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

किसी विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए सही बॉल स्क्रू का चयन करने से मशीन की सटीकता, दोहराव और जीवनकाल सुनिश्चित होगा, साथ ही स्वामित्व की कुल लागत भी कम होगी।

बॉल स्क्रू ड्राइव घूर्णी गति को रेखीय गति में परिवर्तित करता है और उच्च बल भार सहन कर सकता है - Ø6,000 इंच बॉल स्क्रू असेंबली का उपयोग करके 750,000 पाउंड से अधिक की स्थिर क्षमता - आमतौर पर 90% से अधिक दक्षता के साथ। बॉल स्क्रू स्वचालन अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में घटकों और उत्पादों को निर्देशित करने, सहारा देने, स्थान निर्धारित करने और सटीक रूप से स्थानांतरित करने में सहायक होते हैं।

बॉल स्क्रू ड्राइव में बॉल स्क्रू और बॉल नट होते हैं, जिनमें घूमने वाले बॉल बेयरिंग लगे होते हैं। स्क्रू और नट के बीच का जोड़ बॉल बेयरिंग द्वारा बनाया जाता है, जो स्क्रू और नट में समान आकार में घूमते हैं। बॉल स्क्रू पर भार कई बॉल बेयरिंग पर वितरित होता है, जिससे प्रत्येक बॉल पर अपेक्षाकृत कम भार पड़ता है। घूमने वाले घटकों के कारण, बॉल स्क्रू ड्राइव का घर्षण गुणांक बहुत कम होता है, जो उच्च यांत्रिक दक्षता को दर्शाता है।

बॉल स्क्रू और लीड स्क्रू के बीच मुख्य अंतर यह है कि बॉल स्क्रू में घर्षण को कम करने और दक्षता को अधिकतम करने के लिए रीसर्कुलेटिंग बॉल बेयरिंग का उपयोग किया जाता है। बॉल स्क्रू लीड स्क्रू से अधिक महंगे होते हैं, लेकिन उच्च भार वहन करने, तीव्र 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 इनकी लागत अक्सर कम बिजली खपत से संतुलित हो जाती है। बॉल स्क्रू की बढ़ी हुई भार वहन क्षमता, लंबा जीवनकाल और विश्वसनीय प्रदर्शन, लीड स्क्रू की तुलना में इसके फायदे हैं।

पुनरावृत्ति और सटीकता

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

बॉल स्क्रू की सटीकता मापने का सबसे आम तरीका लीड एक्यूरेसी है। लीड से तात्पर्य यह है कि एक स्थिर बॉल नट स्क्रू के 360° के एक चक्कर में कितनी दूरी तय करेगा। लीड एक्यूरेसी को प्रति फुट या प्रति 300 मिमी अनुमेय यात्रा भिन्नता (वास्तविक स्थिति बनाम सैद्धांतिक स्थिति) के रूप में मापा जाता है। बॉल स्क्रू प्रेसिजन प्लस और ट्रांसपोर्ट ग्रेड में उपलब्ध हैं, जिसमें प्रेसिजन प्लस ग्रेड यात्रा की पूरी लंबाई में लीड त्रुटि संचय को सख्ती से नियंत्रित करता है।

बैकलैश नट और स्क्रू के बीच की मुक्त गति है, जिसे अक्षीय और त्रिज्या दोनों दिशाओं में मापा जा सकता है। अक्षीय बैकलैश मापने का सबसे अच्छा तरीका यह है कि स्क्रू को गति से रोककर बॉल नट को अक्षीय रूप से धक्का देकर और खींचकर उसकी गति को डायल इंडिकेटर से मापा जाए। बैकलैश को मापने का एक और तरीका यह है कि सिस्टम में बॉल नट पर डायल इंडिकेटर रखकर उसे एक इंच आगे और फिर वापस मूल स्थिति में लाया जाए। शून्य से विचलन ही बैकलैश है। दोहराव क्षमता बॉल स्क्रू के बैकलैश का मात्रात्मक मान है।

