Кулькавыя гвізды: Практычны дапаможнік для фахоўцаў па прамысловай аўтаматызацыі

1. Што такое Шарыкавая вінта ? Асновы і прынцып працы

2. 5 асноўныя кампаненты сабіраўкі шарыка-вінтовай пары

• Вінтовы вал : Ротацыйнае сэрца сістэмы, з дакладна апрацаванай патокай. Большасць вырабляюцца з высокавугляроднай хромаванай падшыпніковай сталі (SUJ2) ці сплаўнай сталі (SCM440) — матэрыялы выбраныя зарады міцнасці. Пасля закалкі (цяплавай апрацоўкі) і дакладнага шліфавання вал дасягае твёрдасці HRC58-62 і шорсткасці паверхні Ra ≤ 0,2 мкм. Гэта забяспечвае гладкае руханне сталёвых шарыкаў і стойкасць да зносу, нават пры высокіх хуткасцях.
• Гайка : Дэталь, якая рухаецца па прамой, ідэальна ўпарадкаваная з валам. Яе ўнутраная патока дакладна шліфуецца, каб дакладна адпавядаць жалабу вала, і мае мацавання для прымацоўвання да лінейных кампанентаў (напрыклад, да станаўнай прыстасавання станка). Выкарыстанне таго ж матэрыялу, што вал, забяспечвае ўзаемную сумяшчальнасць і роўны знос.
• Сталёвыя шарыкі : Дробныя кампаненты, якія паменшуюць трэнне. Вырабленыя з высокаточнай падшыпніковай сталі класу G10-G3 (з дакладнасцю дыяметра толькі ±0,001 мм), іх памер і колькасць непасрэдна ўплываюць на велічыню нагрузкі, якую можа вытрымаць шарыкавы вінт (грузуўтрыманне), і яго жорсткасць. Можна разглядаць іх як "валкі", якія забяспечваюць эфектыўнасць усёй сістэмы.
• Сістэма цыркуляцыі (Прылада вяртання) : "Рэгуляроўшчык" для сталёвых шарыкаў. Ён накіроўвае шарыкі назад да пачатку бегавой дарожкі, каб рух не спыняўся. Існуюе два асноўныя тыпы — унутраная і знешняя цыркуляцыя (мы разгледзім іх далей). Добрая сістэма цыркуляцыі забяспечвае нізкі ўзровень шуму і гладкі рух.
• Устрояванне для запакавання : Ахоўнік. Усталёўваецца на канцах і зовні барвінка, шчыткі не пускаюць пыл, ашчуркі металу і рэзальную вадкасць у бегавую дарожку — і захоўваюць змашчанне ўнутры. Агульныя тыпы ўключаюць кантактныя шчыткі (галумак ці фетр) для пыльных асяродкаў і бязкантактныя лабірынтныя шчыткі для высакахуткіх прыкладанняў. Выбар падыходнага шчытка з'яўляецца ключом да доўгага тэрміну службы.

3. Асноўныя тыпы Валкі шарыкаў : Як выбраць патрэбны варыянт

3.1 Па спосабе цыркуляцыі шарыкаў (унутраны і знешні)

• Шарыкавыя гайкі з унутранай цыркуляцыяй : Шарыкі рухаюцца ўнутры гайкі праз убудаваны зваротны канал. Перавагі: кампактная канструкцыя (ідэальна для абмежаваных прастораў), бесшумная праца (да 60 дБ) і магчымасць высокіх хуткасцей (да 3000 абр./хв.). Ідэальны варыянт для высокіх дакладнасцей, напрыклад, для цэнтраў ЧПУ і абсталявання для фасоўкі паўправаднікоў. Недахопы: складанейшае вырабніцтва, таму кошт крыху вышэй.
• Шарыкавыя гайкі са знешняй цыркуляцыяй : Кулькі рухаюцца па звароце знешнею крочкі ці напрамную жалабком. Перавагі: проста ў вырабе (нявысокая кошт), лёгка абслугоўваецца, і можна дадаць некалькі кантуроў для павелічэння грузапад'ёмнасці. Недахопы: вялікі памер гайкі, больш шумовая праца і нізкая максімальная хуткасць (≤ 2000 абаротаў у хвіліну). Ідэальна падыходзіць для агульнай аўтаматызаванай тэхнікі і цяжкага абсталявання, дзе дакладнасць не з'яўляецца найвышэйшым прыярытэтам.

3.2 Па класе дакладнасці (Што азначаюць C1-C16?)

