Pallonpalautusjärjestelmät, kuularuuvien valinta ja kuularuuvien voitelu.

Oikean kuularuuvin valitseminen tiettyyn sovellukseen varmistaa koneen tarkkuuden, toistettavuuden ja käyttöiän samalla minimoiden kokonaiskustannukset.

Kuularuuvikäyttö muuntaa pyörimisliikkeen lineaariliikkeeksi tai päinvastoin ja voi kohdistaa tai kestää suuria työntövoimia – jopa 750 000 paunan staattista kapasiteettia käytettäessä Ø6,000 tuuman kuularuuvikokoonpanoa – tyypillisesti yli 90 %:n hyötysuhteella. Kuularuuvit auttavat ohjaamaan, tukemaan, paikantamaan ja siirtämään komponentteja ja tuotteita tarkasti useissa automaatiosovelluksissa.

Kuularuuvikäyttö koostuu kuularuuvista ja kuulamutterista, joissa on kiertävät kuulalaakerit. Ruuvin ja mutterin välinen rajapinta muodostuu kuulalaakereista, jotka pyörivät kuularuuvissa ja kuulamutterissa vastaavissa muodoissa. Kuularuuviin kohdistuva kuormitus jakautuu suurelle määrälle kuulalaakereita, joten jokainen kuula kuormittuu suhteellisen vähän. Vierintäelinten ansiosta kuularuuvikäytöllä on erittäin alhainen kitkakerroin, mikä vastaa korkeaa mekaanista hyötysuhdetta.

Kuularuuvien ja johtoruuvien tärkein ero on kiertokuulalaakereiden käyttö kuularuuvissa kitkan minimoimiseksi ja tehokkuuden maksimoimiseksi. Kuularuuvit ovat kalliimpia kuin johtoruuvit, mutta niiden kyky kantaa suuria kuormia, saavuttaa suuria nopeuksia ja tarjota ennustettava käyttöikä tekevät niistä monissa sovelluksissa lisäkustannustensa arvoisia.

Kuularuuvikäytöt tarjoavat tyypillisesti yli 90 %:n mekaanisen hyötysuhteen, joten niiden kustannukset usein kompensoituvat pienemmillä tehovaatimuksilla. Kuularuuvien suurempi kuormituskapasiteetti, pidempi käyttöikä ja ennustettava luotettavuus ovat etuja lyijyruuveihin verrattuna.

Toistettavuus ja tarkkuus

Tarkkuus mittaa, kuinka lähelle liikejärjestelmä lähestyy komentoasentoa, ja se määritellään odotetun ja todellisen aseman välisenä maksimivirheenä. Toistettavuus määritellään paikannusjärjestelmän kyvyksi palata tiettyyn paikkaan käytön aikana. Kuularuuvikäytöt tarjoavat erinomaisen toistettavuuden (välys riippuu kuulalaakerin halkaisijasta, mutta vaihtelee tyypillisesti välillä 0,005–0,015 tuumaa) ja tarkkuuden (±0,004 tuumaa/jalkaa tarkkuuskuularuuveille ja ±0,0005 tuumaa/jalkaa tarkkuusplus-merkityille kuularuuveille).

Joustotarkkuus on yleisin kuularuuvien tarkkuuden mittari. Jousto viittaa siihen, kuinka pitkälle pyörimätön kuulamutteri liikkuu yhdellä 360° kierroksella ruuvia. Joustotarkkuus mitataan sallitun liikepoikkeamana (todellinen asento vs. teoreettinen asento) jalkaa tai 300 mm:ä kohden. Kuularuuveja on saatavana tarkkuusplus- ja kuljetusluokissa, ja tarkkuusplus-luokka kontrolloi tiukasti nousuvirheen kertymistä koko liikeradan ajalta.

Välys on mutterin ja ruuvin välinen vapaa liike, ja se voidaan mitata aksiaalisesti ja radiaalisesti. Paras tapa mitata aksiaalista välystä on estää ruuvin liikkuminen ja työntää ja vetää kuulamutteria aksiaalisesti samalla, kun mitataan sen liikettä mittakellolla. Välys voidaan mitata myös asettamalla mittakello järjestelmään kuuluvan kuulamutterin päälle ja työntämällä sitä tuuman verran eteen- ja taaksepäin alkuperäiseen asentoonsa. Poikkeama nollasta on välys. Toistettavuus on yksinkertaisesti kuularuuvin välyksen kvantitatiivinen arvo.

