מערכות החזרת כדורים, בחירת בורגי כדורים ושימון בורגי כדורים.

ציון בורג הכדורים המתאים ליישום נתון יבטיח דיוק, חזרתיות ואורך חיים של המכונה תוך מזעור עלות הבעלות הכוללת.

הנעת בורג כדורים מתרגמת תנועה סיבובית לתנועה ליניארית או להיפך, ויכולה להפעיל או לעמוד בעומסי דחף גבוהים - עד 750,000 ליברות קיבולת סטטית באמצעות מכלול בורג כדורים בקוטר Ø6.000 אינץ' - עם יעילות העולה בדרך כלל על 90%. בורגי כדורים מסייעים בהנחיית, תמיכה, איתור והזזה מדויקת של רכיבים ומוצרים במגוון יישומי אוטומציה.

הנעת בורג כדורי מורכבת מבורג כדורי ואום כדורי עם מיסבי חיכוך חוזרים. הממשק בין הבורג לאום נוצר על ידי מיסבי כדורים המתגלגלים בצורות תואמות בבורג הכדורי ובאום הכדורי. העומס על בורג הכדורי מחולק על פני מספר רב של מיסבי כדורים כך שכל כדור נתון לעומס נמוך יחסית. בשל רכיבי הגלגול שלו, להנעת בורג הכדורי מקדם חיכוך נמוך מאוד, מה שמוביל ליעילות מכנית גבוהה.

ההבדל העיקרי בין ברגי כדור לברגים מובילים הוא השימוש במיסבים כדוריים מחזוריים בבורג הכדור כדי למזער חיכוך ולמקסם את היעילות. ברגי כדור יקרים יותר מברגי מובילים, אך יכולתם לשאת עומסים גבוהים, להשיג מהירויות גבוהות ולספק אורך חיים צפוי הופכת אותם לשווים את העלות הנוספת שלהם עבור יישומים רבים.

הנעות של ברגי כדור בדרך כלל מספקות יעילות מכנית של יותר מ-90%, כך שעלותן מתקזזת לעתים קרובות על ידי דרישות הספק מופחתות. קיבולת העומס המוגברת, אורך החיים הארוך יותר והאמינות הצפויה של ברגי כדור הם יתרונות על פני ברגי מוביל.

חזרתיות ודיוק

דיוק הוא מדד למידת הקרבה של מערכת תנועה למיקום פקודה, והוא מוגדר כשגיאה המקסימלית בין המיקום הצפוי למיקום בפועל. חזרתיות מוגדרת כיכולתה של מערכת מיקום לחזור למיקום במהלך פעולה. הנעות של בורגי כדור מספקות חזרתיות מצוינת (החופש ההפוך תלוי בקוטר מיסב הכדור, אך בדרך כלל נע בין 0.005 ל-0.015 אינץ') ודיוק (±0.004 אינץ'/רגל עבור בורגי כדור מדויקים ו-±0.0005 אינץ'/רגל עבור בורגי כדור המסומנים כ-precision-plus).

דיוק העופרת הוא המדד הנפוץ ביותר לדיוק בורג הכדורים. העופרת מתייחסת למרחק שאום כדור שאינו מסתובב ינוע בסיבוב אחד של 360 מעלות של הבורג. דיוק העופרת נמדד כשינוי המהלך המותר (מיקום בפועל לעומת מיקום תיאורטי) לכל רגל או לכל 300 מ"מ. ברגי כדורים מוצעים בדרגות Precision Plus ו-Transport, כאשר דרגת Precision Plus שולטת בקפדנות בהצטברות שגיאת העופרת לאורך אורך המהלך המלא.

מרווח תנועה הוא התנועה החופשית בין האום לבורג, וניתן למדוד אותו בצורה צירית ורדיאלית. הדרך הטובה ביותר למדוד מרווח תנועה צירי היא לאבטח את הבורג מפני תנועה ולדחוף ולמשוך את אום הכדור בצורה צירית תוך מדידת תנועתו באמצעות מחוון חוגה. ניתן למדוד מרווח תנועה גם על ידי הצבת מחוון חוגה על אום הכדור במערכת והנעתו אינץ' אחד קדימה ואחורה למיקום המקורי. השינוי מאפס הוא מרווח התנועה. חזרתיות היא פשוט הערך הכמותי של מרווח התנועה של בורג כדורי.