बिना प्रीलोड वाले बॉल नट में घटकों के बीच आंतरिक क्लीयरेंस होता है, जिसका अर्थ है कि बैकलैश मौजूद होता है। प्रीलोड वाले बॉल नट में कोई अक्षीय क्लीयरेंस नहीं होता है, 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 डायनेमिक क्षमता के प्रतिशत के रूप में मापा जाता है (1500 पाउंड की डायनेमिक क्षमता और 10% प्रीलोड रेटिंग वाले बॉल नट में 150 पाउंड का आंतरिक प्रीलोड होता है)। प्रेसिजन थ्रेड बॉल स्क्रू आमतौर पर बिना प्रीलोड के उपयोग किए जाते हैं। बॉल स्क्रू को प्रीलोड करने से बैकलैश समाप्त हो जाता है और दोहराव में सुधार होता है, लेकिन सटीकता पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।

प्रेसिजन प्लस स्क्रू और चुनिंदा प्रेसिजन स्क्रू उत्पादों में प्रीलोडेड बॉल नट उपलब्ध हैं। जटिलता, अतिरिक्त मशीनिंग, असेंबली और सत्यापन/माप के कारण इनकी कीमत नॉन-प्रीलोडेड नटों से अधिक होती है। बॉल स्क्रू असेंबली को डबल या सिंगल नट कॉन्फ़िगरेशन के साथ प्रीलोड किया जा सकता है। प्रीलोड के तीन मुख्य 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 से पैकेज का आकार सबसे छोटा रहता है जबकि लोड क्षमता पूरी बनी रहती है। स्किप लीड बॉल नट की क्षमता समान आकार के सिंगल नट की आधी होती है क्योंकि प्रत्येक दिशा में केवल आधे बॉल बेयरिंग ही लोड होते हैं। डबल नट प्रीलोड असेंबली की लोड क्षमता सिंगल नट के समान होती है क्योंकि प्रत्येक दिशा में केवल एक बॉल नट लोड होता है।

बॉल स्क्रू के निर्माण की कई विधियाँ हैं, हालाँकि इन्हें आमतौर पर दो श्रेणियों में वर्गीकृत किया जाता है—प्रेसिजन और प्रेसिजन प्लस। प्रेसिजन-थ्रेड बॉल स्क्रू का रेस कोल्ड रोलिंग प्रक्रिया द्वारा बनाया जाता है। नट को स्क्रू की कार्यक्षमता के अनुरूप मशीनिंग द्वारा तैयार किया जाता है। यह विधि परिवहन इंच सीरीज़ के स्क्रू पर लगभग ±0.004 इंच/फुट की लीड एक्यूरेसी प्रदान करती है। प्रेसिजन-प्लस थ्रेड बॉल स्क्रू के स्क्रू और नट प्रेसिजन ग्राइंडिंग द्वारा निर्मित होते हैं। प्रेसिजन-प्लस थ्रेड बॉल स्क्रू, प्रेसिजन-प्लस इंच सीरीज़ के स्क्रू पर ±0.0005 इंच/फुट की कहीं अधिक उच्चतर सटीकता प्रदान करते हैं। अधिक प्रसंस्करण समय के कारण प्रेसिजन प्लस थ्रेड बॉल स्क्रू की लागत प्रेसिजन स्क्रू की तुलना में अधिक होती है।

बॉल रिटर्न सिस्टम

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

बॉल स्क्रू चयन

किसी विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए आवश्यक भार क्षमता और जीवनकाल प्रदान करने वाली बॉल स्क्रू असेंबली का चयन एक पुनरावृत्ति प्रक्रिया के माध्यम से सर्वोत्तम तरीके से किया जाता है। डिज़ाइन भार, सिस्टम अभिविन्यास, यात्रा लंबाई, 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 दोहराव की आवश्यकता, आयामी बाधाओं, माउंटिंग कॉन्फ़िगरेशन, उपलब्ध बिजली आवश्यकताओं और पर्यावरणीय परिस्थितियों के आधार पर व्यक्तिगत बॉल स्क्रू घटकों का चयन किया जाता है।

सबसे पहले, अनुप्रयोग के लिए आवश्यक स्थितिगत सटीकता और दोहराव का निर्धारण करें। इंच बॉल स्क्रू दो मुख्य श्रेणियों में उपलब्ध हैं - ट्रांसपोर्ट और प्रेसिजन प्लस। ट्रांसपोर्ट श्रेणी के बॉल स्क्रू उन अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं जिनमें केवल मोटे तौर पर गति की आवश्यकता होती है या जो स्थिति निर्धारण के लिए रैखिक फीडबैक का उपयोग करते हैं। प्रेसिजन प्लस श्रेणी के बॉल स्क्रू उन स्थानों पर उपयोग किए जाते हैं जहां सटीक और दोहराव योग्य स्थिति निर्धारण महत्वपूर्ण है। ट्रांसपोर्ट श्रेणी के स्क्रू, स्क्रू की उपयोगी लंबाई पर अधिक संचयी भिन्नता की अनुमति देते हैं। प्रेसिजन प्लस श्रेणी के स्क्रू, स्क्रू की पूरी उपयोगी लंबाई पर सटीक स्थिति निर्धारण के लिए लीड त्रुटि का संचय करते हैं।

