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Come specificare, selezionare e applicare le viti a ricircolo di sfere lineari

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Sistemi di ritorno a sfera, selezione della vite a sfera e lubrificazione della vite a sfera.

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Specificare la vite a sfera giusta per una determinata applicazione garantirà la precisione, la ripetibilità e la durata della macchina, riducendo al minimo il costo totale di proprietà.

Una vite a ricircolo di sfere traduce il movimento rotatorio in movimento lineare o viceversa e può applicare o sopportare elevati carichi di spinta - fino a 750.000 libbre di capacità statica utilizzando un gruppo vite a ricircolo di sfere da Ø6.000 pollici - con un'efficienza tipicamente superiore al 90%. Le viti a sfera aiutano a guidare, sostenere, localizzare e spostare con precisione componenti e prodotti in una gamma di applicazioni di automazione.

Una vite a ricircolo di sfere è composta da una vite a ricircolo di sfere e da una chiocciola con cuscinetti a ricircolo di sfere. L'interfaccia tra la vite e la chiocciola è costituita da cuscinetti a sfere che rotolano nelle forme corrispondenti nella vite a sfere e nella chiocciola. Il carico sulla vite a sfere è distribuito su un gran numero di cuscinetti a sfere, in modo che ogni sfera sia sottoposta ad un carico relativamente basso. A causa dei suoi elementi volventi, la vite a sfere ha un coefficiente di attrito molto basso, che equivale ad un'alta efficienza meccanica.

La differenza fondamentale tra viti a sfere e viti a testa cilindrica è l'uso di cuscinetti a ricircolo di sfere nella vite a sfere per ridurre al minimo l'attrito e massimizzare l'efficienza. Le viti a sfere sono più costose delle viti a testa cilindrica, ma la loro capacità di sopportare carichi elevati, di raggiungere velocità elevate e di fornire una vita prevedibile le rendono molto utili per molte applicazioni.

Le viti a ricircolo di sfere forniscono tipicamente un'efficienza meccanica superiore al 90%, per cui il loro costo è spesso compensato da una riduzione dei requisiti di potenza. La maggiore capacità di carico, la maggiore durata e la prevedibile affidabilità delle viti a sfere sono vantaggi rispetto alle viti a testa cilindrica.

Ripetibilità e precisione

La precisione è una misura di quanto un sistema di movimento si avvicina ad una posizione di comando, ed è definita come l'errore massimo tra la posizione prevista e quella effettiva. La ripetibilità è definita come la capacità di un sistema di posizionamento di tornare in una posizione durante il funzionamento. Le viti a ricircolo di sfere offrono un'eccellente ripetibilità (il gioco dipende dal diametro del cuscinetto, ma tipicamente varia da 0,005 a 0,015 pollici) e precisione (±0,004 pollici per le viti a ricircolo di sfere di precisione e ±0,0005 pollici per le viti a ricircolo di sfere con etichetta precision-plus).

La precisione del piombo è la misura più comune della precisione della vite a sfera. Il piombo si riferisce alla distanza che una chiocciola a sfere non rotante può percorrere con un singolo giro di 360° della vite. La precisione dell'elettrodo è misurata come la variazione di corsa ammissibile (posizione reale rispetto alla posizione teorica) per piede o per 300 mm. Le viti a ricircolo di sfere sono offerte nei gradi di precisione plus e trasporto, con il grado di precisione plus che controlla strettamente l'accumulo dell'errore di piombo su tutta la lunghezza della corsa.

Il gioco è il libero movimento tra il dado e la vite, e può essere misurato assialmente e radialmente. Il modo migliore per misurare il gioco assiale è quello di fissare la vite dal movimento e di spingere e tirare assialmente la ghiera a sfera mentre si misura il suo movimento con un comparatore. Il gioco può essere misurato anche mettendo un comparatore sulla chiocciola nel sistema e spingendolo un pollice in avanti e indietro nella posizione originale. La variazione da zero è il gioco. La ripetibilità è semplicemente il valore quantitativo del gioco di una vite a sfera.

Una chiocciola a ricircolo di sfere non precaricata ha delle distanze interne tra i componenti, il che significa che il gioco esiste. Una chiocciola a sfere precaricata non ha gioco assiale e quindi elimina il gioco e quindi aumenta la rigidità. Il precarico aumenta anche la coppia necessaria per ruotare la vite e si misura in base alla percentuale di precarico alla capacità dinamica (una chiocciola a sfere con una capacità dinamica di 1500 libbre e un precarico del 10% ha un precarico interno di 150 libbre). Le viti a sfere con filettatura di precisione sono generalmente utilizzate senza precarico. Il precarico di una vite a sfere migliora la ripetibilità eliminando il gioco, ma non influisce sulla precisione.

