Büyük Adımlı Bilyalı Vidalı Mil için Güvenlik Faktörü

Büyük uçlu bilyalı vida için güvenlik faktörünün belirlenmesi, tek bir arıza yükünün normal çalışma yüküne bölünmesinden daha fazlasını gerektirir. Statik yük kapasitesi, yorulma ömrü, şaft burkulması, kritik hız, bilya dolaşım hızı ve tahrik torku ayrı ayrı kontrol edilmelidir.

Bu makalede "büyük uçlu vida", devir başına nispeten büyük doğrusal hareket mesafesine sahip bir bilyalı vidayı ifade etmektedir. DLY genellikle 10 mm ve üzeri kabloları yüksek kurşun seçenekleri olarak ele alır. Trapez veya ACME kayar kılavuz vidanın hesaplama yöntemi farklıdır ve aşağıdaki bilyalı vida yöntemiyle karıştırılmamalıdır.

Neden Bir Güvenlik Faktörü Yeterli Değil?

Farklı arıza modları, farklı yük kapasiteleri ve hesaplama yöntemleri kullanır. Bilyalı vida yeterli statik yük kapasitesine sahip olabilir ancak şaftı bükülebileceğinden, dönüş hızı kritik hıza yaklaştığında veya hesaplanan yorulma ömrü çok kısa olduğundan yine de uygun olmayabilir.

Adım 1: Maksimum Eksenel Yükü Hesaplayın

İlk adım, bilyalı vidanın karşılaşabileceği en yüksek eksenel kuvveti belirlemektir. Hareketli bileşenin yalnızca kütlesini kullanmayın.

Makineye bağlı olarak maksimum eksenel yük şunları içerebilir:

• Dikey veya eğik eksende yerçekimi
• Hızlanma ve yavaşlama kuvveti
• İşleme, presleme veya proses kuvveti
• Kılavuz, conta ve kablo zinciri direnci
• Karşı ağırlık veya dengeleme kuvveti
• Acil durdurma yavaşlaması
• Uygulanabildiği yerde darbe, çarpışma veya yük belirsizliği

İvme kuvveti aşağıdakiler kullanılarak tahmin edilebilir:

F_A= m × a

NeresiMkilogram cinsinden hareketli kütledir veAsaniyede metre kare cinsinden doğrusal ivmedir.

Dikey bir kaldırma ekseni için, ilave dirençten önceki yaklaşık yukarıya doğru itici kuvvet şöyledir:

F = m × (g + a)

Aşağıya doğru hareket, frenleme ve acil durdurma sırasındaki yük, yönü ve büyüklüğü değişebileceğinden ayrı ayrı hesaplanmalıdır.

Adım 2: Statik Yük Güvenlik Faktörünü Kontrol Edin

Normalde C olarak tanımlanan temel statik eksenel yük değeri_0a, bilya ve yuvarlanma yolu temas noktalarındaki kalıcı deformasyonla ilgilidir. "Nihai kırılma yükü" ile aynı şey değildir.

Temel bir statik güvenlik faktörü şu şekilde ifade edilebilir:

F_S= C_0a÷ F_maksimum

Neresi:

• F_S= statik yük güvenlik faktörü
• C_0a= temel statik eksenel yük değeri
• F_maksimum= maksimum eşdeğer eksenel yük

Gerekli minimum faktör, üreticinin teknik verilerine ve makinenin yük durumuna uygun olmalıdır. Sorunsuz çalışma, titreşim, darbe, acil durdurma ve güvenlik sonuçları farklı marjlar gerektirir. 1,2, 2 veya 3 gibi evrensel bir değer, gerçek spesifikasyona atıfta bulunulmadan uygulanmamalıdır.

Eğer yük eksantrik olarak uygulanıyorsa, sadece bu faktör arttırılarak vidalı mil seçilmemelidir. Yan yük ve moment lineer kılavuzlar tarafından taşınmalı, vida ve somun ise doğru hizada kalmalıdır.

Adım 3: Eşdeğer Dinamik Yükü Hesaplayın

Yorulma ömrü, yük tüm çalışma döngüsü boyunca etkili olmadığı sürece en yüksek tek yükten hesaplanmaz. Hızlanma, sabit hızda ilerleme, işleme ve geri dönüş hareketi sırasında yük değiştiğinde eşdeğer bir dinamik yük hesaplanmalıdır.

Birkaç sabit yük aşaması için, bir bilyalı vida için basitleştirilmiş devir ağırlıklı eşdeğer yük şu şekilde ifade edilebilir:

F_M= ∛[(F₁³N₁+ F₂³N₂+ …) ÷ (K₁+ H₂+ …)]

NeresiF_Meşdeğer dinamik eksenel yüktür veNher yük altında tamamlanan devir sayısını temsil eder.