לאום כדורי שאינו טעון מראש יש מרווחים פנימיים בין רכיבים, כלומר קיים מרווח אחורי. לאום כדורי טעון מראש אין מרווח צירי ולכן מבטל מרווח אחורי וכתוצאה מכך מגביר את הנוקשות. העומס המקדים גם מגביר את המומנט הנדרש לסיבוב הבורג ונמדד באחוז העומס המקדים מהקיבולת הדינמית (לאום כדורי עם קיבולת דינמית של 1500 ליברות ודירוג עומס מקדים של 10% יש עומס מקדים פנימי של 150 ליברות). ברגי כדורי עם הברגה מדויקת משמשים בדרך כלל ללא עומס מקדים. טעינה מוקדמת של בורג כדורי משפרת את יכולת החזרה על ידי הסרת מרווח אחורי, אך אינה משפיעה על הדיוק.

אומי כדור טעונים מראש זמינים בברגי Precision Plus ובמוצרי ברגים מדויקים נבחרים. עלותם גבוהה יותר מאשר אומים שאינם טעונים מראש עקב מורכבות, עיבוד שבבי נוסף, הרכבה ואימות/מדידה. ניתן לטעון מראש מכלולי ברגי כדור עם תצורות של אום כפול או יחיד. ישנם שלושה סוגים עיקריים של טעינה מראש - כדור גדול במיוחד עם אום יחיד (מגע 4 נקודות), עופרת דילוג על אום יחיד (מגע 2 נקודות) ואום כפול (מגע 2 נקודות). טעינה מראש של אום יחיד שומרת על גודל החבילה הקטן ביותר תוך שמירה על קיבולת עומס מלאה. לאומי כדור עם עופרת דילוג יש חצי קיבולת מאשר לאומים בודדים בגודל דומה, מכיוון שרק מחצית ממסבי הכדור נטענים בכל כיוון. מכלולי טעינה מראש של אום כפול יש את אותה קיבולת עומס כמו אום יחיד, מכיוון שרק אום כדור אחד נטען בכל כיוון.

ישנן שיטות רבות לייצור ברגי כדורים, אם כי הן מסווגות בדרך כלל לשתי קטגוריות - מדויק ודיוק פלוס. קו הגלגל של ברגי כדורים בעלי הברגה מדויקת נוצר על ידי תהליך גלגול קר. האום מעובד כך שיתאים ליכולת ביצועי הבורג. גישה זו מספקת דיוק בינוני, בסדר גודל של ±0.004 אינץ'/רגל בברגי סדרת אינץ' להובלה. הבורג והאום של ברגי כדורים בעלי הברגה מדויקת פלוס מיוצרים על ידי השחזה מדויקת. ברגי כדורים בעלי הברגה מדויקת פלוס מציעים דיוק גבוה בהרבה של ±0.0005 אינץ'/רגל בברגי סדרת אינץ' מדויקת פלוס. עלות ברגי כדורים בעלי הברגה מדויקת פלוס גבוהה יותר מברגים מדויקים עקב זמן עיבוד ארוך יותר.

מערכות החזרת כדורים

שלושה סוגים שונים של מערכות החזרת כדורים נמצאים בשימוש נפוץ. צינורות החזרה חיצוניים, המשמשים בדרך כלל בברגים בעלי עומק אינץ', הם חסכוניים וקלים להתקנה, תחזוקה ותיקון. מערכות החזרה עם כפתור פנימי משמשות בדרך כלל בברגים בעלי עומק נמוך. הן קומפקטיות, ללא בליטות רדיאליות חיצוניות המסבכות את ההרכבה ומציעות פחות רעש ורעידות מאשר מערכות החזרה חיצוניות. מערכות החזרה עם כפתור פנימי משמשות לעתים קרובות במכלולים בעלי מגע 4 נקודות, אום יחיד וטעינה מוקדמת. מערכות החזרה עם כיפה פנימית בקצה משמשות בדרך כלל בברגים בעלי עומק גבוה. הן קומפקטיות ללא בליטות רדיאליות חיצוניות המסבכות את ההרכבה. הרעש והרעידות שלהן נמוכים גם בהשוואה למערכות החזרה חיצוניות.

