A coppia di viti a ricircolo di sfereconverte il movimento rotatorio in movimento lineare controllato attraverso il contatto volvente tra l'albero della vite, le sfere in acciaio e la chiocciola. Le sue prestazioni non sono determinate solo dalla vite. La geometria delle piste, la circolazione delle sfere, il precarico, la precisione del passo, la disposizione dei supporti, la lubrificazione e l'allineamento dell'installazione lavorano insieme come un unico sistema di trasmissione.
Queste tecnologie determinano se un asse della macchina può raggiungere ripetutamente la posizione richiesta, invertire la direzione senza un'eccessiva perdita di movimento e funzionare alla velocità prevista senza vibrazioni o surriscaldamento. Questo è il motivo per cui due viti a ricircolo di sfere con lo stesso diametro nominale e passo possono comportarsi in modo molto diverso nelle apparecchiature reali.
Comprendere le tecnologie chiave di una coppia di viti a ricircolo di sfere aiuta gli ingegneri a specificare l'assemblaggio in base ai requisiti di carico, corsa, velocità e posizionamento invece di selezionarlo solo in base al numero di modello.
Componenti della coppia di viti a ricircolo di sfere
Una coppia completa di viti a sfere normalmente contiene un albero della vite, una chiocciola, sfere in acciaio, un sistema di ritorno delle sfere e guarnizioni o raschiatori. Nell'asse della macchina funziona anche con cuscinetti di supporto, un collegamento al motore e un sistema di lubrificazione.
| Componente | Funzione principale | Effetto sulle prestazioni |
|---|---|---|
| Albero a vite | Fornisce la pista elicoidale e trasmette il movimento rotatorio | Influisce sulla precisione dell'elettrocatetere, sulla capacità di carico, sulla velocità critica e sulla resistenza della colonna |
| Dado a sfera | Contiene la pista di rotolamento corrispondente e trasferisce il carico assiale | Influisce sulla rigidità, sul metodo di montaggio e sullo spazio disponibile |
| Sfere d'acciaio | Rotolare tra l'albero e le piste del dado | Influiscono sulla scorrevolezza, sulla distribuzione del carico, sul precarico e sulla durata a fatica |
| Sistema di restituzione | Ricircola le palline attraverso un percorso chiuso | Influisce sulla velocità operativa, sul rumore e sulla stabilità della circolazione |
| Tergicristalli e guarnizioni | Limita l'ingresso di contaminanti e la perdita di lubrificante | Contribuiscono a proteggere le piste e a prolungare la vita operativa |
Contatto volvente e geometria delle piste
La tecnologia centrale di una coppia di viti a sfere è la sostituzione del contatto strisciante con un contatto volvente a ricircolo. Quando la vite o il dado ruota, le sfere si muovono lungo le piste elicoidali e trasferiscono la forza tra i due componenti. Dopo aver attraversato la zona caricata, le palline ritornano al punto di partenza attraverso il sistema di circolazione.
Questo meccanismo riduce l'attrito e consente al gruppo di funzionare in modo efficiente sotto carico assiale. Tuttavia, descrivere una vite a ricircolo di sfere come avente "zero attrito" è impreciso. Il contatto volvente, le guarnizioni, lo sbattimento del lubrificante, il precarico e il ricircolo delle sfere producono resistenza e calore.
La precisione del profilo delle piste è particolarmente importante. La conformità tra sfera e scanalatura controlla l'area di contatto e la distribuzione del carico. Una geometria inadeguata o dimensioni incoerenti della sfera possono causare carico irregolare, fluttuazione della coppia, vibrazioni e affaticamento prematuro della superficie.
Tecnologia di ricircolo delle sfere
Poiché le sfere viaggiano continuamente attraverso la pista caricata, devono ritornare attraverso un percorso di circolazione chiuso. I progetti di ritorno comuni includono tubi di ritorno esterni, deflettori interni e strutture di circolazione-delle testate.