• Высокая дакладнасць (C1-C5) : Вельмі малая памылка ходу (да ≤ 0,003 мм/300 мм для класу C1). Выкарыстоўваецца ў прыкладаннях, дзе важны кожны мікрон — напрыклад, у машынах для фасоўкі паўправаднікоў і пазіцыянерных этапах аптычных прыбораў. Гэта высокая катэгорыя для працы, дзе важна дакладнасць.
• Сярэдняя дакладнасць (C7-C10) : Найпапулярны клас для прамысловага выкарыстання. Пашыбка хаду вагае ад 0.025 мм/300 мм (C7) да 0.050 мм/300 мм (C10). Ён забяспечвае баланс паміж дакладнасцю і коштам, што робіць яго ідэальным для агульных інструмальных машын з ЧПК, робатызаўных рук і лінейных модуляў. Калі вы не ўпэўнены, які клас выбраць, гэта бяспечны выбар.
• Агульная дакладнасць (C16) : Пашыбка хаду да ≤ 0.100 мм/300 мм. Вырабляецца праз валкоўку (хутка і танна), гэтыя вырабы прызначаны для нізкадакладных прыкладанняў, напрыклад аўтаматычныя дзверы, прастыя трансёрнікі ці любыя сістэмы, дзе дакладнае пазіцыяванне не з'яўляецца крытычным. Яны з'яўляюцца коштэфектыўным выбарам для асноўнага кантролю руху.

3.3 Па тыпу ўстаноўкі (Замацаваны-Замацаваны, Замацаваны-Свабодны, Замацаваны-Падтрыманы)

• Замацаваны-Замацаваны : Абодва канцы зацягнуты ўарырнікамі з кутам кантакту. Перавагі: Найвышia жорсткасць, здольны вытрымаць вялікія падвойныя нагрузкі і забяспечыць высокую крытычную хуткасць (без рэзонансу). Ідэальны для доўгіх хадоў, высохі хуткасці, напрыклад у вялікіх інструмальных шляху з ЧПУ ці прамысловыя робаты. Недахукі: Патрабуе дакладнай ўстаноўкі, каб пазбегнуць праблем з цеплавым расшырэннем.
• Зацягнуты-Свабодны : Адзін канец зацягнуты, іншы свабодны (без падшыпніка). Перавагі: Вельмі лёгка ўсталёўваецца, і свабодны канец кампенсуе цеплавае расшырэнне (калі гвинт награваецца і пашыраецца). Недахукі: Нізкая жорсткасць, абмежаваная нагрузкапрыдатнасць. Найлепш падыходзіць для кароткіх хадоў, нізкай хуткасці, напрыклад у малых электронных прыладах ці лёгкіх лінейных слайдах.
• Зацягнуты-Падтрымлівы : Адзін канец зацягнуты, іншы падтрымліваецца шарыкападшыпнікам з глыбокай жалабой. Перавагі: Забяспечвае баланс паміж жорсткасцю і лёгкасцю ўстаноўкі. Можа вытрымаць памярнае падвойнае нагрузкі і хады. Недахукі: Не так жорсткі, як зацягнуты-зацягнуты. Ідэальны для сярэдніх хадоў і сярэдняй хуткасці ў аўтаматацыі — напрыклад, робаты пік-енд-плэйс ці ўпакоўчнае абсталяванне.

4. Асноўныя тэхнічныя паказчыкі для ацэнкі шарыкавых вінтоў

• Ход (P) : Адлегласць, якую праходзіць гайка пры адным поўным абароце вінта (вымяраецца ў мм). Падача вызначае дзве ключавыя рэчы: хуткасць (лінейная хуткасць = падача × хуткасць абароту) і дакладнасць пазіцыянавання. Выкарыстоўвайце малыя падачы (≤ 5 мм) для дакладнага пазіцыянавання (напрыклад, у аптычным абсталяванні) і вялікія падачы (≥ 20 мм) для высокахуткасных прыкладанняў (напрыклад, у ўпакавальных лініях).
• Аксіяльная грузапад'ёмнасць : Максімальная павуковая сіла (у ньютнах, Н), якую можа вытрымаць шарыкавы вінт без пашкоджання. Яна вызначаецца памерам і колькасцю сталёвых шарыкаў, а таксама формай бегавой дарожкі. Перагрузка шарыкавага вінта прывядзе да прагрэсіўнага зносу і зніжэння дакладнасці — таму заўсёды выбирайце вінт з грузапад'ёмнасцю, якая перавышае патрэбы вашай сістэмы.
• Цягкісць : Насколькі шарыкавы гвінд супрацьстаяць дэфармацыі пад нагрузкай. Асёвая жорсткасць найбольш важная для дакладнасці пазіцыянавання — калі гвінд згінаецца або разягаецца пад нагрузкай, ваша пазіцыянаванне будзе парушанае. Павялічце жорсткасць, выбраўшы большы дыяметры гвінда, выкарыстаўшы ўстаноўку «запарыць-запарыць» ці дадаўшы праднатяг (мы разгледзім праднатяг пазней).
• Крытычная хуткасць : Максімальная хуткасць (у абаротах у хвіліну), з якой гвінд можа круціцца без рэзанансу (моцнага трусення). Калі вы перавысіце гэтую хуткасць, гвінд будзе вібрацыйны, што знішчыць дакладнасць і магчыма пашкодзіць сістэму. Крытычная хуткасць залежыць ад дыяметра, даўжыні гвінда і тыпу ўстаноўкі — доўгія, тонкія гвінды маюць меншыя крытычныя хуткасці.
• Эфектыўнасць перадачы : Суадносіны выхадной магутнасці да ўваходнай магутнасці. Шарыкавыя гвінды надзвычай эфектыўныя — 90–98%, параўнальна з 30–50% для плоскіх гвіндоў. Высокая эфектыўнасць азначае менш энергетычных страт, што памяншае нагрузку на рухавік і эканоміць энергію.

