बॉल रिटर्न सिस्टम, बॉल स्क्रू चयन और बॉल स्क्रू स्नेहन।

किसी दिए गए अनुप्रयोग के लिए सही बॉल स्क्रू निर्दिष्ट करने से मशीन की सटीकता, दोहराव और जीवन सुनिश्चित होगा, जबकि स्वामित्व की कुल लागत न्यूनतम होगी।

एक बॉल स्क्रू ड्राइव घूर्णी गति को रैखिक गति में या इसके विपरीत परिवर्तित करता है और Ø6,000 इंच बॉल स्क्रू असेंबली का उपयोग करके 750,000 पाउंड से अधिक स्थिर क्षमता वाले उच्च थ्रस्ट भार को लागू या सहन कर सकता है, जिसकी दक्षता आमतौर पर 90% से अधिक होती है। बॉल स्क्रू विभिन्न स्वचालन अनुप्रयोगों में घटकों और उत्पादों को मार्गदर्शन, समर्थन, स्थान निर्धारण और सटीक रूप से स्थानांतरित करने में मदद करते हैं।

बॉल स्क्रू ड्राइव में एक बॉल स्क्रू और एक बॉल नट होता है जिसमें रीसर्क्युलेटिंग बॉल बेयरिंग होते हैं। स्क्रू और नट के बीच का इंटरफ़ेस बॉल बेयरिंग द्वारा बनाया जाता है जो बॉल स्क्रू और बॉल नट के मिलान वाले आकार में घूमते हैं। बॉल स्क्रू पर भार कई बॉल बेयरिंग पर वितरित होता है ताकि प्रत्येक बॉल पर अपेक्षाकृत कम भार पड़े। अपने रोलिंग तत्वों के कारण, बॉल स्क्रू ड्राइव का घर्षण गुणांक बहुत कम होता है, जो उच्च यांत्रिक दक्षता के बराबर होता है।

बॉल स्क्रू और लीड स्क्रू के बीच मुख्य अंतर यह है कि बॉल स्क्रू में रीसर्क्युलेटिंग बॉल बेयरिंग का उपयोग घर्षण को कम करने और दक्षता को अधिकतम करने के लिए किया जाता है। बॉल स्क्रू, लीड स्क्रू की तुलना में ज़्यादा महंगे होते हैं, लेकिन ज़्यादा भार उठाने, तेज़ गति प्राप्त करने और एक निश्चित जीवनकाल प्रदान करने की उनकी क्षमता उन्हें कई अनुप्रयोगों के लिए उनकी अतिरिक्त लागत के लायक बनाती है।

बॉल स्क्रू ड्राइव आमतौर पर 90% से अधिक यांत्रिक दक्षता प्रदान करते हैं, इसलिए उनकी लागत अक्सर कम बिजली की आवश्यकता से संतुलित हो जाती है। बॉल स्क्रू की बढ़ी हुई भार क्षमता, लंबा जीवन और अनुमानित विश्वसनीयता, लीड स्क्रू की तुलना में लाभप्रद हैं।

दोहराव और सटीकता

सटीकता इस बात का माप है कि कोई गति प्रणाली किसी आदेशित स्थिति के कितने करीब पहुँचती है, और इसे अपेक्षित और वास्तविक स्थिति के बीच अधिकतम त्रुटि के रूप में परिभाषित किया जाता है। पुनरावृत्ति को संचालन के दौरान किसी स्थिति निर्धारण प्रणाली की किसी स्थान पर वापस लौटने की क्षमता के रूप में परिभाषित किया जाता है। बॉल स्क्रू ड्राइव उत्कृष्ट पुनरावृत्ति (बैकलैश बॉल बेयरिंग व्यास पर निर्भर करता है, लेकिन आमतौर पर 0.005 से 0.015 इंच तक होता है) और सटीकता (परिशुद्धता वाले बॉल स्क्रू के लिए ±0.004 इंच/फीट और परिशुद्धता-प्लस लेबल वाले बॉल स्क्रू के लिए ±0.0005 इंच/फीट) प्रदान करते हैं।

