Comment spécifier, sélectionner et appliquer des vis à billes linéaires

rail de guidage linéaire à vis à billes

Systèmes de retour à billes, sélection des vis à billes et lubrification des vis à billes.

Spécifier la bonne vis à billes pour une application donnée garantira la précision, la répétabilité et la durée de vie de la machine tout en minimisant le coût total de possession.

Un entraînement par vis à billes traduit un mouvement de rotation en mouvement linéaire ou vice versa et peut appliquer ou résister à des charges de poussée élevées - jusqu'à 750 000 lb de capacité statique en utilisant un ensemble de vis à billes Ø6 000 po - avec une efficacité généralement supérieure à 90%. Les vis à billes aident à guider, soutenir, localiser et déplacer avec précision les composants et les produits dans une gamme d'applications d'automatisation.

Un entraînement par vis à billes se compose d'une vis à billes et d'un écrou à billes avec roulements à billes à recirculation. L'interface entre la vis et l'écrou est réalisée par des roulements à billes qui roulent dans les formes correspondantes dans la vis à billes et l'écrou à billes. La charge sur la vis à billes est répartie sur un grand nombre de roulements à billes de sorte que chaque bille est soumise à une charge relativement faible. En raison de ses éléments roulants, la vis à billes a un coefficient de frottement très faible, ce qui équivaut à un rendement mécanique élevé.

La principale différence entre les vis à billes et les vis mères réside dans l'utilisation de roulements à billes dans la vis à billes pour minimiser la friction et maximiser l'efficacité. Les vis à billes sont plus chères que les vis mères, mais leur capacité à supporter des charges élevées, à atteindre des vitesses rapides et à offrir une durée de vie prévisible en vaut la peine pour de nombreuses applications.

Les entraînements à vis à billes offrent généralement une efficacité mécanique supérieure à 90%, de sorte que leur coût est souvent compensé par des besoins en puissance réduits. La capacité de charge accrue, la durée de vie plus longue et la fiabilité prévisible des vis à billes sont des avantages par rapport aux vis mères.

Répétabilité et précision

La précision est une mesure de la distance à laquelle un système de mouvement s'approche d'une position de commande et est définie comme l'erreur maximale entre la position attendue et réelle. La répétabilité est définie comme la capacité d'un système de positionnement à revenir à un emplacement pendant le fonctionnement. Les vis à billes offrent une excellente répétabilité (le jeu dépend du diamètre du roulement à billes, mais varie généralement de 0,005 à 0,015 po) et une précision (± 0,004 po / pied pour les vis à billes de précision et ± 0,0005 po / pi pour les vis à billes étiquetées avec précision) -plus).

La précision de l'avance est la mesure la plus courante de la précision des vis à billes. Le plomb fait référence à la distance parcourue par un écrou à bille non rotatif avec un seul tour de vis de 360 ​​°. La précision de l'avance est mesurée comme la variation de course admissible (position réelle par rapport à la position théorique) par pied ou par 300 mm. Les vis à billes sont proposées dans les grades de précision plus et de transport, la qualité précision plus contrôlant étroitement l'accumulation d'erreurs de plomb sur toute la longueur de la course.

Le jeu est le libre mouvement entre l'écrou et la vis, et peut être mesuré axialement et radialement. La meilleure façon de mesurer le jeu axial est de sécuriser la vis du mouvement et de pousser et tirer axialement sur l'écrou à billes tout en mesurant son mouvement avec un comparateur à cadran. Le jeu peut également être mesuré en plaçant un comparateur à cadran sur l'écrou à bille du système et en le poussant d'un pouce en avant et en arrière vers la position d'origine. La variation par rapport à zéro est le jeu. La répétabilité est simplement la valeur quantitative du jeu d'une vis à billes.

Un écrou à bille non préchargé a des jeux internes entre les composants, ce qui signifie qu'il existe un jeu. Un écrou à billes préchargé n'a pas de jeu axial et élimine donc le jeu et augmente par la suite la rigidité. La précharge augmente également le couple nécessaire pour faire tourner la vis et est mesurée par le pourcentage de précharge par rapport à la capacité dynamique (un écrou à bille d'une capacité dynamique de 1500 lb et d'une valeur de précharge de 10% a une précharge interne de 150 lb). Les vis à billes à filetage de précision sont généralement utilisées sans précharge. Le préchargement d'une vis à billes améliore la répétabilité en supprimant le jeu, mais n'affecte pas la précision.