Esikuormittamattomassa kuulamutterissa on sisäisiä välyksiä osien välillä, mikä tarkoittaa, että esiintyy välystä. Esikuormitetussa kuulamutterissa ei ole aksiaalista välystä, joten se poistaa välyksen ja lisää siten jäykkyyttä. Esikuormitus lisää myös ruuvin kääntämiseen tarvittavaa vääntömomenttia, ja se mitataan esikuormituksen prosentteina dynaamiseen kapasiteettiin nähden (kuulamutterilla, jonka dynaaminen kapasiteetti on 1500 lb ja esikuormitusarvo 10 %, on 150 lb:n sisäinen esikuormitus). Tarkkuuskierteisiä kuularuuveja käytetään yleensä ilman esikuormitusta. Kuularuuvin esikuormitus parantaa toistettavuutta poistamalla välystä, mutta ei vaikuta tarkkuuteen.

Esikuormitettuja kuulamuttereita on saatavilla precision plus -ruuveihin ja tiettyihin tarkkuusruuvituotteisiin. Niiden hinta on korkeampi kuin esikuormittamattomien muttereiden monimutkaisuuden, lisätyön, kokoonpanon ja tarkistuksen/mittauksen vuoksi. Kuularuuvikokoonpanot voidaan esikuormittaa kahdella tai yhdellä mutterilla. Esikuormitusta on kolmea päätyyppiä: yhden mutterin ylisuuri kuula (4-pisteinen kosketus), yhden mutterin hyppyjohdin (2-pisteinen kosketus) ja kaksoismutteri (2-pisteinen kosketus). Yhden mutterin esikuormitus säilyttää pienimmän pakkauskoon säilyttäen samalla täyden kuormituskapasiteetin. Hypyn hyppyjohdinkuulamuttereilla on puolet samankokoisten yksittäisten muttereiden kapasiteetista, koska vain puolet kuulalaakereista kuormitetaan kumpaankin suuntaan. Kaksoismuttereiden esikuormituskokoonpanoilla on sama kuormituskapasiteetti kuin yhdellä mutterilla, koska vain yksi kuulamutteri kuormitetaan kumpaankin suuntaan.

Kuularuuveja voidaan valmistaa monella eri tavalla, vaikka ne luokitellaan tyypillisesti kahteen luokkaan – tarkkuus- ja tarkkuus plus -ruuveihin. Tarkkuuskierteisten kuularuuvien vierintäpinta muodostetaan kylmävalssauksella. Mutteri koneistetaan vastaamaan ruuvin suorituskykyä. Tämä lähestymistapa tarjoaa kohtuullisen tarkkuuden, luokkaa ±0,004 tuumaa/jalkaa nousutarkkuuden siirtotuuman kokoisissa ruuveissa. Precision-plus-kierteisten kuularuuvien ruuvi ja mutteri valmistetaan tarkkuushiomalla. Precision-plus-kierteisten kuularuuvien nousutarkkuus on paljon suurempi, ±0,0005 tuumaa/jalkaa Precision-plus-tuuman kokoisissa ruuveissa. Precision-plus-kierteisten kuularuuvien hinta on tarkkuusruuveja korkeampi pidemmän käsittelyajan vuoksi.

Pallonpalautusjärjestelmät

Yleisesti käytetään kolmenlaisia ​​kuulapalautusjärjestelmiä. Ulkoisia palautusputkia, joita tyypillisesti käytetään tuumaruuveissa, käytetään kustannustehokkaina ja helppoina asentaa, huoltaa ja korjata. Sisäisiä painikepalautusjärjestelmiä käytetään tyypillisesti matalan nousun ruuveissa. Ne ovat kompakteja, eikä niissä ole ulkoisia säteittäisiä ulkonemia, jotka vaikeuttaisivat asennusta, ja ne tarjoavat vähemmän melua ja tärinää kuin ulkoiset palautukset. Sisäisiä painikepalautusjärjestelmiä käytetään usein nelipistekosketus-, yksimutteri- ja esijännityskokoonpanoissa. Sisäisiä päätykannen palautuksia käytetään tyypillisesti korkean nousun ruuveissa. Ne ovat kompakteja, eikä niissä ole ulkoisia säteittäisiä ulkonemia, jotka vaikeuttaisivat asennusta. Niiden melu ja tärinä ovat myös alhaiset verrattuna ulkoisiin palautuksiin.

