực cũng phải được tính đến. Chỉ riêng khối lượng chuyển động thẳng đứng 500 kg đã tạo ra tải trọng hấp dẫn xấp xỉ 4.905 N trước khi cộng thêm gia tốc và lực xử lý.

Cuộc sống vít bóng

Tuổi thọ của vít bi phụ thuộc vào mối quan hệ giữa định mức tải trọng động của vít và tải trọng vận hành dọc trục tương đương. Cần xem xét phổ tải trọng thực tế thay vì chỉ sử dụng lực tối đa.

oằn

Vít bi dài chịu tải nén phải được kiểm tra độ oằn. Các yếu tố quan trọng bao gồm đường kính gốc vít, chiều dài không được hỗ trợ, bố trí hỗ trợ và lực nén.

Tốc độ tới hạn

Vít quay dài cũng phải duy trì ở dưới tốc độ tới hạn cho phép. Tốc độ trục vít yêu cầu phụ thuộc vào tốc độ tuyến tính và đầu vít.

Dây dẫn lớn hơn có thể làm giảm tốc độ quay trục vít với cùng tốc độ di chuyển tuyến tính, nhưng nó cũng làm thay đổi mô-men xoắn của động cơ, lợi thế cơ học và độ phân giải định vị. Do đó, đường kính và chì nên được chọn cùng nhau.

5. Độ chính xác, tải trước và độ cứng phù hợp

Chỉ riêng khả năng chịu tải không xác định được liệu vít và thanh dẫn hướng có khớp chính xác hay không. Trục hoàn chỉnh cũng phải cung cấp độ chính xác và độ cứng cần thiết.

Độ chính xác của vít bi

Chọn cấp độ chính xác của vít bi theo hành trình trục, dung sai định vị, chiến lược điều khiển và tổng mức lỗi máy.

Tải trước

Tải trước vít bi có thể làm giảm khe hở dọc trục và tăng độ cứng, trong khi tải trước dẫn hướng có thể giảm chuyển vị khi tải trọng thay đổi. Tuy nhiên, tải trước quá mức sẽ làm tăng ma sát, sinh nhiệt và nhạy cảm với các lỗi lắp đặt.

Mục tiêu không phải là chỉ định tải trước tối đa hoặc độ chính xác tối đa ở mọi nơi. Vít, thanh dẫn hướng, ổ trục đỡ, khớp nối, bề mặt lắp đặt và khung máy phải được chọn là một hệ thống cơ khí.

6. Kiểm tra hình học lắp đặt và căn chỉnh thanh dẫn hướng trục vít

Ngay cả các bộ phận có kích thước chính xác cũng có thể hoạt động kém nếu vít và thanh dẫn hướng được lắp đặt sai lệch quá mức.

Các yếu tố cài đặt quan trọng bao gồm:

• lắp đường ray-độ thẳng của bề mặt;
• sự song song giữa các ray dẫn hướng;
• căn chỉnh vít bi;
• hỗ trợ-căn chỉnh ổ trục;
• độ chính xác lắp đai ốc bi;
• độ cứng của toa chuyển động.

Căn chỉnh kém có thể làm tăng mô-men xoắn truyền động, nhiệt và mài mòn đồng thời làm giảm tuổi thọ sử dụng và hiệu suất định vị. Các hệ thống được tải trước thường đặt ra yêu cầu cao hơn về độ chính xác của việc cài đặt.

7. Ví dụ đã hoạt động: Trục tự động hóa nằm ngang 500 kg

Hãy xem xét trục tự động hóa ngang sơ bộ với các yêu cầu sau:

Bước 1: Tính lực quán tính

Với gia tốc 1,0 m/s2:

F = 500 × 1.0 = 500 N

Đây chỉ là lực tăng tốc. Lực xử lý và lực cản cơ học vẫn phải được thêm vào.

Bước 2: Tính toán tải dẫn hướng

Hệ thống dẫn hướng hỗ trợ trọng lượng tĩnh khoảng 4.905 N. Tuy nhiên, tải trọng khối riêng lẻ không thể được xác nhận cho đến khi biết khoảng cách đường ray, khoảng cách khối và vị trí-trọng tâm-trọng lực.