लीड सटीकता, बॉल स्क्रू की सटीकता का सबसे सामान्य माप है। लीड सटीकता से तात्पर्य है कि एक गैर-घूर्णन बॉल नट स्क्रू के एक 360° घुमाव पर कितनी दूरी तय करेगा। लीड सटीकता को प्रति फुट या प्रति 300 मिमी अनुमेय यात्रा परिवर्तन (वास्तविक स्थिति बनाम सैद्धांतिक स्थिति) के रूप में मापा जाता है। बॉल स्क्रू प्रिसिज़न प्लस और ट्रांसपोर्ट ग्रेड में उपलब्ध होते हैं, जहाँ प्रिसिज़न प्लस ग्रेड यात्रा की पूरी लंबाई में लीड त्रुटि संचय को कड़ाई से नियंत्रित करता है।

बैकलैश नट और स्क्रू के बीच की मुक्त गति है, और इसे अक्षीय और त्रिज्यीय रूप से मापा जा सकता है। अक्षीय बैकलैश मापने का सबसे अच्छा तरीका है स्क्रू को गति से सुरक्षित करना और बॉल नट पर अक्षीय रूप से दबाव डालना और खींचना, साथ ही डायल इंडिकेटर से उसकी गति को मापना। बैकलैश को सिस्टम में बॉल नट पर एक डायल इंडिकेटर लगाकर और उसे मूल स्थिति में एक इंच आगे और पीछे चलाकर भी मापा जा सकता है। शून्य से विचलन ही बैकलैश है। पुनरावर्तनीयता, बॉल स्क्रू के बैकलैश का मात्रात्मक मान है।

एक गैर-प्रीलोडेड बॉल नट में घटकों के बीच आंतरिक क्लीयरेंस होता है, जिसका अर्थ है कि बैकलैश मौजूद है। प्रीलोडेड बॉल नट में कोई अक्षीय क्लीयरेंस नहीं होता है और इसलिए बैकलैश समाप्त हो जाता है और परिणामस्वरूप कठोरता बढ़ जाती है। प्रीलोड स्क्रू को घुमाने के लिए आवश्यक टॉर्क को भी बढ़ाता है और इसे प्रीलोड और गतिशील क्षमता के प्रतिशत से मापा जाता है (1500 पाउंड की गतिशील क्षमता और 10% की प्रीलोड रेटिंग वाले बॉल नट में 150 पाउंड का आंतरिक प्रीलोड होता है)। प्रिसिज़न थ्रेड बॉल स्क्रू आमतौर पर बिना प्रीलोड के उपयोग किए जाते हैं। बॉल स्क्रू पर प्रीलोड करने से बैकलैश हट जाता है और यह दोहराव को बेहतर बनाता है, लेकिन सटीकता को प्रभावित नहीं करता है।

प्रीलोडेड बॉल नट प्रिसिशन प्लस स्क्रू और चुनिंदा प्रिसिशन स्क्रू उत्पादों पर उपलब्ध हैं। जटिलता, अतिरिक्त मशीनिंग, असेंबली और सत्यापन/माप के कारण इनकी लागत गैर-प्रीलोडेड नट से अधिक होती है। बॉल स्क्रू असेंबलियों को डबल या सिंगल नट कॉन्फ़िगरेशन के साथ प्रीलोड किया जा सकता है। प्रीलोड के तीन प्रमुख प्रकार हैं - सिंगल नट ओवरसाइज़्ड बॉल (4 पॉइंट कॉन्टैक्ट), सिंगल नट स्किप लीड (2 पॉइंट कॉन्टैक्ट) और डबल नट (2 पॉइंट कॉन्टैक्ट)। सिंगल नट प्रीलोड पूर्ण भार क्षमता बनाए रखते हुए सबसे छोटे पैकेज आकार को बनाए रखता है। स्किप लीड बॉल नट की क्षमता समान आकार के सिंगल नट की आधी होती है क्योंकि प्रत्येक दिशा में केवल आधे बॉल बेयरिंग लोड किए जाते हैं

बॉल स्क्रू बनाने की कई विधियाँ हैं, हालाँकि इन्हें आम तौर पर दो श्रेणियों में वर्गीकृत किया जाता है—प्रिसिज़न और प्रिसिज़न प्लस। प्रिसिज़न-थ्रेड बॉल स्क्रू का रेस कोल्ड रोलिंग प्रक्रिया द्वारा बनता है। नट को स्क्रू की प्रदर्शन क्षमता के अनुरूप मशीनिंग की जाती है। यह विधि ट्रांसपोर्ट इंच सीरीज़ स्क्रू पर लगभग ±0.004 इंच/फ़ीट लीड सटीकता के साथ मध्यम सटीकता प्रदान करती है। प्रिसिज़न-प्लस थ्रेड बॉल स्क्रू के स्क्रू और नट प्रिसिज़न ग्राइंडिंग द्वारा बनाए जाते हैं। प्रिसिज़न-प्लस थ्रेड बॉल स्क्रू, प्रिसिज़न-प्लस इंच सीरीज़ स्क्रू पर ±0.0005 इंच/फ़ीट लीड सटीकता की बहुत अधिक सटीकता प्रदान करते हैं। अधिक प्रसंस्करण समय के कारण प्रिसिज़न प्लस थ्रेड बॉल स्क्रू की लागत प्रिसिज़न स्क्रू की तुलना में अधिक होती है।