5. Паэтапны дапаможнік па выбару патрэбнага Шарыкавая вінта

1. Удакладніце патрабаванні да прымянення : Пачніце з запісу асноўных патрэб: Якая трэба дакладнасць пазіцыянавання? Колькі нагрузкі будзе вытрымліваць шарыкавы гвинт? Якая максімальная хуткасць? Якой даўжыні ход? Адказы на гэтыя пытанні звузяць вашы варыянты (напрыклад, высокая дакладнасць = ступень C1-C5; цяжкая нагрузкі = большы дыяметр гвинта).
2. Абярыце рэжым цыркуляцыі : Выбірайце ўнутраную цыркуляцыю, калі вам патрэбны высокая хуткасць, нізкі ўзровень шуму ці кампактная канструкцыя (напрыклад, ЦНК-вобшчынныя цэнтры). Выберыце знешнюю цыркуляцыю, калі вы абмежаваны ў бюджэце, патрэбны лёгкі тэхнічны абслугоўванне ці ёсць месца для вялікай гайкі (напрыклад, агульнае аўтаматызаванае абсталяванне).
3. Падбярыце клас дакладнасці : Ультра-дыяльнасць (C1-C5) для паўправаднікоў, аптыкі ці медыцынскага абсталявання. Сярэдняя дакладнасць (C7-C10) для большасці станкоў з ЧПУ, робатаў і лінейных модуляў. Агульная дакладнасць (C16) для нізкакоштавых і нізкадакладных задач, такіх як аўтаматычныя дзверы ці транспартары.
4. Улічвайце ўмовы працы : Калі ваша сістэма знаходзіцца ў пыльнай, вільготнай або карозійнай асяроддзі (напрыклад, у майстэрні па апрацоўцы металаў), выберыце шарыкавыя вінты з паляпшанымі ўщыльненнемі і антыкарозійнай апрацоўкай (нікеляванне ці храмаванне). Для высокатэмпературных умоў (напрыклад, побач з печамі) выкарыстоўвайце матэрыялы і мацнейкі, стойкія да высокіх тэмператур.
5. Вырашыце пытанне праднатягу : Праднатяг выдаляе люфт (люфт) паміж вінтам і гайкай, павялічваючы жорсткасць і дакладнасць пазіцыянавання. Выкарыстоўвайце шарыкавыя вінты з праднатягам (здвоеныя гайкі, зрушаныя або з праднатягам па ходу) для прымяненняў, такіх як апрацоўка на станках з ЧПУ ці 3D-друк. Прапусціце праднатяг для агульных задач, каб захаваць кошт — шарыкавыя вінты без праднатягу дастатковыя для большасці простых сістэм кіравання рухам.

6. Парарады па тэхнічнаму абслугоўванні для падаўжэння тэрміну службы шарыкавага вінта

• Рэгулярнае змашчэнне : Смазка памяншае трэнне і знос. Выкарыстоўвайце машыннае алей для высокахуткасных прыкладанняў (ён лепш цячэ на высокіх хуткасцях) і мацтку для нізкахуткасных, цяжканагружаных задач (яна доўжэй застаецца на месцы). Наносіце паўторна кожныя 200–500 гадзін працы — усталюйце нагадванне, каб не прапусціць гэты важны этап.
• Трымайце ў чыстасці і герметычнасці : Рэгулярна правярайце ўщыльненні на наяўнасць пашкоджанняў — замяняйце іх, калі яны потрэсканыя або зношаныя. Перыядычна пратірайце вал і гайку, каб выдаліць пыл і бруд. У жорсткіх умовах (напрыклад, пры апрацоўцы драўніны ці металу) дадайце тэлескопічны абарончы кантейнер, каб не дапусціць забруджвання.
• Рэгулярна правярайце дакладнасць : Выкарыстоўвайце індыкатар з кругавым шкалам (для асноўных праверак) ці лазерны інтэрферометр (для дакладных вымярэнняў), каб праверыць дакладнасць пазіцыянавання і памылку ходу. Калі заўважыце зніжэнне дакладнасці — напрыклад, калі дэталі выходзяць за межы талеранса — час адрамантаваць ці замяніць шарыкавы гвинт.
• Уникайце перагрузкі і павышанай хуткасці : Дотрымлівайцеся нарматыўнай нагрузкі і хуткасці шарыковага гвинта. Перагрузка можа выгнуць гвинт ці пашкодзіць бегавую дарожку; павышаная хуткасць выклікае рэзананс і вібрацыю. Калі вашай сістэме трэба больш магутнасці, абнавіцеся да большага шарыковага гвинта — не перасільвайце меншы па яго магчымасцях.