Yük yönü, ön yükleme ve çalışma sırası doğru hesaplamayı etkileyebilir. Tasarımı sonlandırırken seçilen üreticinin ömür hesaplama yöntemini kullanın.

Adım 4: Nominal Yorulma Ömrünü Hesaplayın

Bir bilyalı vidanın nominal ömrü genellikle temel dinamik eksenel yük değeri C'den hesaplanır._Ave eşdeğer dinamik eksenel yük F_M:

L₁₀= (C_A÷ F_M)³× 10⁶devrimler

Bu, istatistiksel bir yuvarlanma-yorulma derecesi ömrüdür; her vidanın tam olarak aynı sayıda devirde çalışacağının garantisi değildir. Kirlenme, zayıf yağlama, yanlış hizalama, şok ve yanlış ön yükleme daha erken arızaya neden olabilir.

Ortalama dönüş hızı biliniyorsa, devirler yaklaşık çalışma saatlerine dönüştürülebilir:

Saat cinsinden yaşam = L₁₀÷ (60 × ortalama rpm)

Çalışma yüküne genel amaçlı bir çarpan uygulanarak gerekli ömürden uygun bir dinamik yük değeri seçilmelidir.

Adım 5: Sıkıştırma Altında Bükülmeyi Kontrol Edin

Sıkıştırma yükü altındaki uzun bir bilyalı vida, bilyalı somunun statik yük kapasitesi yeterli olsa bile dengesiz hale gelebilir ve bükülebilir. Bu özellikle yükü çekmek yerine iten dikey kaldırma eksenlerinde ve uzun yatay eksenlerde önemlidir.

Teorik Euler burkulma yükü aşağıdakilerle ilgilidir:

P_cr= π²HAYIR ÷ (CL)²

Neresi:

• VE= vida malzemesinin elastik modülü
• BEN= vida kökü çapına bağlı olarak alanın ikinci momenti
• L= desteklenmeyen vida uzunluğu
• k= uç destek koşulları tarafından belirlenen etkin uzunluk faktörü

Dairesel bir bölüm için:

ben = πd_R⁴÷ 64

Kök çapı (yalnızca nominal dış çap değil) kullanılmalıdır. İzin verilen gerçek basınç yükü, teorik burkulma yükünün altında uygun bir marj içermeli ve üreticinin hesaplama yöntemini takip etmelidir.

Burkulma direnci desteklenmeyen uzunlukla büyük ölçüde değişir çünkü kritik yük bu uzunluğun karesiyle ters orantılıdır.

Adım 6: Kritik Hızı Kontrol Edin

Uzun dönen bir vida, dönme hızı doğal frekansa yaklaştığında titreyebilir veya çarpabilir. Kritik hız temel olarak şunlara bağlıdır:

• Vida kök çapı
• Etkili destekler arasındaki mesafe
• Sabit, desteklenen veya serbest uç koşulları
• Doğruluk ve kurulum hizalaması

Çalışma hızı, tedarikçinin destek koşulu faktörü ve önerilen marj kullanılarak hesaplanan izin verilen hızın altında kalmalıdır.

Büyük uç, belirli bir doğrusal hız için gerekli vida devrini azaltabilir:

Gerekli devir sayısı = Doğrusal hız ÷ Öncülük

Örneğin, 20.000 mm/dak hıza ulaşmak için 10 mm'lik uçla yaklaşık 2.000 dev/dak gerekirken, 25 mm'lik uçla yalnızca 800 dev/dak gerekir. Bu, kritik hız sınırlamalarının giderilmesine yardımcı olabilir, ancak diğer kontroller de gerekli olmaya devam etmektedir.

Adım 7: DN Değerini ve Bilya Dolaşım Sınırını Kontrol Edin

Vida mili kritik hızının altında kalsa bile bilyalı somunun kendi dönüş hızı sınırı olabilir. Bilya sirkülasyonu, bilyalar yüklü yuvarlanma yoluna girip çıkarken darbe, sürtünme ve ısı üretir.

Üreticiler, vida çapına ve dönme hızına bağlı olarak izin verilen bir hız veya DN değeri belirtebilir. Kesin tanım ve izin verilen değer, seçilen ürün spesifikasyonundan alınmalıdır.

Her büyük uçlu somunun yüksek hıza uygun olduğunu varsaymayın. Dönüş yapısı, bilya boyutu, yağlama, ön yükleme ve montaj doğruluğu, izin verilen çalışma hızını etkiler.

Adım 8: Gerekli Sürüş Torkunu Hesaplayın

Bir bilyalı vida boyunca eksenel bir kuvvet oluşturmak için gereken yaklaşık tork şu şekilde tahmin edilebilir:

T = F × P ÷ (2πη)

Neresi:

• T= sürüş torku
• F= eksenel kuvvet
• P= bilyalı vida ucu
• η= mekanik verimlilik

Aynı eksenel kuvvet için, daha büyük bir kurşun genellikle daha büyük bir tahrik torku gerektirir, ancak devir başına daha fazla doğrusal ilerleme sağlar.