बॉल रिटर्न सिस्टम

आमतौर पर तीन अलग-अलग प्रकार की बॉल रिटर्न प्रणालियाँ इस्तेमाल की जाती हैं। बाहरी रिटर्न ट्यूब, जो आमतौर पर इंच स्क्रू में इस्तेमाल होती हैं, किफ़ायती होती हैं और इन्हें लगाना, रखरखाव और मरम्मत करना आसान होता है। आंतरिक बटन रिटर्न प्रणालियाँ आमतौर पर कम लीड वाले स्क्रू पर इस्तेमाल की जाती हैं। ये कॉम्पैक्ट होती हैं, इनमें माउंटिंग को जटिल बनाने वाले कोई बाहरी रेडियल उभार नहीं होते और बाहरी रिटर्न की तुलना में कम शोर और कंपन उत्पन्न करती हैं। आंतरिक बटन रिटर्न प्रणालियाँ अक्सर 4-पॉइंट कॉन्टैक्ट, सिंगल नट और प्रीलोड असेंबली में इस्तेमाल की जाती हैं। आंतरिक एंड कैप रिटर्न आमतौर पर उच्च लीड वाले स्क्रू पर इस्तेमाल की जाती हैं। ये कॉम्पैक्ट होती हैं और इनमें माउंटिंग को जटिल बनाने वाले कोई बाहरी रेडियल उभार नहीं होते। बाहरी रिटर्न की तुलना में इनका शोर और कंपन भी कम होता है।

बॉल स्क्रू का चयन

किसी विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए आवश्यक निर्दिष्ट भार क्षमता और जीवनकाल प्रदान करने वाली बॉल स्क्रू असेंबली का चयन एक पुनरावृत्तीय प्रक्रिया के माध्यम से सर्वोत्तम रूप से किया जाता है। डिज़ाइन लोड, सिस्टम अभिविन्यास, यात्रा अवधि, आवश्यक जीवनकाल और आवश्यक वेग का उपयोग बॉल स्क्रू असेंबली के व्यास और लीड को निर्धारित करने के लिए किया जाता है। फिर सटीकता और पुनरावृत्ति आवश्यकता, आयामी बाधाओं, माउंटिंग विन्यास, उपलब्ध शक्ति आवश्यकताओं और पर्यावरणीय परिस्थितियों के आधार पर अलग-अलग बॉल स्क्रू घटकों का चयन किया जाता है।

अनुप्रयोग के लिए आवश्यक स्थितिगत सटीकता और दोहराव का निर्धारण करके शुरुआत करें। इंच बॉल स्क्रू दो मुख्य ग्रेड में निर्मित होते हैं - ट्रांसपोर्ट और प्रिसिज़न प्लस। ट्रांसपोर्ट ग्रेड बॉल स्क्रू का उपयोग केवल मोटे मूवमेंट की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में या स्थितिगत स्थान निर्धारण के लिए रैखिक फीडबैक का उपयोग करने वाले अनुप्रयोगों में किया जाता है। प्रिसिज़न-प्लस ग्रेड बॉल स्क्रू का उपयोग वहाँ किया जाता है जहाँ सटीक और दोहराव योग्य स्थिति निर्धारण महत्वपूर्ण होता है। ट्रांसपोर्ट ग्रेड स्क्रू, स्क्रू की उपयोगी लंबाई में अधिक संचयी परिवर्तन की अनुमति देते हैं। प्रिसिज़न प्लस ग्रेड स्क्रू में स्क्रू की पूरी उपयोगी लंबाई में सटीक स्थिति निर्धारण के लिए लीड एरर का संचय होता है।

निर्धारित करें कि बॉल स्क्रू असेंबली को मशीन में कैसे लगाया जाएगा। अंतिम सपोर्ट का विन्यास और यात्रा दूरी बॉल स्क्रू के भार और गति सीमाओं को निर्धारित करेगी।