Kuularuuvien valinta

Kuularuuvikokoonpano, joka tarjoaa tietyn sovelluksen edellyttämän kuormituskapasiteetin ja käyttöiän, valitaan parhaiten iteratiivisen prosessin kautta. Suunnittelukuormitusta, järjestelmän suuntausta, liikepituutta, vaadittua käyttöikää ja vaadittua nopeutta käytetään kuularuuvikokoonpanon halkaisijan ja nousun määrittämiseen. Yksittäiset kuularuuvikomponentit valitaan sitten tarkkuus- ja toistettavuusvaatimusten, mittarajoitusten, asennuskokoonpanon, käytettävissä olevan tehon vaatimusten ja ympäristöolosuhteiden perusteella.

Aloita määrittämällä sovelluksen edellyttämä paikannustarkkuus ja toistettavuus. Tuumakokoisia kuularuuveja valmistetaan kahtena päälaatuna – Transport ja Precision Plus. Kuljetusluokan kuularuuveja käytetään sovelluksissa, jotka vaativat vain karkeaa liikettä tai joissa käytetään lineaarista takaisinkytkentää paikannukseen. Precision Plus -luokan kuularuuveja käytetään silloin, kun tarkka ja toistettava paikannus on kriittisen tärkeää. Kuljetusluokan ruuvit mahdollistavat suuremman kumulatiivisen vaihtelun ruuvin hyötypituudella. Precision Plus -luokan ruuvit sisältävät nousuvirheen kertymisen tarkan paikannuksen varmistamiseksi ruuvin koko hyötypituudella.

Määritä, miten kuularuuvikokoonpano asennetaan koneeseen. Päätytukien kokoonpano ja liikematka määräävät kuularuuvin kuormitus- ja nopeusrajoitukset.

Vetojännitteinen kuularuuvi kestää kuormia mutterin nimelliskapasiteettiin asti. Puristusjännittyvälle kuulamutterille käytä valmistajalta saatavaa puristuskuormituskaaviota valitaksesi kuularuuvin halkaisijan, joka vastaa tai ylittää suunnitellun kuormituksen. Kaikki ruuvit, joiden käyrät kulkevat piirretyn pisteen läpi tai sen yläpuolella ja oikealla puolella, soveltuvat esimerkiksi seuraavaan esimerkkisovellukseen. Tässä kaaviossa esitetyt sopivat puristuskuormat eivät saa ylittää yksittäisen kuularuuvikokoonpanon nimellisarvotaulukossa annettua suurinta staattista kuormituskapasiteettia. Näin ollen 85 tuuman (2159 mm) pituudella, 30 000 paunan (133 500 N) järjestelmäkuormalla ja päätykiinnityksen ollessa toinen pää kiinteä ja toinen pää tuettu – vähimmäisvalinta on 1,750 x 0,200 tarkkuus plus tuuman kuularuuvikokoonpano.

Laske kuularuuvin nousu, joka tuottaa vaadittavan nopeuden, seuraavan kaavan avulla.

Etumatka (tuumaa) = Liikenopeus (tuumaa/min-1)/rpm

Sovelluksen käyttöiän määrittäminen

Kokoonpanon käyttöikä voidaan laskea käyttämällä kullekin kuulamutterille määritettyä dynaamista kuormitusluokitusta. Kaikki kuulamutterit, joiden käyrät kulkevat piirretyn pisteen läpi tai ovat sen yläpuolella, sopivat esimerkkiin. Tässä kaaviossa esitetyt sopivat käyttöiän odotukset eivät saa ylittää yksittäisen kuulamutterikokoonpanon luokitustaulukossa annettua suurinta staattista kuormituskapasiteettia. Tässä esimerkissä haluttu sovelluksen käyttöiän odotus (kokonaisliike) on 50,8 miljoonaa mm. Tällöin suurin normaali käyttökuorma on 44 500 N.

Ruuvin kriittisen nopeuden määrittäminen

Kriittinen ruuvin nopeus on tila, jossa kokoonpanon pyörimisnopeus aiheuttaa harmonisia värähtelyjä. Kriittinen nopeus riippuu ruuvin tyven halkaisijasta, tukemattomasta pituudesta ja päätytuen kokoonpanosta. Useimpien valmistajien kaavioissa kaikki ruuvit, joiden käyrät kulkevat piirretyn pisteen läpi tai sen yläpuolella ja oikealla puolella, sopivat seuraavaan esimerkkiin. Neljä päätykiinnityspiirustusta esittävät pyörivän akselin tukemiseen tarkoitetut laakerikokoonpanot, ja kaavio näyttää näiden olosuhteiden vaikutuksen kriittiseen akselin nopeuteen tukemattomalla ruuvin pituudella. Tässä kaaviossa esitetyt hyväksyttävät nopeudet koskevat valittua ruuviakselia, eivätkä ne osoita kaikkien siihen liittyvien kuulamutterikokoonpanojen saavutettavissa olevia nopeuksia.