Motor hesaplaması ayrıca vida, kaplin, kasnak, motor ve hareketli yük ataletini de içermelidir. Tepe hızlanma torku, sürekli tork, acil durdurma torku ve motor hızı limitleri ayrı ayrı kontrol edilmelidir.

Adım 9: Uç İşlemeyi ve Rulmanları Destekleyin

Yeterli yük değerlerine sahip bir bilyalı somunun seçilmesi, tüm montajın güvenli olduğunu garanti etmez. İşlenmiş vida uçları ve destek yatakları aynı eksenel yükü ve tahrik torkunu iletmelidir.

Kontrol etmek:

• Sabit taraflı rulman eksenel yük değeri
• Rulman ön yükü ve sertliği
• Rulman yuvası çapı ve omuz kuvveti
• Diş ve kilitli somun mukavemeti
• Kama yuvası, düz veya kaplin bağlantısı
• Vida ucunda birleşik eksenel ve burulma gerilimi

Küçük işlenmiş uç çapları, ana vida mili ve somun yeterli kapasiteye sahip olsa bile en zayıf kısım haline gelebilir.

DLY'yi görüntülevidalı destek üniteleriRulman ve montaj düzenini kontrol ederken.

Adım 10: Dikey Eksenler için Güvenlik Önlemleri Ekleyin

Bilyalı vidalar genellikle yüksek mekanik verime sahiptir ve geri tahrik edilebilir. Bu nedenle, motor torku kaldırılırsa dikey bir yük alçalıp vidayı döndürebilir.

Dikey bir sistem uygun bir motor freni, dengeleme, mekanik tutma cihazı veya diğer risk kontrol önlemlerini içermelidir. Bilyalı vida güvenlik faktörünün arttırılması mekanizmanın kendiliğinden kilitlenmesini sağlamaz.

Güvenlik tasarımında yalnızca normal motor çalışması değil, güç kaybı, kaplin arızası, fren arızası, acil durdurma ve bakım koşulları da dikkate alınmalıdır.

Seçim İçin Gerekli Bilgiler

Büyük uçlu bilyalı vidayı hesaplamadan önce aşağıdaki bilgileri hazırlayın:

• Hareketli kütle ve montaj yönü
• Maksimum süreç ve dış kuvvetler
• Hızlanma, yavaşlama ve acil durdurma oranı
• Gerekli doğrusal hız ve vida ucu
• Toplam vida uzunluğu ve destek mesafesi
• Sabit, destekli veya serbest uçlu düzenleme
• Çalışma döngüsünün her bir bölümünde yük ve hız
• Günlük çalışma süresi ve gerekli servis ömrü
• Gerekli doğruluk, açıklık veya ön yükleme
• Yağlama, sıcaklık ve kirlenme koşulları
• Motor, kaplin ve destek yatağı bilgileri

Yaygın Hesaplama Hataları

• Maksimum hızlanma veya acil durdurma yükü yerine normal yükün kullanılması
• Statik yük değerinin nihai kırılma yükü olarak ele alınması
• Statik yük, yorulma ve burkulma için tek güvenlik faktörünün kullanılması
• Somun kapasitesi kontrol ediliyor ancak mil bükülmesi göz ardı ediliyor
• Kök çapı yerine nominal çapın kullanılması
• Uzun dönen bir vidada kritik hızın göz ardı edilmesi
• Bilyeli somunun izin verilen sirkülasyon hızının göz ardı edilmesi
• Destek rulmanı ve işlenmiş uç kapasitesini unutmak
• Dikey bilyalı vidanın kendiliğinden kilitlendiğini varsayarsak
• Kilogram kütleyi kilogram-kuvvet veya Newton ile karıştırmak

Çözüm

Büyük uçlu bilyalı vidanın güvenliği tek bir evrensel faktörle temsil edilemez. Statik temas güvenliği, yorulma ömrü, basınç burkulması, kritik hız, DN değeri, tahrik torku ve destek-taşıma kapasitesi ayrı ayrı doğrulanmalıdır.

Büyük kurşun, belirli bir doğrusal hız için gereken dönme hızını azaltır, ancak genellikle aynı eksenel kuvvet için gereken torku artırır. Nihai seçimde hız, tork, yük, sağlamlık, kullanım ömrü ve kurulum alanı dengelenmelidir.

DLY'yi görüntülevidalı ürünlerMevcut çaplar, uçlar, somun türleri ve doğruluk seçenekleri için.

← DLY Blog'e geri dön