Döner Bilyalı Somunu Servo Motorla Nasıl Eşleştirirsiniz?

Dönen bilyalı somun sistemi, uzun bir bilyalı vidanın yüksek doğrusal hızda çalışması gerektiğinde faydalı olabilir. Servo motor, vida milinin tamamını döndürmek yerine bilyeli somunu bir kayış, kasnak, dişli veya başka bir aktarım mekanizması aracılığıyla tahrik eder. Vida normalde dönmez durumda kalır ve somun ile vida arasındaki göreceli hareket doğrusal hareket üretir.

Dönen bilyeli somunu bir servo motorla eşleştirmek, yeterli nominal torka sahip bir motor seçmekten daha fazlasını gerektirir. Eksenel yük, vida ucu, hedef hız, hızlanma süresi, aktarım oranı, dönme ataleti, yatak düzeni ve görev döngüsü birlikte değerlendirilmelidir.

Döner Bilyeli Somun Sistemi Nasıl Çalışır?

Dönen bilyalı somun, geleneksel bilyalı vida düzeneğinde kullanılan aynı temel döner temas mekanizmasını içerir. Çelik bilyalar vida kanalı ile somun kanalı arasında dolaşarak dönme hareketini nispeten düşük sürtünmeyle doğrusal harekete dönüştürür.

Temel fark hangi bileşenin döndüğüdür. Dönen somun tasarımında bilyeli somun, dönen bir mahfazanın içindeki rulmanlar tarafından desteklenir. Servo motor, bu mahfazayı veya somun flanşını genellikle bir triger kayışı ve kasnak aracılığıyla tahrik eder. Vida milinin dönmesi engellenir.

Makine tasarımına bağlı olarak, ya döner somun düzeneği sabit vida boyunca hareket eder ya da vida, makine çerçevesine monte edilmiş bir somun düzeneği boyunca eksenel olarak hareket eder. Hareketli kütle ve dönen atalet farklı olacağından, motorun boyutlandırılmasından önce kesin yapı doğrulanmalıdır.

Neden Döner Vida Yerine Döner Somun Kullanılmalı?

Geleneksel bir uzun vida yüksek hızda döndüğünde, hız vidanın kritik hızına yaklaşırken şaftın sapması titreşime veya çarpmaya neden olabilir. Vida çapının arttırılması sertliği artırabilir ancak aynı zamanda dönme ataletini ve motor gereksinimlerini de artırır.

Dönen somun tasarımı uzun vidanın dönmesini engeller. Bu, dönen bir şaftla ilişkili kritik hız sınırlamasını azaltabilir ve düzenlemeyi uzun stroklu, yüksek hızlı harekete uygun hale getirebilir. Ancak tasarımın hala bilya dolaşım hızı, yataklama hızı, ısı üretimi, yağlama ve yapısal sağlamlık ile ilgili sınırları bulunmaktadır.

Uygulama aşağıdaki gereksinimlerden bir veya daha fazlasını karşıladığında genellikle döner somun yapısı dikkate alınır:

• Nispeten yüksek doğrusal hız ile birlikte uzun hareket;
• Döndürüldüğünde kısıtlayıcı bir kritik hıza sahip olacak ince bir vida;
• Dönen elemanın ataletinin azaltılmasına ihtiyaç duyan yüksek ivme;
• Vidanın ucunda büyük bir tahrik motoru için sınırlı alan;
• Sürücüyü hareketli somun grubunun yakınına yerleştirmek için tasarlanmış bir makine yapısı.

Döner somun tasarımı her uygulama için otomatik olarak daha iyi değildir. Uygun bir yatak yuvası, aktarma mekanizması, yağlama düzeni ve koruma sistemi gerektirir. Gelenekselvidalı montajdaha kısa stroklar veya orta çalışma hızları için daha basit ve daha ekonomik kalabilir.

Servo Motor Seçiminden Önce Gerekli Bilgiler

Motor sadece vidalı mil çapına göre seçilmemelidir. Asgari olarak aşağıdaki başvuru bilgileri gereklidir:

• Bilyalı vidanın nominal çapı ve kurşunu;
• Toplam strok ve montaj uzunluğu;
• Maksimum doğrusal hız;
• Hızlanma ve yavaşlama süresi;
• Hareketli kütle ve dış eksenel kuvvet;
• Yatay, dikey veya eğimli montaj yönü;
• Bilyalı somun ön yüklemesi ve beklenen iletim verimliliği;
• Doğrudan tahrikli, kayış tahrikli veya dişli tahrikli düzenleme;
• Kasnak çapları veya aktarım oranı;
• Çalışma döngüsü ve sürekli çalışma süresi;
• Gerekli konumlandırma doğruluğu ve tekrarlanabilirliği;
• Çevre sıcaklığı ve kirlenme koşulları.