Jos kuormitus-, käyttöikä- ja nopeuslaskelmat vahvistavat, että valittu kuularuuvikokoonpano täyttää tai ylittää suunnitteluvaatimukset, siirry seuraavaan vaiheeseen. Muussa tapauksessa suurempihalkaisijaiset ruuvit lisäävät kuormituskapasiteettia ja nostavat nopeusluokitusta. Pienemmät johtimet pienentävät lineaarinopeutta (olettaen moottorin vakionopeuden), lisäävät moottorin nopeutta (olettaen lineaarinopeuden olevan vakio) ja pienentävät tarvittavaa tulovääntömomenttia. Suuremmat johtimet lisäävät lineaarinopeutta (olettaen moottorin vakionopeuden), pienentävät moottorin nopeutta (olettaen lineaarinopeuden olevan vakio) ja lisäävät tarvittavaa tulovääntömomenttia.

Määritä, miten kuulamutteri liitetään sovellukseen. Kuulamutterin laippa on tyypillinen tapa kiinnittää kuulamutteri kuormaan. Kierteitetyt kuulamutterit ja lieriömäiset kuulamutterit ovat vaihtoehtoisia tapoja liittää se.

Esikuormitetut kuulamutterit poistavat järjestelmän välyksen ja lisäävät jäykkyyttä. Pyyhkijäsarjat suojaavat kokoonpanoa epäpuhtauksilta ja sisältävät voiteluaineen. Useimmille kuularuuveille on saatavana myös laakeritukia ja päätykoneistusta.

Kuularuuveja on käsiteltävä huolellisesti ennen asianmukaista asennusta. Kuulalaakereihin kohdistuvat iskut voivat vahingoittaa laakerin vierintäkehää aiheuttamalla naarmuuntumista tai halkeilua. Suuret kuormitukset tai ruuvin taipuminen voivat johtaa taipumiseen. On tärkeää pitää kokoonpano pakattuna ja voideltuna sekä varastoida puhtaassa ja kuivassa paikassa, koska roskat ja epäpuhtaudet voivat tukkia kiertoilmakiskot ja korkea kosteus tai sade voivat aiheuttaa korroosiota.

Järjestelmän kiinnitys on toinen tärkeä näkökohta. Kuulamutteria tulisi kuormittaa vain aksiaalisesti, koska kaikki säteittäinen kuormitus heikentää merkittävästi kokoonpanon suorituskykyä. Kokoonpano tulee myös kohdistaa oikein käyttöjärjestelmään, laakeritukiin ja kuormaan optimaalisen suorituskyvyn ja käyttöiän saavuttamiseksi.

Kuularuuvien voitelu

Kuularuuvikokoonpanoa ei saa koskaan käyttää ilman asianmukaista voitelua. Voiteluaineet ylläpitävät kuularuuvikokoonpanojen alhaisen kitkan etua minimoimalla kuulan ja urien välisen vierintävastuksen sekä vierekkäisten kuulien välisen liukukitkan.

Öljyä voidaan levittää kontrolloidulla virtausnopeudella suoraan tarvittuun kohtaan, ja se puhdistaa epäpuhtaudet virratessaan kuulamutterin läpi. Se voi myös tarjota jäähdytystä. Toisaalta öljyn asianmukaiseen levittämiseen tarvitaan pumppu ja annostelujärjestelmä, koska öljy voi myös saastuttaa prosessinesteitä.

Rasva on halvempaa ja vaatii harvempaa levitystä kuin öljy, eikä se saastuta prosessinesteitä. Toisaalta rasvaa on vaikea pitää kuulamutterin sisällä, ja sillä on taipumus kertyä kuulamutterin liikeradan päihin, missä se kerää lastuja ja hankaavia hiukkasia. Vanhan rasvan yhteensopimattomuus uudelleenvoitelurasvan kanssa voi aiheuttaa ongelmia, joten on tärkeää tarkistaa yhteensopivuus. Kuormaa kestävä rasva voi auttaa pidentämään kokoonpanon käyttöikää, mutta kokonaiskuormitusluokitus ei muutu.