यह निर्धारित करें कि बॉल स्क्रू असेंबली को मशीन में कैसे लगाया जाएगा। अंतिम सपोर्ट की संरचना और यात्रा दूरी बॉल स्क्रू की भार और गति सीमाओं को निर्धारित करेगी।

तनाव में बॉल स्क्रू नट की रेटेड क्षमता तक का भार सहन कर सकता है। संपीड़न में बॉल नट के लिए, निर्माता द्वारा उपलब्ध संपीड़न-भार चार्ट का उपयोग करके ऐसा बॉल स्क्रू व्यास चुनें जो डिज़ाइन भार के बराबर या उससे अधिक हो। उदाहरण के लिए, प्लॉट किए गए बिंदु से होकर या उसके ऊपर और दाईं ओर से गुजरने वाले वक्र वाले सभी स्क्रू निम्नलिखित उदाहरण अनुप्रयोग के लिए उपयुक्त हैं। इस ग्राफ में दर्शाए गए उपयुक्त संपीड़न भार, व्यक्तिगत बॉल नट असेंबली के लिए रेटिंग तालिका में दी गई अधिकतम स्थैतिक भार क्षमता से अधिक नहीं होने चाहिए। इस प्रकार, 85 इंच (2159 मिमी) की लंबाई, 30,000 पाउंड (133,500 N) के सिस्टम भार और एक सिरे के स्थिर और दूसरे सिरे के समर्थित होने की स्थिति में, न्यूनतम चयन 1.750 x 0.200 परिशुद्धता प्लस इंच बॉल स्क्रू असेंबली है।

निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके आवश्यक गति उत्पन्न करने वाले बॉल स्क्रू के लीड की गणना करें।

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

अनुप्रयोग की जीवन प्रत्याशा का निर्धारण

प्रत्येक बॉल नट के लिए निर्दिष्ट डायनेमिक लोड रेटिंग का उपयोग करके असेंबली लाइफ की गणना की जा सकती है। प्लॉट किए गए बिंदु से गुजरने वाले या उसके ऊपर स्थित वक्र वाले सभी बॉल नट इस उदाहरण के लिए उपयुक्त हैं। इस ग्राफ में दर्शाई गई उपयुक्त जीवन प्रत्याशा, व्यक्तिगत बॉल नट असेंबली के लिए रेटिंग तालिका में दी गई अधिकतम स्टैटिक लोड 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 N) है।

स्क्रू की क्रांतिक गति का निर्धारण

क्रिटिकल स्क्रू स्पीड वह स्थिति है जहाँ असेंबली की घूर्णी गति हार्मोनिक कंपन उत्पन्न करती है। क्रिटिकल स्पीड स्क्रू के रूट व्यास, बिना सपोर्ट वाली लंबाई और एंड सपोर्ट कॉन्फ़िगरेशन पर निर्भर करती है। अधिकांश निर्माता चार्ट में, प्लॉट किए गए बिंदु से होकर या उसके ऊपर और दाईं ओर से गुजरने वाले वक्र वाले सभी स्क्रू निम्नलिखित उदाहरण के लिए उपयुक्त होते हैं। चार एंड फिक्सिटी चित्र घूर्णनशील शाफ्ट को सपोर्ट करने के लिए बियरिंग कॉन्फ़िगरेशन दिखाते हैं, और चार्ट बिना सपोर्ट वाली स्क्रू लंबाई के लिए क्रिटिकल शाफ्ट स्पीड पर इन स्थितियों के प्रभाव को दर्शाता है। इस ग्राफ द्वारा दर्शाई गई स्वीकार्य गति चयनित स्क्रू शाफ्ट पर लागू होती है, और यह सभी संबंधित बॉल नट असेंबली की प्राप्त करने योग्य गति का संकेत नहीं देती है।