Bu değerler olmadan motor boyutunu tahmin etmek mümkündür ancak sistemin gerçek hız, ivme ve hizmet ömrü gereksinimlerini karşılayıp karşılamadığını doğrulamak mümkün değildir.

Adım 1: Gerekli Eksenel İtişi Belirleyin

Bilyalı vidaya etki eden eksenel kuvvet, montaj yönüne ve makinenin çalışmasına bağlıdır.

Yatay bir eksen için gerekli itme kuvveti, kılavuz sürtünmesini, proses kuvvetini, sızdırmazlık direncini ve diğer dış direnci içerebilir. Dikey bir eksen için yerçekiminin de dahil edilmesi gerekir. Hızlanma sırasında hareketli kütleyi hızlandırmak için gereken kuvvet eklenmelidir.

Nerede:

• F_A= Newton cinsinden ivme kuvveti;
• M= kilogram cinsinden hareketli kütle;
• A= Saniyede metre kare cinsinden doğrusal ivme.

Toplam tasarım itkisi, uygulanabildiği yerde ivme kuvvetini, dış süreç kuvvetini, sürtünmeyi ve yer çekimini içermelidir. Şok veya darbe yükleri normal sürekli yük olarak ele alınmak yerine ayrı olarak değerlendirilmelidir.

Adım 2: Bilyalı Somunda Gerekli Torku Hesaplayın

Eksenel itme kuvveti oluşturmak için gereken tork, eksenel kuvvet, vida ucu ve iletim verimliliği kullanılarak tahmin edilebilir:

Nerede:

• T= N·m cinsinden döner somundaki tork;
• F= Newton cinsinden toplam eksenel kuvvet;
• P= devir başına metre olarak bilyalı vida ilerlemesi;
• η= ondalık sayı olarak ifade edilen mekanik verim.

Bu hesaplama eksenel yükün üstesinden gelmek için gereken torku temsil eder. Motor ayrıca dönen bilyeli somunu, kasnağı, kaplini, yatak bileşenlerini ve diğer dönen parçaları hızlandırmak için tork sağlamalıdır.

Başlangıç ​​torku, conta direnci, yatak sürtünmesi ve ön yük, gerçek gereksinimi daha da artırabilir. Bu nedenle, itme torku tek başına nihai servo motor değeri olarak kullanılmamalıdır.

Adım 3: Gerekli Dönme Hızını Hesaplayın

Gerekli somun hızı, hedef doğrusal hız ve bilyalı vida ucuna göre belirlenir:

Nerede:

• N= dakikadaki devir cinsinden somunun dönme hızı;
• v= saniyede metre cinsinden gerekli doğrusal hız;
• P= devir başına metre cinsinden vida ucu.

Aynı doğrusal hız için daha büyük bir kurşun, daha düşük bir somun dönüş hızı gerektirir. Ancak ilerlemenin arttırılması aynı eksenel itme kuvvetini oluşturmak için gereken torku da arttırır ve konumlandırma çözünürlüğünü etkileyebilir. Bu nedenle uç seçimi hız, tork ve konumlandırma gereksinimleri arasında bir dengedir.

Hesaplanan dönme hızı, bilyalı somunun, devridaim sisteminin, yatakların ve kayış aktarımının izin verilen hızı dahilinde kalmalıdır. Bu bileşenler arasında izin verilen en düşük hız, sistem sınırı olur.

Adım 4: İletim Oranını Seçin

Dönen bilyeli somunlar genellikle triger kayışları tarafından tahrik edilir, çünkü kayış düzenlemesi motorun vidaya paralel olarak monte edilmesine olanak tanır ve aktarım oranında esneklik sağlar.

Motor ve bilyalı somun farklı kasnak çapları kullanıyorsa, somundaki motor hızı ve torku seçilen orana göre değişecektir. Azaltma oranı somundaki mevcut torku artırabilir ancak daha yüksek bir motor hızı gerektirir. Hız artırma oranının tam tersi bir etkisi vardır.

Kasnak oranını seçerken aşağıdaki öğeler kontrol edilmelidir:

• Maksimum ve sürekli motor hızı;
• Gerekli somun hızı;
• Motorun nominal ve tepe torku;
• Kayış dişi yükü ve izin verilen bant hızı;
• Kasnak ataleti;
• Kayış gerginliği ve yatak radyal yükü;
• Mevcut kurulum alanı.

Triger kayışı doğru şekilde gerdirilmelidir. Yetersiz gerilim konumlandırma hatalarına veya diş sıçramasına neden olabilirken aşırı gerilim, dönen somun yatakları ve motor yatakları üzerindeki radyal yükü artırır.