Le chiocciole a ricircolo di sfere precaricate sono disponibili su viti di precisione più viti e su prodotti di precisione selezionati. Il loro costo è superiore a quello delle chiocciole non precaricate a causa della complessità, della lavorazione supplementare, dell'assemblaggio e della verifica/misurazione. Le viti a ricircolo di sfere possono essere precaricate con configurazioni a doppia o singola chiocciola. Ci sono tre tipi principali di precarico - dado singolo a sfera sovradimensionato (4 punti di contatto), dado singolo a salti (2 punti di contatto) e dado doppio (2 punti di contatto). Il precarico della chiocciola singola mantiene le dimensioni del pacchetto più piccolo mantenendo la piena capacità di carico. Le chiocciole a ricircolo di sfere hanno la metà della capacità delle chiocciole singole di dimensioni simili, poiché solo la metà dei cuscinetti a sfere sono caricati in ogni direzione. I gruppi di precarico a doppia chiocciola hanno la stessa capacità di carico di una chiocciola singola, poiché solo una chiocciola a sfere viene caricata in ogni direzione.

Ci sono molti metodi per la produzione di viti a sfera, anche se in genere sono classificati in due categorie: precisione e precisione plus. La corsa di una vite a sfera con filettatura di precisione è formata da un processo di laminazione a freddo. La chiocciola è lavorata in modo che corrisponda alle prestazioni della vite. Questo approccio fornisce una precisione moderata, dell'ordine di ±0,004 in./ft precisione di piombo su viti serie pollici di trasporto. La vite e la chiocciola delle viti a sfere con filettatura precision-plus sono prodotte mediante rettifica di precisione. Le viti a sfera con filettatura Precision-plus offrono una precisione molto più elevata, nell'ordine di ±0,0005 in./ft, su viti della serie Precision-plus in pollici. Il costo delle viti a sfere con filettatura precision plus è superiore a quello delle viti di precisione a causa dei tempi di lavorazione più lunghi.

Sistemi di ritorno delle sfere

Sono comunemente usati tre diversi tipi di sistemi di ritorno a sfera. I tubi di ritorno esterni, tipicamente utilizzati nelle viti in pollici, sono economici e facili da installare, mantenere e riparare. I sistemi di ritorno a bottone interno sono tipicamente usati su viti a basso piombo. Sono compatti, senza sporgenze radiali esterne per complicare il montaggio e offrono meno rumore e vibrazioni rispetto ai ritorni esterni. I sistemi di ritorno a bottone interno sono spesso utilizzati in gruppi di contatto a 4 punti, dado singolo e precarico. I ritorni a cappuccio interni sono tipicamente usati su viti ad alto piombo. Sono compatti senza sporgenze radiali esterne per complicare il montaggio. Anche il loro rumore e le vibrazioni sono bassi rispetto ai ritorni esterni.

Selezione della vite a sfera

Il gruppo vite a sfere che fornisce la capacità di carico e la durata specificate richieste per una specifica applicazione è selezionato al meglio attraverso un processo iterativo. Il carico di progetto, l'orientamento del sistema, la lunghezza della corsa, la durata richiesta e la velocità richiesta sono utilizzati per determinare il diametro e la testa della vite a ricircolo di sfere. I singoli componenti delle viti a sfera vengono quindi selezionati in base ai requisiti di precisione e ripetibilità, ai vincoli dimensionali, alla configurazione di montaggio, ai requisiti di potenza disponibile e alle condizioni ambientali.

Iniziare a determinare la precisione di posizionamento e la ripetibilità richieste per l'applicazione. Le viti a sfere da pollici sono prodotte in due gradi principali - Trasporto e precisione plus. Le viti a sfera di grado di trasporto sono utilizzate in applicazioni che richiedono solo movimenti grossolani o che utilizzano il feedback lineare per la posizione. Le viti a sfere di grado Precision-plus sono utilizzate laddove il posizionamento accurato e ripetibile è critico. Le viti di grado di trasporto consentono una maggiore variazione cumulativa sulla lunghezza utile della vite. Le viti di grado Precision plus contengono un accumulo di errore di piombo per un posizionamento preciso su tutta la lunghezza utile della vite.

Determinare come il gruppo vite a sfera sarà montato nella macchina. La configurazione dei supporti di estremità e la distanza di corsa determineranno i limiti di carico e di velocità della vite a sfere.

Una vite a sfera in tensione può gestire carichi fino alla capacità nominale della chiocciola. Per una vite a ricircolo di sfere in compressione, utilizzare una tabella di carico a compressione disponibile presso il produttore per selezionare un diametro della vite a ricircolo di sfere che soddisfi o superi il carico di progetto. Tutte le viti con curve che passano attraverso o sopra e a destra del punto tracciato, ad esempio, sono adatte per la seguente applicazione di esempio. I carichi di compressione adatti indicati in questo grafico non devono superare la capacità di carico statico massimo come indicato nella tabella dei valori nominali per il singolo gruppo di viti a ricircolo di sfere. Quindi, ad una lunghezza di 85 in. (2159 mm), un carico di sistema di 30.000 libbre (133.500 N) e con una fissità di un'estremità fissa e l'altra supportata - la scelta minima è un'armatura a vite a sfere di precisione 1.750 x 0.200 più pollice.

Calcolare il piombo della vite a sfera che produrrà il requisito di velocità utilizzando la seguente formula.