तनाव में एक बॉल स्क्रू नट की रेटेड क्षमता तक भार संभाल सकता है। संपीड़न में एक बॉल नट के लिए, निर्माता से उपलब्ध संपीड़न-लोडिंग चार्ट का उपयोग करके एक बॉल स्क्रू व्यास का चयन करें जो डिज़ाइन लोड को पूरा करता है या उससे अधिक है। उदाहरण के लिए, प्लॉट किए गए बिंदु के दाईं ओर या ऊपर से गुजरने वाले वक्र वाले सभी स्क्रू निम्नलिखित उदाहरण अनुप्रयोग के लिए उपयुक्त हैं। इस ग्राफ में दिखाए गए उपयुक्त संपीड़न भार व्यक्तिगत बॉल नट असेंबली के लिए रेटिंग तालिका में दी गई अधिकतम स्थैतिक भार क्षमता से अधिक नहीं हैं। इस प्रकार, 85 इंच (2159 मिमी) की लंबाई पर, 30,000 पाउंड (133,500 एन) का एक सिस्टम लोड और एक छोर स्थिर और दूसरे छोर को सहारा देने की अंत स्थिरता के साथ - न्यूनतम चयन 1.750 x 0.200 परिशुद्धता प्लस इंच बॉल स्क्रू असेंबली है।

निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके बॉल स्क्रू की लीड की गणना करें जो गति की आवश्यकता उत्पन्न करेगी।

लीड (इंच) = यात्रा दर (इंच मिनट -1)/आरपीएम

अनुप्रयोग जीवन प्रत्याशा का निर्धारण

प्रत्येक बॉल नट के लिए निर्दिष्ट गतिशील भार रेटिंग का उपयोग करके असेंबली जीवन की गणना की जा सकती है। इस उदाहरण के लिए, सभी बॉल नट उपयुक्त हैं जिनके वक्र, आलेखित बिंदु से होकर या उसके ऊपर से गुजरते हैं। इस ग्राफ़ में दर्शाई गई उपयुक्त जीवन प्रत्याशाएँ, प्रत्येक बॉल नट असेंबली के लिए रेटिंग तालिका में दी गई अधिकतम स्थिर भार क्षमता से अधिक नहीं होनी चाहिए। इस उदाहरण में, वांछित अनुप्रयोग जीवन प्रत्याशा (कुल यात्रा) 2 मिलियन इंच (50.8 मिलियन मिमी) है। तब अधिकतम सामान्य परिचालन भार 10,000 पाउंड (44,500 न्यूटन) होता है।

स्क्रू की महत्वपूर्ण गति का निर्धारण

क्रिटिकल स्क्रू स्पीड वह स्थिति है जहाँ असेंबली की घूर्णन गति हार्मोनिक कंपन उत्पन्न करती है। क्रिटिकल स्पीड स्क्रू के मूल व्यास, असमर्थित लंबाई और अंतिम आधार विन्यास पर निर्भर करती है। अधिकांश निर्माता चार्ट में, प्लॉट किए गए बिंदु से ऊपर या दाईं ओर से गुजरने वाले वक्र वाले सभी स्क्रू निम्नलिखित उदाहरण के लिए उपयुक्त हैं। चार अंतिम स्थिरता चित्र एक घूर्णन शाफ्ट को सहारा देने के लिए बेयरिंग विन्यास दर्शाते हैं, और चार्ट असमर्थित स्क्रू लंबाई के लिए क्रिटिकल शाफ्ट गति पर इन स्थितियों के प्रभाव को दर्शाता है। इस ग्राफ़ द्वारा दर्शाए गए स्वीकार्य वेग चयनित स्क्रू शाफ्ट पर लागू होते हैं, और सभी संबंधित बॉल नट असेंबली के प्राप्य वेगों के सूचक नहीं हैं।