Bước 3: Chọn Sắp xếp hướng dẫn

Tính toán các lực và mômen tác dụng lên mỗi khối bằng cách sử dụng hình học thực tế của máy, sau đó chọn chuỗi dẫn hướng và cấu hình khối cung cấp khả năng chịu tải, công suất mômen, độ cứng và tuổi thọ cần thiết.

Bước 4: Chọn vít bi

Xác định lực đẩy dọc trục cần thiết và sau đó kiểm tra đường kính trục vít, độ dẫn, khả năng chịu tải động, tuổi thọ dự kiến, tốc độ tới hạn và độ oằn nếu có.

Ví dụ này cố tình không chỉ định kích thước vít hoặc thanh dẫn cố định vì dữ liệu hình học và lực xử lý bị thiếu có thể thay đổi đáng kể lựa chọn cuối cùng.

8. Những lỗi kết hợp phổ biến

Sử dụng vít cố định-để-Bảng kích thước dẫn hướng

Không có mối quan hệ chung-một{1}} giữa đường kính vít me bi và kích thước dẫn hướng tuyến tính.

Chỉ chọn Hướng dẫn từ Trọng lượng Máy

Độ lệch tâm-của-trọng lực và mô men bên ngoài có thể tạo ra tải trọng trên từng khối cao hơn nhiều so với tính toán trọng lượng đơn giản gợi ý.

Chỉ chọn vít bi từ khả năng chịu tải

Vít có thể có đủ khả năng chịu tải dọc trục nhưng vẫn không đạt được các yêu cầu quan trọng về tốc độ, độ vênh, dây dẫn hoặc độ dài lắp đặt-của ứng dụng.

Bỏ qua gia tốc

Khả năng tăng tốc có thể tạo ra lực đẩy và mô men tải đáng kể, đặc biệt là trên các trục có chu trình lớn và{0}}cao.

Sử dụng vít bi làm hướng dẫn

Các hướng dẫn tuyến tính sẽ kiểm soát đường chuyển động. Vít bi chủ yếu truyền lực dọc trục.

Chỉ định tải trước quá mức

Tải trước nhiều hơn không phải lúc nào cũng tốt hơn. Tải trước quá mức làm tăng ma sát, nhiệt và nhạy cảm với các lỗi lắp đặt.

9. Danh sách kiểm tra RFQ cho hệ thống dẫn hướng tuyến tính và vít bi hoàn chỉnh

Để lựa chọn vít bi sơ bộ và dẫn hướng tuyến tính, vui lòng cung cấp:

• Khối lượng chuyển động và lực quá trình bên ngoài
• Gắn ngang, dọc hoặc nghiêng
• Đột quỵ hiệu quả
• Tốc độ và gia tốc tối đa
• Định vị chính xác và độ lặp lại
• Giờ hoạt động hàng ngày và tần suất chu kỳ
• Chiều dài lắp đặt vít bi có sẵn
• Số lượng đường ray và khối
• Khoảng cách đường sắt và khoảng cách khối
• Vị trí tâm-của-trọng lực, nếu có
• Môi trường làm việc
• Nguyên mẫu và số lượng sản xuất

Bản vẽ máy hoặc cách bố trí trục đơn giản đặc biệt hữu ích khi tải trọng được bù đắp từ đường tâm dẫn hướng.

Phần kết luận

Việc khớp vít me bi và dẫn hướng tuyến tính không phải là vấn đề ghép hai kích thước danh mục.

Các dẫn hướng tuyến tính phải được lựa chọn theo lực, mômen, phân bổ tải trọng, hình học và tuổi thọ yêu cầu. Vít bi nên được lựa chọn theo lực đẩy dọc trục, tuổi thọ, đường kính, độ dẫn, tốc độ tới hạn, độ vênh và yêu cầu định vị.

Sự kết hợp cuối cùng sau đó phải được kiểm tra như một hệ thống hoàn chỉnh về độ cứng, độ chính xác, căn chỉnh và điều kiện lắp đặt.

← Quay lại Blog DLY