Non esiste un modello di circolazione unico che sia ottimale per ogni macchina. Un design interno compatto può essere adatto ad apparecchiature con spazio di installazione limitato, mentre un'altra struttura può essere selezionata per particolari requisiti di cavo, velocità o carico. Le transizioni tra la pista caricata e il percorso di ritorno devono consentire alle palline di entrare e uscire senza intoppi.
A velocità di rotazione più elevate, un ricircolo instabile può aumentare gli urti, le vibrazioni, la temperatura e il rumore. Pertanto, le prestazioni ad alta-velocità non dipendono solo dal passo della vite. Richiede inoltre un'adeguata geometria del percorso di ritorno, spaziatura delle sfere, lubrificazione e precisione di installazione.
Precisione e posizionamento dei lead
La corsa lineare teorica per un giro della vite è pari al passo nominale. La corsa effettiva differisce leggermente a causa dell'errore del passo. La precisione della vite a ricircolo di sfere descrive la variazione consentita di questo movimento effettivo su una lunghezza di corsa specificata.
Le prestazioni di posizionamento non dovrebbero essere giudicate solo in base al grado di precisione. L'errore finale di un asse della macchina può includere anche gioco assiale, deformazione elastica, movimento del cuscinetto di supporto,-dilatazione termica, errore di accoppiamento, disallineamento di montaggio e limitazioni del sistema di feedback-.
Distinzione importante:l'accuratezza del passo descrive l'errore di corsa, il gioco descrive la perdita di movimento durante l'inversione e la ripetibilità descrive la coerenza con cui l'asse ritorna nella stessa posizione comandata. Questi termini non dovrebbero essere usati in modo intercambiabile.
Le viti a ricircolo di sfere rullate sono ampiamente utilizzate nei sistemi di posizionamento e automazione generale, mentre le viti a ricircolo di sfere rettificate vengono selezionate quando l'applicazione richiede una maggiore precisione di passo e una geometria della pista più controllata. Il voto appropriato dovrebbe basarsi sulle prestazioni dell'asse richieste piuttosto che sul presupposto che sia sempre necessario il voto più alto.
Precarico, Gioco e Rigidità
Il gioco assiale interno può produrre una perdita di movimento quando l'asse inverte la direzione. Il precarico applica una forza interna tra le sfere e le piste per ridurre il gioco e aumentare la rigidità assiale. Può essere creato selezionando la dimensione della sfera-, un design con pista sfalsata o una disposizione a doppio-dado.
Un precarico più elevato non è automaticamente migliore. L’aumento del precarico può migliorare la risposta in inversione e la rigidità, ma aumenta anche la coppia di attrito e la generazione di calore. Un precarico eccessivo può ridurre la durata a fatica, aumentare la richiesta del motore e rendere il gruppo più sensibile al disallineamento.
Il precarico corretto dipende dal carico assiale esterno, dalla rigidità richiesta, dal ciclo di lavoro, dall'accelerazione, dalla velocità operativa e dalla precisione di installazione. Le applicazioni con requisiti di posizionamento modesti potrebbero non richiedere lo stesso precarico di un asse di avanzamento utensile di una macchina-di precisione.
Capacità di carico e durata a fatica
La capacità di carico della vite a ricircolo di sfere è influenzata dal diametro delle sfere, dalla geometria della pista, dal numero di sfere caricate, dal numero di circuiti di circolazione e dalle condizioni del materiale. I cataloghi normalmente forniscono un coefficiente di carico dinamico di base per i calcoli della durata a fatica-e un coefficiente di carico statico di base per il controllo della deformazione permanente sotto carichi elevati o stazionari.
La vita operativa effettiva è fortemente influenzata dal carico assiale equivalente. Carichi d'urto, allineamento inadeguato e contaminazione possono rendere il carico reale sulle singole sfere molto più elevato di quanto suggerito dalla spinta nominale della macchina. Poiché la durata a fatica calcolata cambia bruscamente con il carico, una stima del carico errata può produrre un risultato di durata di servizio non realistico.