Les écrous à billes préchargés sont disponibles sur les vis Precision Plus et sur certains produits de vis de précision. Leur coût est plus élevé que celui des écrous non préchargés en raison de la complexité, de l'usinage supplémentaire, de l'assemblage et de la vérification / mesure. Les assemblages de vis à billes peuvent être préchargés avec des configurations à double ou simple écrou. Il existe trois principaux types de précharge: bille surdimensionnée à écrou simple (contact à 4 points), fil de saut à écrou simple (contact à 2 points) et écrou double (contact à 2 points). La précharge d'un seul écrou maintient la plus petite taille d'emballage tout en maintenant la pleine capacité de charge. Les écrous à billes en plomb sauteur ont la moitié de la capacité des écrous simples de taille similaire car seulement la moitié des roulements à billes sont chargés dans chaque direction. Les assemblages de précharge à double écrou ont la même capacité de charge qu'un écrou simple car un seul écrou à billes est chargé dans chaque direction.

Il existe de nombreuses méthodes de fabrication de vis à billes, bien qu'elles soient généralement classées en deux catégories: précision et précision plus. La course d'une vis à billes à filetage de précision est formée par un processus de laminage à froid. L'écrou est usiné pour correspondre aux performances de la vis. Cette approche offre une précision modérée, de l'ordre de ± 0,004 pouce / pied de précision de filetage sur les vis de transport en pouces. La vis et l'écrou des vis à billes à filetage Precision-Plus sont produits par meulage de précision. Les vis à billes à filetage Precision-Plus offrent une précision beaucoup plus élevée de ± 0,0005 po / pied sur les vis de la série Precision-Plus. Le coût des vis à billes de précision plus filetées est plus élevé que celui des vis de précision en raison du temps de traitement plus long.

Systèmes de retour à billes

Trois types différents de systèmes de retour à billes sont couramment utilisés. Les tubes de retour externes, généralement utilisés dans les vis en pouces, sont rentables et faciles à installer, entretenir et réparer. Les systèmes de retour à bouton interne sont généralement utilisés sur des vis à faible filetage. Ils sont compacts, sans saillies radiales externes pour compliquer le montage et offrent moins de bruit et de vibrations que les retours externes. Les systèmes de retour à bouton interne sont souvent utilisés dans les assemblages à contact 4 points, à écrou simple et à précharge. Les retours de capuchon d'extrémité internes sont généralement utilisés sur des vis à tête haute. Ils sont compacts sans saillies radiales externes pour compliquer le montage. Leur bruit et leurs vibrations sont également faibles par rapport aux retours externes.

Sélection de vis à billes

L'assemblage de vis à billes qui fournit la capacité de charge et la durée de vie spécifiées requises pour une application spécifique est mieux sélectionné par un processus itératif. La charge de conception, l'orientation du système, la longueur de déplacement, la durée de vie requise et la vitesse requise sont utilisées pour déterminer le diamètre et le pas de la vis à billes. Les composants individuels des vis à billes sont ensuite sélectionnés en fonction des exigences de précision et de répétabilité, des contraintes dimensionnelles, de la configuration de montage, des exigences de puissance disponible et des conditions environnementales.

Commencez par déterminer la précision de positionnement et la répétabilité requises de l'application. Les vis à billes en pouces sont produites en deux catégories principales - Transport et précision plus. Les vis à billes de qualité transport sont utilisées dans les applications ne nécessitant qu'un mouvement grossier ou dans celles utilisant une rétroaction linéaire pour la localisation. Des vis à billes de qualité supérieure sont utilisées là où un positionnement précis et reproductible est essentiel. Les vis de qualité transport permettent une plus grande variation cumulative sur la longueur utile de la vis. Les vis de qualité Precision Plus contiennent une accumulation d'erreur de pas pour un positionnement précis sur toute la longueur utile de la vis.

Déterminez comment la vis à billes sera montée dans la machine. La configuration des supports d'extrémité et la distance de déplacement dicteront les limitations de charge et de vitesse de la vis à billes.

Une vis à billes en tension peut supporter des charges allant jusqu'à la capacité nominale de l'écrou. Pour un écrou à billes en compression, utilisez un tableau de charge de compression disponible auprès du fabricant pour sélectionner un diamètre de vis à billes qui atteint ou dépasse la charge de conception. Toutes les vis avec des courbes qui traversent ou au-dessus et à droite du point tracé, par exemple, conviennent pour l'exemple d'application suivant. Les charges de compression appropriées indiquées dans ce graphique ne doivent pas dépasser la capacité de charge statique maximale indiquée dans le tableau des valeurs nominales de chaque écrou à billes. Ainsi, à une longueur de 85 po (2159 mm), une charge système de 30000 lb (133500 N) et avec une fixité d'extrémité d'une extrémité fixe et l'autre extrémité supportée - la sélection minimale est une précision de 1,750 x 0,200 plus pouce vis à billes.

Calculez le pas de la vis à billes qui produira l'exigence de vitesse en utilisant la formule suivante.