यदि लोड, लाइफ और स्पीड की गणना से यह पुष्टि हो जाती है 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 लोड क्षमता और स्पीड रेटिंग को बढ़ा देंगे। छोटे लीड्स रैखिक गति को कम कर देंगे (स्थिर इनपुट मोटर गति मानते हुए), मोटर की गति को बढ़ा देंगे (स्थिर रैखिक गति मानते हुए), और आवश्यक इनपुट टॉर्क को कम कर देंगे। बड़े लीड्स रैखिक गति को बढ़ा देंगे (स्थिर इनपुट मोटर गति मानते हुए), इनपुट मोटर की गति को कम कर देंगे (स्थिर रैखिक गति मानते हुए), और आवश्यक इनपुट टॉर्क को बढ़ा देंगे।

यह निर्धारित करें कि बॉल नट को एप्लिकेशन में कैसे जोड़ा जाएगा। बॉल नट को लोड से जोड़ने का सामान्य तरीका बॉल नट फ्लेंज है। थ्रेडेड बॉल नट और बेलनाकार बॉल नट भी इस इंटरफ़ेस को प्रदान करने के वैकल्पिक तरीके हैं।

प्रीलोडेड बॉल नट सिस्टम के बैकलैश को खत्म कर देंगे और मजबूती बढ़ा देंगे। वाइपर किट असेंबली को दूषित पदार्थों से बचाते हैं और लुब्रिकेशन बनाए रखते हैं। अधिकांश बॉल स्क्रू के लिए बेयरिंग सपोर्ट और एंड मशीनिंग भी उपलब्ध हैं।

बॉल स्क्रू को सही ढंग से लगाने से पहले सावधानीपूर्वक संभालना चाहिए। बॉल बेयरिंग पर झटके लगने से उनमें दरारें पड़ सकती हैं या वे क्षतिग्रस्त हो सकते हैं। अधिक भार या स्क्रू को मोड़ने से वे मुड़ सकते हैं। असेंबली को पैक करके, चिकनाई लगाकर और साफ-सुथरे, सूखे स्थान पर रखना महत्वपूर्ण है क्योंकि मलबा और गंदगी रीसर्कुलेशन ट्रैक को जाम कर सकते हैं, और अधिक नमी या बारिश से जंग लग सकती है।

सिस्टम की माउंटिंग भी एक महत्वपूर्ण पहलू है। बॉल नट पर केवल अक्षीय भार ही लगना चाहिए, क्योंकि किसी भी प्रकार का रेडियल भार असेंबली के प्रदर्शन को काफी कम कर देता है। इष्टतम प्रदर्शन और जीवनकाल प्राप्त करने के लिए असेंबली को ड्राइव सिस्टम, बेयरिंग सपोर्ट और लोड के साथ ठीक से संरेखित किया जाना चाहिए।

बॉल स्क्रू स्नेहन

बॉल स्क्रू असेंबली को उचित लुब्रिकेशन के बिना कभी नहीं चलाना चाहिए। लुब्रिकेंट, बॉल और ग्रूव के बीच रोलिंग प्रतिरोध और आसन्न बॉलों के बीच स्लाइडिंग घर्षण को कम करके बॉल स्क्रू असेंबली के कम घर्षण लाभ को बनाए रखते हैं।

तेल को नियंत्रित प्रवाह दर पर सीधे आवश्यकता के स्थान पर डाला जा सकता है, और यह बॉल नट से गुजरते समय संदूषकों को साफ कर देता है। यह शीतलन भी प्रदान कर सकता है। दूसरी ओर, तेल को ठीक से डालने के लिए एक पंप और मीटरिंग प्रणाली की आवश्यकता होती है, क्योंकि तेल प्रक्रिया तरल पदार्थों को भी दूषित कर सकता है।

ग्रीस तेल की तुलना में सस्ता होता है और इसे कम बार लगाना पड़ता है, साथ ही यह प्रक्रिया में उपयोग होने वाले तरल पदार्थों को दूषित नहीं करता। दूसरी ओर, ग्रीस को बॉल नट के अंदर बनाए रखना मुश्किल होता है और यह बॉल नट के घूमने के सिरों पर जमा होने लगता है, जहाँ यह चिप्स और घर्षण कणों को इकट्ठा कर लेता है। पुराने ग्रीस का नए ग्रीस के साथ असंगत होना समस्या पैदा कर सकता है, इसलिए संगतता की जाँच करना महत्वपूर्ण है। भार वहन करने वाला ग्रीस असेंबली के जीवनकाल को बढ़ाने में मदद कर सकता है, लेकिन कुल भार क्षमता में कोई बदलाव नहीं होगा।