La selezione dovrebbe quindi considerare il carico normale, il carico di picco, la forza di accelerazione, il ciclo di lavoro e l'orientamento operativo. Un asse verticale può anche richiedere un freno o un contrappeso perché l'elevata efficienza di una vite a ricircolo di sfere può consentire la retromarcia-quando viene rimossa la coppia motrice.
Velocità e velocità critica
Un passo più grande produce una corsa più lineare per giro, consentendo di raggiungere una velocità di avanzamento target a una velocità di rotazione inferiore. Tuttavia, il piombo influisce anche sulla coppia motrice richiesta, sulla risoluzione meccanica disponibile e sul design della chiocciola.
Per una vite rotante, la velocità massima può essere limitata dal sistema di circolazione delle sfere e dalla velocità critica dell'albero. La velocità critica è la velocità di rotazione alla quale la vite si avvicina a una risonanza flettente e inizia a sferzare o vibrare. È influenzato principalmente dal diametro della radice della vite, dalla lunghezza non supportata e dalla disposizione del supporto-dell'estremità.
Una vite lunga e sottile generalmente raggiunge il limite di velocità prima di una vite corta e di diametro maggiore. Aumentando il diametro della radice, riducendo la lunghezza non supportata o utilizzando una disposizione di supporto più rigida è possibile aumentare la velocità operativa consentita. Il progetto dovrebbe mantenere un margine adeguato al di sotto del limite calcolato anziché funzionare continuamente in risonanza.
Controllo termico e lubrificazione
Il calore modifica la lunghezza dell'albero della vite e può creare una deriva di posizionamento anche quando la precisione del passo originale è elevata. Il calore può provenire dal precarico, dai cuscinetti di supporto, dalle guarnizioni, da cicli rapidi e da una lubrificazione insufficiente o eccessiva.
Il grasso viene comunemente utilizzato laddove si preferisce una soluzione di manutenzione semplice, mentre la lubrificazione a olio può essere adottata in sistemi centralizzati o a velocità più elevata. Il tipo di lubrificante, la viscosità e l'intervallo di rifornimento devono corrispondere alla velocità operativa, al carico, alla temperatura e all'ambiente circostante.
Le apparecchiature di precisione possono anche utilizzare il monitoraggio della temperatura, il riscaldamento controllato-, la compensazione termica, la pretensione dell'albero o misure di raffreddamento. Questi metodi affrontano il comportamento termico a livello di sistema anziché fare affidamento solo su un grado di precisione più elevato della vite a ricircolo di sfere.
Supporto e installazione
La coppia di viti a ricircolo di sfere non funziona indipendentemente dalla struttura di montaggio. I cuscinetti di supporto posizionano la vite assialmente e radialmente, mentre il giunto la collega al motore. Le modalità di supporto comuni includono configurazioni fisso-libero, fisso-supportato e fisso-fisso.
Il disallineamento dell'installazione può creare carichi laterali che la vite a ricircolo di sfere non è stata progettata per sopportare. Ciò potrebbe causare una coppia anomala, un'usura irregolare e una temperatura eccessiva. L'albero della vite, l'alloggiamento della chiocciola, i cuscinetti di supporto e il sistema di guida lineare devono condividere il corretto allineamento.
Anche la lavorazione finale deve corrispondere ai supporti dei cuscinetti selezionati e al collegamento del motore. Le viti a sfere DLY possono essere fornite con lavorazione finale-specifica per l'applicazione e abbinateunità di supporto per viti a ricircolo di sfereper l'integrazione nella struttura della macchina.