בחירת בורג כדורי

מכלול בורג הכדורים המספק את קיבולת העומס ואורך החיים הנדרשים עבור יישום ספציפי נבחרים בצורה הטובה ביותר באמצעות תהליך איטרטיבי. עומס התכנון, כיוון המערכת, אורך התנועה, אורך החיים הנדרש והמהירות הנדרשת משמשים לקביעת הקוטר והמוביל של מכלול בורג הכדורים. לאחר מכן נבחרים רכיבים בודדים של בורג הכדורים על סמך דרישות דיוק וחזרתיות, אילוצי ממדים, תצורת הרכבה, דרישות הספק זמינות ותנאי סביבה.

התחילו בקביעת דיוק המיקום וחזרתיות הנדרשים מהיישום. ברגי כדורים בגודל אינץ' מיוצרים בשתי דרגות עיקריות - Transport ו-Precision Plus. ברגי כדורים בדרגת Transport משמשים ביישומים הדורשים תנועה גסה בלבד או כאלה המשתמשים במשוב ליניארי למיקום מיקום. ברגי כדורים בדרגת Precision Plus משמשים כאשר מיקום מדויק וחזרתי הוא קריטי. ברגים בדרגת Transport מאפשרים שונות מצטברת גדולה יותר לאורך השימושי של הבורג. ברגים בדרגת Precision Plus מכילים הצטברות של שגיאת עופרת למיקום מדויק לאורך כל השימושי של הבורג.

קבע כיצד יורכב מכלול בורג הכדור במכונה. תצורת תומכי הקצה ומרחק התנועה יכתיבו את מגבלות העומס והמהירות של בורג הכדור.

בורג כדורי במתיחה יכול להתמודד עם עומסים עד לקיבולת המדורגת של האום. עבור אום כדורי בלחץ, השתמש בטבלת עומסי דחיסה הזמינה מהיצרן כדי לבחור קוטר בורג כדורי העונה על עומס התכנון או עולה עליו. כל הברגים עם עקומות שעוברות דרך הנקודה המצוירת או מעליה ומימין לה, לדוגמה, מתאימים ליישום לדוגמה הבא. עומסי הדחיסה המתאימים המוצגים בגרף זה אינם צריכים לחרוג מקיבולת העומס הסטטי המרבית כפי שניתנה בטבלת הדירוג עבור מכלול אום הכדורי הבודד. לפיכך, באורך של 2159 מ"מ (85 אינץ'), עומס מערכת של 133,500 ניוטון (30,000 ליברות) ועם קיבוע קצה של קצה אחד קבוע והקצה השני נתמך - הבחירה המינימלית היא מכלול בורג כדורי בגודל 1.750 x 0.200 בדיוק פלוס אינץ'.

חשב את המוליך של בורג הכדור שייצר את המהירות הנדרשת באמצעות הנוסחה הבאה.

עופרת (אינץ') = קצב נסיעה (אינץ' דקות-1)/סל"ד

קביעת תוחלת חיים של יישום

ניתן לחשב את אורך חיי המכלול באמצעות דירוג העומס הדינמי שצוין עבור כל אום כדורי. כל אומי הכדור עם עקומות שעוברות דרך הנקודה המצוינת או מעליה מתאימים לדוגמה. תוחלת החיים המתאימה המוצגת בגרף זה אינה צריכה לחרוג מקיבולת העומס הסטטי המרבית כפי שניתנה בטבלת הדירוגים עבור מכלול אום הכדור הבודד. בדוגמה זו, תוחלת החיים הרצויה ליישום (מהלך כולל) היא 50.8 מיליון מ"מ (2 מיליון אינץ'). לאחר מכן, עומס ההפעלה הרגיל המרבי הוא 44,500 ניוטון (10,000 ליברות).