Adım 5: Hızlanma Torkunu ve Ataletini Kontrol Edin

Bir servo motor, hareketli doğrusal kütlenin yanı sıra tüm dönen bileşenleri de hızlandırmalıdır. Sürekli çalışma torku düşük olsa bile, kısa hızlanma süresi yüksek bir tepe tork gereksinimi üretebilir.

Dönen atalet şunları içerebilir:

• Bilyalı somun ve döner gövde;
• Destek yatakları ve yatak ara parçaları;
• Tahrikli kasnak ve motor kasnağı;
• Motor kaplini veya dişli bileşenleri;
• Doğrusal olarak hareket eden kütlenin yansıyan ataleti.

Motor tedarikçisinin boyutlandırma yazılımı, bilyalı vida ve aktarım parametreleri onaylandıktan sonra kullanılabilir. Ortaya çıkan atalet oranı, gerekli yanıt ve kontrol stabilitesi için motor ve servo sürücü üreticisinin tavsiye ettiği aralıkta kalmalıdır.

Çok yüksek bir yük-motor atalet oranı, yavaş yanıta, aşmaya, titreşime veya servo sistemin ayarlanmasında zorluğa neden olabilir. Aktarım oranının değiştirilmesi, vida ucunun arttırılması, hızlanma süresinin uzatılması veya farklı atalete sahip bir motorun seçilmesi sonucu iyileştirebilir.

Adım 6: Nominal Torku ve Tepe Torkunu Karşılaştırın

Servo motorlar normalde hem nominal torka hem de tepe torka sahiptir. Bu değerler farklı amaçlara hizmet eder:

Hesaplanan maksimum tork, motorun izin verilen tepe torkunun altında kalmalıdır. Tüm çevrim boyunca ortalama karekök tork, nominal torkun altında kalmalıdır. Sürtünme, yük, sıcaklık ve çalışma koşullarındaki değişiklikler için de makul bir marj bırakılmalıdır.

Adım 7: Dönen Somun Rulman Düzenini Kontrol Edin

Dönen bilyeli somun, doğrudan hareketli bir tablaya cıvatalanan sıradan bir somunla aynı şekilde desteklenemez. Somun veya somun yuvası eksenel yük taşırken dönmelidir, dolayısıyla yatak düzeni tasarımın kritik bir parçasıdır.

Rulmanlar yeterli eksenel sağlamlık sağlamalı ve gerekli dönüş hızını desteklemelidir. Yük değerleri, ön yükleme, yağlama ve kurulum doğruluğu dikkate alınmalıdır. Kayış gerginliği aynı zamanda yatak sistemine radyal yük de uygulayabilir.

Uygun olmayan bir yatak düzeni, bilyalı vidanın kendisi doğru seçildiğinde bile eksenel oynama, ısınma, titreşim ve konumlandırma hatalarına neden olabilir. Muhafaza ayrıca dönen somun, vida mili ve makine hareketi arasında doğru hizalamaya izin vermelidir.

Adım 8: Konumlandırma Doğruluğunu Doğrulayın

Nihai konumlandırma doğruluğu, servo enkoder çözünürlüğünden daha fazlasından etkilenir. Önemli mekanik faktörler şunları içerir:

• Bilyalı vida kurşun doğruluğu;
• Bilyalı somunun eksenel boşluğu veya ön yükü;
• Dönen somun yataklarının eksenel sertliği;
• Kayış esnekliği ve iletim hatası;
• Vidanın termal genleşmesi;
• Makine çerçevesi ve kılavuz yolu sağlamlığı;
• Servo ayarlama ve geri bildirim düzenlemesi.

Yüksek doğruluklu uygulamalar için doğrusal bir kodlayıcı, gerçek tabla konumunu ölçebilir ve yalnızca bir motor kodlayıcı tarafından tespit edilemeyen hataları azaltabilir. Bunun gerekli olup olmadığı gerekli doğruluğa, stroka, sıcaklık değişimine ve makine yapısına bağlıdır.