Avance (in.) = TravelRate (in. Min.-1) / rpm

Détermination de l'espérance de vie des applications

La durée de vie de l'ensemble peut être calculée à l'aide de la charge dynamique spécifiée pour chaque écrou à billes. Tous les écrous à billes avec des courbes qui traversent ou sont au-dessus du point tracé conviennent pour l'exemple. Les espérances de vie appropriées indiquées dans ce graphique ne doivent pas dépasser la capacité de charge statique maximale indiquée dans le tableau des valeurs nominales de chaque écrou à billes. Dans cet exemple, l'espérance de vie de l'application (course totale) souhaitée est de 2 millions de pouces (50,8 millions de mm). La charge de fonctionnement normale maximale est alors de 10 000 lb (44 500 N).

Détermination de la vitesse critique de la vis

La vitesse critique de la vis est la condition où la vitesse de rotation de l'ensemble crée des vibrations harmoniques. La vitesse critique dépend du diamètre de la racine de la vis, de la longueur non supportée et de la configuration du support d'extrémité. Dans la plupart des tableaux de fabricants, toutes les vis avec des courbes qui passent à travers ou au-dessus et à droite du point tracé conviennent pour l'exemple suivant. Les quatre dessins de fixité d'extrémité montrent les configurations de roulements pour supporter un arbre rotatif, et le graphique montre l'effet de ces conditions sur la vitesse critique de l'arbre pour la longueur de vis non supportée. Les vitesses acceptables indiquées par ce graphique s'appliquent à l'arbre de vis sélectionné et ne sont pas indicatives des vitesses pouvant être atteintes de tous les ensembles d'écrou à billes associés.

Si les calculs de charge, de durée de vie et de vitesse confirment que la vis à billes sélectionnée satisfait ou dépasse les exigences de conception, passez à l'étape suivante. Sinon, des vis de plus grand diamètre augmenteront la capacité de charge et la vitesse nominale. Des fils plus petits réduiront la vitesse linéaire (en supposant une vitesse du moteur d'entrée constante), augmenteront la vitesse du moteur (en supposant une vitesse linéaire constante) et diminueront le couple d'entrée requis. Des fils plus élevés augmenteront la vitesse linéaire (en supposant une vitesse du moteur d'entrée constante), diminueront la vitesse du moteur d'entrée (en supposant une vitesse linéaire constante) et augmenteront le couple d'entrée requis.

Déterminez comment l'écrou à bille s'interface avec l'application. Une bride d'écrou à billes est la méthode typique de fixation de l'écrou à billes à la charge. Les écrous à billes filetés et les écrous à billes cylindriques sont des moyens alternatifs de fournir l'interface.

Les écrous à billes préchargés élimineront le jeu du système et augmenteront la rigidité. Les kits d'essuie-glace protègent l'ensemble des contaminants et contiennent de la lubrification. Les supports de roulement et l'usinage d'extrémité sont également disponibles pour la plupart des vis à billes.

Les vis à billes doivent être manipulées avec soin avant une installation correcte. Les chocs sur les roulements à billes peuvent endommager les chemins de roulement par brinellage ou fissuration. Des charges élevées ou une flexion de la vis peuvent entraîner une flexion. Il est important de garder l'ensemble emballé et lubrifié et stocké dans un endroit propre et sec car les débris et la contamination peuvent bloquer les voies de recirculation, et une humidité élevée ou la pluie peuvent provoquer de la corrosion.

Le montage du système est une autre considération importante. L'écrou à billes ne doit être chargé que axialement, car toute charge radiale réduit considérablement les performances de l'assemblage. L'ensemble doit également être correctement aligné avec le système d'entraînement, les supports de roulement et la charge pour obtenir des performances et une durée de vie optimales.

Lubrification des vis à billes

L'assemblage de la vis à billes ne doit jamais fonctionner sans une lubrification appropriée. Les lubrifiants maintiennent l'avantage de faible frottement des assemblages de vis à billes en minimisant la résistance au roulement entre les billes et les rainures et le frottement de glissement entre les billes adjacentes.

L'huile peut être appliquée à un débit contrôlé directement au point de besoin, et elle nettoiera les contaminants lorsqu'elle passera à travers l'écrou à billes. Il peut également fournir un refroidissement. D'autre part, une pompe et un système de dosage sont nécessaires pour appliquer correctement l'huile, car l'huile a également le potentiel de contaminer les fluides de procédé.

La graisse est moins chère et nécessite une application moins fréquente que l'huile, et elle ne contamine pas les fluides de procédé. D'autre part, la graisse est difficile à retenir à l'intérieur de l'écrou à billes et a tendance à s'accumuler aux extrémités de la course de l'écrou à billes, où elle accumule des copeaux et des particules abrasives. L'incompatibilité de l'ancienne graisse avec la graisse de regraissage peut créer un problème, il est donc important de vérifier la compatibilité. Une graisse porteuse peut aider à prolonger la durée de vie d'un assemblage, mais la charge nominale globale ne changera pas.


Heure du Message: 13 juil.2020