Piombo (in.) = TravelRate (in. min.-1)/rpm

Determinazione della durata di vita dell'applicazione

La durata del montaggio può essere calcolata utilizzando il coefficiente di carico dinamico specificato per ogni chiocciola a ricircolo di sfere. Tutte le chiocciole a sfere con curve che passano attraverso o che si trovano sopra il punto tracciato sono adatte per l'esempio. Le aspettative di vita adatte indicate in questo grafico non devono superare la capacità di carico statico massimo, come indicato nella tabella dei valori nominali per il singolo gruppo di sfere. In questo esempio, l'aspettativa di vita dell'applicazione (corsa totale) desiderata è di 2 milioni di pollici. (50,8 milioni di mm). Quindi il carico massimo di esercizio normale è di 10.000 libbre (44.500 N).

Determinazione della velocità critica della vite

La velocità critica della vite è la condizione in cui la velocità di rotazione dell'assemblaggio crea vibrazioni armoniche. La velocità critica dipende dal diametro della radice della vite, dalla lunghezza non supportata e dalla configurazione del supporto terminale. Nella maggior parte dei grafici dei produttori, tutte le viti con curve che passano attraverso o sopra e a destra del punto tracciato sono adatte per l'esempio seguente. I quattro disegni di fissaggio delle estremità mostrano le configurazioni dei cuscinetti per il supporto di un albero rotante, e il grafico mostra l'effetto di queste condizioni sulla velocità critica dell'albero per la lunghezza della vite non supportata. Le velocità accettabili mostrate da questo grafico si applicano all'albero della vite selezionata e non sono indicative delle velocità raggiungibili di tutti i gruppi di chiocciole a ricircolo di sfere associati.

Se i calcoli di carico, durata e velocità confermano che il gruppo di viti a ricircolo di sfere selezionato soddisfa o supera i requisiti di progettazione, si passa alla fase successiva. In caso contrario, viti di diametro maggiore aumenteranno la capacità di carico e aumenteranno la velocità nominale. I conduttori più piccoli diminuiranno la velocità lineare (supponendo che la velocità del motore in ingresso sia costante), aumenteranno la velocità del motore (supponendo che la velocità lineare sia costante) e diminuiranno la coppia in ingresso richiesta. I conduttori più alti aumenteranno la velocità lineare (supponendo una velocità costante del motore in ingresso), diminuiranno la velocità del motore in ingresso (supponendo una velocità lineare costante) e aumenteranno la coppia in ingresso richiesta.

Determinare come il dado a sfera si interfaccerà con l'applicazione. La flangia della chiocciola è il tipico metodo di fissaggio della chiocciola al carico. Dadi a sfera filettati e dadi a sfera cilindrici sono modi alternativi per fornire l'interfaccia.

Le sfere precaricate eliminano il gioco del sistema e aumentano la rigidità. I kit di tergicristalli proteggono il gruppo da contaminanti e contengono la lubrificazione. Sono disponibili anche supporti per cuscinetti e lavorazioni finali per la maggior parte delle viti a sfere.

Le viti a ricircolo di sfere devono essere maneggiate con cura prima di una corretta installazione. Gli urti ai cuscinetti a sfera possono danneggiare le piste dei cuscinetti attraverso la brinellatura o la fessurazione. Carichi elevati o la flessione della vite possono portare alla flessione. È importante mantenere l'assemblaggio imballato e lubrificato e conservato in un'area pulita e asciutta, perché i detriti e la contaminazione possono inceppare le piste di ricircolo, e l'alta umidità o la pioggia possono causare corrosione.

Il montaggio del sistema è un'altra importante considerazione. La chiocciola a ricircolo di sfere deve essere caricata solo assialmente, in quanto qualsiasi carico radiale riduce notevolmente le prestazioni del gruppo. L'assemblaggio dovrebbe anche essere correttamente allineato con il sistema di azionamento, i supporti dei cuscinetti e il carico per ottenere prestazioni e durata ottimali.

Lubrificazione della vite a ricircolo di sfere

Il gruppo vite a ricircolo di sfere non deve mai essere fatto funzionare senza un'adeguata lubrificazione. I lubrificanti mantengono il vantaggio del basso attrito dei gruppi vite a sfere riducendo al minimo la resistenza al rotolamento tra sfere e scanalature e l'attrito di scorrimento tra sfere adiacenti.

L'olio può essere applicato ad una portata controllata direttamente al punto di bisogno, e ripulirà gli agenti contaminanti mentre passa attraverso il dado a sfera. Può anche fornire raffreddamento. D'altra parte, per applicare correttamente l'olio è necessario una pompa e un sistema di misurazione, poiché l'olio ha anche il potenziale di contaminare i fluidi di processo.

Il grasso è meno costoso e richiede un'applicazione meno frequente rispetto all'olio, e non contamina i fluidi di processo. D'altra parte, il grasso è difficile da tenere all'interno della chiocciola e tende ad accumularsi alle estremità della corsa della chiocciola, dove accumula trucioli e particelle abrasive. L'incompatibilità del grasso vecchio con il grasso di rilubrificazione può creare un problema, quindi è importante verificare la compatibilità. Un grasso per il trasporto del carico può aiutare a prolungare la vita di un assemblaggio, ma il carico nominale complessivo non cambierà.