Eşleştirme Süreci Örneği

Belirli bir hareketli kütleye, eksenel işlem kuvvetine, hedef doğrusal hıza ve ivmelenme süresine sahip bir uygulamayı düşünün. Eşleştirme işlemi aşağıdaki sırayla ilerlemelidir:

1. Hareket eden kütleden kaynaklanan ivme kuvvetini ve gerekli ivmeyi hesaplayın.
2. Tasarım eksenel itme kuvvetini elde etmek için uygun olan yerlerde proses kuvveti, sürtünme ve yerçekimini ekleyin.
3. Somundaki itme torkunu hesaplamak için bilyalı vida ucunu ve verimliliğini kullanın.
4. Hedef doğrusal hıza ulaşmak için gereken somun hızını hesaplayın.
5. Hem motoru hem de somunu izin verilen hız aralıklarında tutacak bir kasnak oranı seçin.
6. Somun yuvasının, makaraların ve yansıyan hareketli kütlenin ataletini hesaplayın.
7. Tam çevrim boyunca tepe hızlanma torkunu ve RMS torkunu hesaplayın.
8. Motor tepe torkunu, nominal torku, nominal hızı ve maksimum hızı kontrol edin.
9. Rulman yükünü, kayış gerginliğini, bilyalı somun hızını ve termal koşulları doğrulayın.
10. Tasarımı tamamlamadan önce konumlandırma doğruluğunu ve sağlamlığını onaylayın.

Gerçek motor boyutu tüm bu girdilere bağlı olduğundan, yalnızca vida çapına ve kabloya göre bir servo motor seçmek, küçük boyutlu veya gereksiz derecede büyük bir sürücü üretebilir.

Yaygın Eşleştirme Hataları

• Dönen bir somunu geleneksel bir bilyalı somunla karıştırmak:Standart bir somun modeli otomatik olarak tam bir döner somun tertibatı değildir.
• Yalnızca nominal torkun kontrol edilmesi:Hızlanma, sabit çalışma torkundan çok daha yüksek tepe torku gerektirebilir.
• Ataletin göz ardı edilmesi:Bir sistemin yeterli torku olabilir ancak uygun olmayan atalet oranı nedeniyle ayarlanması zor olabilir.
• Motor hızını somun hızı olarak kullanma:Kasnak veya dişli oranı dahil edilmelidir.
• Rulman ve bant sınırlarının göz ardı edilmesi:Motor kapasitesi, tüm mekanik sistemin izin verilen hızını belirlemez.
• Aşırı küçük bir güvenlik marjı kullanmak:Gerçek sürtünme, yük ve sıcaklık ilk hesaplamadan farklı olabilir.
• Yalnızca hız kazanmak için kurşunu artırmak:Daha büyük bir uç, tork talebini ve konumlandırma çözünürlüğünü değiştirir.
• Dikey eksen güvenliğine bakış:Kontrolsüz hareketi önlemek için bir fren veya dengeleme gerekebilir.

Bilyalı Vida Tedarikçisiyle Neler Doğrulanmalıdır?

Son servo motoru seçmeden önce önerilen vida ve somun düzeninin döner somun işlemine uygun olduğunu doğrulayın. Tam bir döner somun ünitesi sıradan bir bilyalı somundan daha fazlasını gerektirir.

Aşağıdaki bilgiler doğrulanmalıdır:

• Seçilen somunun dönen bir montajda kullanılmak üzere tasarlanıp tasarlanmadığı;
• Somun ve devridaim sisteminin izin verilen dönme hızı;
• Dinamik ve statik yük değerleri;
• Mevcut ön yükleme ve doğruluk dereceleri;
• Somun montaj arayüzü ve yatak yuvası boyutları;
• Yağlama yöntemi ve bakım aralığı;
• Gerekli vida ucu işleme ve dönme önleyici yapı;
• Tedarikçinin yalnızca vida ve somunu mu yoksa komple döner somun ünitesini mi sağladığı.

DLY birden fazla malzeme sağlarbilyalı somun konfigürasyonlarıancak gerekli yapı çizim ve çalışma şartlarına göre gözden geçirilmelidir. Geleneksel bir bilyalı somun, gerekli yatak muhafazası ve tahrik tasarımı olmadan dönen bir bilyalı somun olarak tanımlanmamalıdır.

Çözüm

Dönen bilyeli somunun servo motorla eşleştirilmesi, koordineli mekanik ve elektriksel hesaplamalar gerektirir. Süreç eksenel itme kuvveti ve doğrusal hız ile başlar, ardından somun torku, dönme hızı, aktarım oranı, atalet, hızlanma torku ve RMS torku gelir.

Bilyalı somun, rulmanlar, kasnak sistemi, vidalı mil ve servo motor tek hareket sistemi olarak ele alınmalıdır. Yeterli torka sahip bir motor, hızı, ataleti veya görev döngüsü performansı mekanik tasarıma uymuyorsa yine de uygun olmayabilir.

Ön inceleme için bilyalı vida çapını ve kurşununu, strokunu, hareketli kütlesini, dış kuvvetini, maksimum hızını, hızlanma süresini, kurulum yönünü ve önerilen aktarım düzenini hazırlayın. Bu ayrıntılar vida spesifikasyonunun değerlendirilmesini ve servo motor seçimi için doğru mekanik parametrelerin sağlanmasını mümkün kılar.

← DLY Blog'e geri dön