यदि भार, जीवनकाल और गति की गणनाएँ इस बात की पुष्टि करती हैं कि चयनित बॉल स्क्रू असेंबली डिज़ाइन आवश्यकताओं को पूरा करती है या उससे अधिक है, तो अगले चरण पर आगे बढ़ें। यदि नहीं, तो बड़े व्यास वाले स्क्रू भार क्षमता बढ़ाएँगे और गति रेटिंग बढ़ाएँगे। छोटे लीड रैखिक गति (स्थिर इनपुट मोटर गति मानकर) को कम करेंगे, मोटर गति (स्थिर रैखिक गति मानकर) को बढ़ाएँगे, और आवश्यक इनपुट टॉर्क को कम करेंगे। ऊँचे लीड रैखिक गति (स्थिर इनपुट मोटर गति मानकर) को बढ़ाएँगे, इनपुट मोटर गति (स्थिर रैखिक गति मानकर) को कम करेंगे, और आवश्यक इनपुट टॉर्क को बढ़ाएँगे।

निर्धारित करें कि बॉल नट अनुप्रयोग में कैसे इंटरफ़ेस करेगा। बॉल नट फ्लैंज, बॉल नट को लोड से जोड़ने की सामान्य विधि है। थ्रेडेड बॉल नट और बेलनाकार बॉल नट इंटरफ़ेस प्रदान करने के वैकल्पिक तरीके हैं।

प्रीलोडेड बॉल नट सिस्टम बैकलैश को खत्म करेंगे और कठोरता बढ़ाएँगे। वाइपर किट असेंबली को दूषित पदार्थों से बचाते हैं और उनमें चिकनाई भी होती है। ज़्यादातर बॉल स्क्रू के लिए बेयरिंग सपोर्ट और एंड मशीनिंग भी उपलब्ध हैं।

बॉल स्क्रू को उचित स्थापना से पहले सावधानीपूर्वक संभालना आवश्यक है। बॉल बेयरिंग पर लगने वाले झटके ब्रिनेलिंग या क्रैकिंग के माध्यम से बेयरिंग रेस को नुकसान पहुँचा सकते हैं। स्क्रू पर अधिक भार या झुकाव के कारण उसमें मोड़ आ सकता है। असेंबली को पैक और लुब्रिकेटेड रखना और साफ़, सूखी जगह पर रखना ज़रूरी है क्योंकि मलबा और संदूषण रीसर्कुलेशन ट्रैक को जाम कर सकते हैं, और उच्च आर्द्रता या बारिश जंग का कारण बन सकती है।

सिस्टम माउंटिंग एक और महत्वपूर्ण विचार है। बॉल नट को केवल अक्षीय रूप से लोड किया जाना चाहिए, क्योंकि किसी भी रेडियल लोडिंग से असेंबली का प्रदर्शन काफी कम हो जाता है। इष्टतम प्रदर्शन और जीवन प्राप्त करने के लिए असेंबली को ड्राइव सिस्टम, बेयरिंग सपोर्ट और लोड के साथ भी ठीक से संरेखित किया जाना चाहिए।

बॉल स्क्रू स्नेहन

बॉल स्क्रू असेंबली को कभी भी उचित स्नेहन के बिना नहीं चलाना चाहिए। स्नेहक, बॉल और खांचे के बीच रोलिंग प्रतिरोध और आसन्न बॉल के बीच फिसलन घर्षण को कम करके बॉल स्क्रू असेंबली के कम घर्षण लाभ को बनाए रखते हैं।

तेल को नियंत्रित प्रवाह दर पर सीधे ज़रूरत के स्थान पर लगाया जा सकता है, और यह बॉल नट से गुज़रते समय दूषित पदार्थों को साफ़ कर देगा। यह शीतलन भी प्रदान कर सकता है। दूसरी ओर, तेल को सही ढंग से लगाने के लिए एक पंप और मीटरिंग सिस्टम की आवश्यकता होती है, क्योंकि तेल में प्रक्रिया द्रवों को दूषित करने की भी क्षमता होती है।

ग्रीस तेल की तुलना में कम खर्चीला होता है और इसे कम बार लगाने की आवश्यकता होती है, और यह प्रक्रिया द्रवों को दूषित नहीं करता। दूसरी ओर, ग्रीस को बॉल नट के अंदर रखना मुश्किल होता है और यह बॉल नट के सिरों पर जमा हो जाता है, जहाँ यह चिप्स और अपघर्षक कणों को जमा कर देता है। पुराने ग्रीस का पुनः-स्नेहन ग्रीस के साथ असंगत होना समस्या पैदा कर सकता है, इसलिए संगतता की जाँच करना महत्वपूर्ण है। भार वहन करने वाला ग्रीस किसी असेंबली के जीवनकाल को बढ़ाने में मदद कर सकता है, लेकिन समग्र भार रेटिंग में कोई बदलाव नहीं आएगा।