קביעת מהירות קריטית של בורג

מהירות בורג קריטית היא המצב שבו מהירות הסיבוב של המכלול יוצרת תנודות הרמוניות. המהירות הקריטית תלויה בקוטר שורש הבורג, באורך הלא נתמך ובתצורת תמיכת הקצה. ברוב טבלאות היצרנים, כל הברגים עם עקומות שעוברות דרך הנקודה המצוירת או מעליה ומימין לה מתאימים לדוגמה הבאה. ארבעת רישומי קיבוע הקצה מראים את תצורות המיסבים לתמיכה בציר מסתובב, והטבלה מציגה את השפעת תנאים אלה על מהירות הציר הקריטית עבור אורך הבורג הלא נתמך. המהירויות המקובלות המוצגות בגרף זה חלות על ציר הבורג שנבחר, ואינן מעידות על המהירויות הניתנות להשגה של כל מכלולי אום הכדור הקשורים.

אם חישובי העומס, אורך החיים והמהירות מאשרים כי מכלול בורג הכדורים שנבחר עומד בדרישות התכנון או עולה עליהן, המשך לשלב הבא. אם לא, ברגים בקוטר גדול יותר יגדילו את קיבולת העומס ויגדילו את דירוג המהירות. מוליכים קטנים יותר יקטיצו את המהירות הליניארית (בהנחה שמהירות מנוע קלט קבועה), יגדילו את מהירות המנוע (בהנחה שמהירות ליניארית קבועה) ויקטינו את מומנט הקלט הנדרש. מוליכים גבוהים יותר יגדילו את המהירות הליניארית (בהנחה שמהירות מנוע קלט קבועה), יקטיצו את מהירות מנוע הקלט (בהנחה שמהירות ליניארית קבועה) ויגדילו את מומנט הקלט הנדרש.

קבע כיצד אום הכדור יתחבר ליישום. אוגן אום כדור הוא השיטה האופיינית לחיבור אום הכדור לעומס. אומי כדור הברגה ואומי כדור גליליים הם דרכים חלופיות לספק את הממשק.

אומי כדור טעונים מראש יבטלו את שחרור התנועה של המערכת ויגדילו את הנוקשות. ערכות מגב מגנות על המכלול מפני מזהמים ומכילות חומר סיכה. תומכי מיסבים ועיבוד שבבי בקצוות זמינים גם עבור רוב ברגי הכדור.

יש לטפל בזהירות בבורגי כדורים לפני ההתקנה הנכונה. זעזועים במיסבי הכדורים עלולים לפגוע במסלולי המיסב באמצעות התכה או סדקים. עומסים גבוהים או כיפוף של הבורג עלולים להוביל לכיפוף. חשוב לשמור על המכלול ארוז, משומן ולאחסן אותו במקום נקי ויבש מכיוון שפסולת וזיהום עלולים לחסום את מסילות הסירקולציה, ולחות גבוהה או גשם עלולים לגרום לקורוזיה.

הרכבת המערכת היא שיקול חשוב נוסף. יש להעמיס את אום הכדור בצורה צירית בלבד, מכיוון שכל עומס רדיאלי מפחית משמעותית את ביצועי המכלול. יש ליישר את המכלול כראוי גם עם מערכת ההינע, תומכי המיסבים והעומס כדי להשיג ביצועים ואורך חיים אופטימליים.

שימון בורג כדורי

אין להפעיל את מכלול בורג הכדור ללא שימון מתאים. חומרי סיכה שומרים על יתרון החיכוך הנמוך של מכלולי בורג הכדור על ידי מזעור התנגדות הגלגול בין הכדורים לחריצים וחיכוך ההחלקה בין כדורים סמוכים.

ניתן למרוח שמן בקצב זרימה מבוקר ישירות לנקודת הצורך, והוא ינקה מזהמים כשהוא זורם דרך אום הכדור. הוא יכול גם לספק קירור. מצד שני, יש צורך במשאבה ובמערכת מדידה כדי למרוח שמן כראוי, מכיוון שלשמן יש גם פוטנציאל לזהם נוזלי תהליך.

גריז זול יותר ודורש שימוש בתדירות נמוכה יותר משמן, והוא אינו מזהם נוזלי תהליך. מצד שני, קשה לשמור גריז בתוך אום הכדור ויש לו נטייה להצטבר בקצוות מהלך אום הכדור, שם הוא צובר שבבים וחלקיקים שוחקים. חוסר התאמה של גריז ישן עם גריז לשימון חוזר יכול ליצור בעיה, לכן חשוב לבדוק תאימות. גריז נושא עומס יכול לסייע בהארכת חיי המכלול, אך דירוג העומס הכולל לא ישתנה.