Parametri chiave per la selezione
| Parametro | Perché è importante | Informazioni da confermare |
|---|---|---|
| Diametro della vite | Influisce sulla capacità di carico, sulla rigidità, sulla resistenza all'instabilità e sulla velocità critica | Carico assiale, lunghezza totale e distanza tra i supporti |
| Guida | Influisce sulla velocità lineare, sul numero di giri del motore, sulla coppia e sulla risoluzione | Velocità target, accelerazione e caratteristiche del motore |
| Grado di precisione | Controlla la variazione ammissibile del passo | Tolleranza di posizionamento e corsa effettiva |
| Precarico o gioco | Influisce su gioco, rigidità, coppia e temperatura | Precisione di inversione, ciclo di lavoro e carico esterno |
| Forma di noce | Determina l'interfaccia di montaggio e la capacità di carico disponibile | Dimensioni della custodia e direzione di montaggio |
| Disposizione di supporto | Influisce sulla rigidità assiale, sulla velocità critica e sul comportamento termico | Corsa, lunghezza dell'albero, velocità e spazio di installazione |
| Ambiente operativo | Determina i requisiti di tenuta, lubrificazione e protezione | Polvere, trucioli, umidità e temperatura ambiente |
Applicazioni
Le coppie di viti a ricircolo di sfere vengono utilizzate laddove sono richiesti movimento lineare controllato, capacità di carico assiale e posizionamento ripetibile. Le applicazioni tipiche includono assi di avanzamento CNC, automazione industriale, macchinari per l'imballaggio, apparecchiature di ispezione, apparecchiature per semiconduttori, dispositivi medici e sistemi di posizionamento robotici.
Il livello tecnologico richiesto varia a seconda dell'applicazione. Un meccanismo di trasferimento generale può dare priorità al costo, alla capacità di carico e all'affidabilità, mentre un asse della macchina-utensile può porre maggiore enfasi sulla precisione del conduttore, sul precarico, sulla stabilità termica e sulla rigidità strutturale. La selezione dovrebbe iniziare dalle condizioni operative piuttosto che dal solo nome dell'applicazione.
Domande frequenti
Una coppia di viti a ricircolo di sfere è uguale a una vite a ricircolo di sfere?I termini sono spesso usati in modo intercambiabile. La "coppia di viti a ricircolo di sfere" enfatizza il gruppo albero della vite e chiocciola a ricircolo di sfere, comprese le sfere e i componenti di circolazione, piuttosto che l'albero della vite da solo.
Non tutte le viti a ricircolo di sfere sono-esenti da gioco. Il gioco assiale dipende dal design interno e dalle condizioni di assemblaggio. Un precarico adeguato può ridurre o eliminare il gioco misurabile, ma aumenta anche la coppia di attrito e il calore.
Fattori importanti includono la precisione del passo, il gioco assiale, il precarico, la deformazione elastica, la rigidità del supporto-del cuscinetto, l'espansione termica, l'allineamento del montaggio e il sistema di feedback e controllo della macchina.
Le cause più comuni includono precarico eccessivo, lubrificazione inadeguata, disallineamento, componenti di circolazione danneggiati, velocità eccessiva ed elevata resistenza della tenuta. La fonte deve essere controllata prima di cambiare il lubrificante o il precarico.
Conclusione
La tecnologia chiave di una coppia di viti a ricircolo di sfere non si limita al movimento a basso-attrito. Prestazioni affidabili derivano dall'interazione tra geometria delle piste, circolazione delle sfere, precisione, precarico, rigidità, capacità di carico, controllo della velocità, lubrificazione e struttura di montaggio.
Per la selezione, confermare il carico assiale, la corsa effettiva, la velocità target, i requisiti di precisione, il ciclo di lavoro, lo spazio di montaggio, la disposizione dei supporti e l'ambiente di lavoro. DLY è in grado di fornire soluzioni per viti a ricircolo di sfere C7 laminate e C5 rettificate, inclusa la configurazione della chiocciola, il precarico, la lavorazione delle estremità e l'abbinamento delle unità di supporto-.
Per la selezione della vite a sfere o la conferma tecnica, inviare il diametro, il passo, la corsa, il carico, la velocità, il grado di precisione e il disegno della lavorazione finale richiesti.
Riferimenti
- Viti a ricircolo di sfere ISO 3408-1 -: vocabolario e designazione.
- Viti a ricircolo di sfere ISO 3408-3 -: condizioni di accettazione e test di accettazione.
- Cataloghi tecnici e manuali tecnici dei produttori che coprono la precisione, il precarico, il coefficiente di carico e la velocità critica delle viti a ricircolo di sfere.
