Ja jūsu instinkts ir rullīšu skrūve, šis instinkts var izmaksāt jūsu mašīnas konstrukcijai vairāk nekā nepieciešams. Augstas slodzes lodveida skrūvju tehnoloģijas sasniegumi pēdējo desmit gadu laikā ir būtiski mainījuši aprēķinus -, un daudziem lielas slodzes lietojumiem lielas slodzes lodveida skrūve tagad nodrošina līdzvērtīgu veiktspēju par mazāk nekā pusi no salīdzināmas rullīšu skrūves izmaksām.
Šajā rakstā ir aprakstīts, kā abas tehnoloģijas atšķiras kontaktmehānikas līmenī, kur katra no tām darbojas labāk, kā izskatās faktiskās izmaksas un lieluma kompromisi un kā strukturēt atlases lēmumu konkrētajai slodzei, gājienam un darba ciklam.
Kāpēc kravnesība atšķiras: sazinieties ar mehāniķiem
Būtiskā atšķirība starp lodveida skrūvi un rullīšu skrūvi ir ritošā elementa ģeometrija un kontakts ar vītnes formu.
Lodveida skrūve: punktveida kontakts
Parastā lodveida skrūvē starp vārpstas spirālveida rievām un uzgriezni ripo tērauda lodītes. Katra bumbiņa saskaras ar rievu vienā punktā (vai ļoti mazā kontakta elipsi zem slodzes). Slodze tiek sadalīta pa visām ķēdes bumbām, bet katrs atsevišķs kontaktpunkts nes ievērojamu daļu no kopējā spēka.
Punkta kontakts rada lielu lokālo spriegumu kontakta zonā. Smagās slodzēs šis spriegums ierobežo kalpošanas laiku, jo noguruma bojājumi rodas šajos augstās{1}}sprieguma punktos. Tāpēc standarta lodveida skrūves kravnesību ierobežo maksimālais kontakta spriegums, ko lodītes un sacīkšu ceļa materiāls var izturēt vajadzīgajā ciklu skaitā.
Rullīšu skrūve: līnijas kontakts
Rullīšu skrūvē vītņotu rullīšu komplekts aizstāj lodītes kā ritošos elementus. Katrs veltnis saskaras ar skrūves vītni pa līniju, nevis punktā - ar būtiski atšķirīgu kontakta ģeometriju. Līnijas kontakts sadala slodzi pa daudz lielāku virsmas laukumu, kas samazina maksimālo kontakta spriegumu vienam un tam pašam pieliktajam spēkam.
Rezultātā rullīšu skrūve ar tādu pašu nominālo diametru kā lodveida skrūve var izturēt ievērojami lielāku slodzi un izturēt vairāk darbības ciklu, pirms uzkrājas noguruma bojājumi. Rullīšu skrūves arī saglabā šo priekšrocību visā darbības ātrumu diapazonā.
Augstas slodzes lodveida skrūve: konstruēts punktveida kontakts
Augstas slodzes lodveida skrūves ir trešā kategorija. Tā vietā, lai mainītu kontakta ģeometriju no punkta uz līniju, dizains palielina kontaktpunktu skaitu un izmēru, izmantojot modificētus vītnes profilus un lielākus lodīšu diametrus. Specializētas vītņu ģeometrijas -, tostarp gotikas arkas profili, kas optimizēti lieliem kontakta leņķiem -, palielina kontakta laukumu uz vienu lodi, palielina slodzi uz uzgriežņa garuma vienību un vienmērīgāk sadala slodzi pa lodītes ķēdi.
Rezultāts ir lodveida skrūve ar četras līdz astoņas reizes augstāku dinamisko slodzi nekā parastajai tāda paša diametra lodveida skrūvei, kas iegūta bez rullīšu skrūves vītnes formas ražošanas sarežģītības.
Kravnesība un izmaksas: faktiskie skaitļi
Augstas slodzes lodveida skrūvju veiktspējas uzlabošana ir saistīta ar vienkāršu izmaksu salīdzinājumu.
Pie līdzvērtīgām dinamiskajām slodzes vērtībām un salīdzināmiem darbības apstākļiem lielas slodzes lodveida skrūve parasti maksā par 40–60% mazāk nekā rullīšu skrūve. Izmaksu atšķirības izriet no ražošanas sarežģītības: rullīšu skrūvju vītņu formām ir nepieciešama precīza gan skrūvju, gan rullīšu vītņu profilu apstrāde, precīza rullīšu priekšslodzes montāža un stingrākas pielaides. Lodveida skrūves - pat augstas slodzes variantos - izmanto vienkāršāku ražošanas procesu, kas ir pilnveidots rūpnieciskās ražošanas gadu desmitiem.
Augstas slodzes lodveida skrūves ir pieejamas:
| Parametrs | Tipisks diapazons |
|---|---|
| Vārpstas diametrs | Līdz 160 mm |
| Skrūves garums | Līdz 15 metriem |
| Konfigurācija | Viens uzgrieznis vai dubultuzgrieznis |
| Dinamiskās slodzes novērtējums (Ca) | Līdz 1440 kN |
| Precizitātes pakāpe | C3–C7 atkarībā no pielietojuma |
Šīs specifikācijas attiecas uz lielāko daļu smago darbgaldu, iesmidzināšanas liešanas un metāla formēšanas lietojumu, kur vēsturiski ir noteiktas rullīšu skrūves.
Kur katra tehnoloģija darbojas labāk
Neviena no tehnoloģijām nav vispārēji pārāka. Pareizā izvēle ir atkarīga no trim primārajiem pielietojuma parametriem: slodzes lieluma, darba cikla un gājiena garuma.
Kad lielas slodzes lodveida skrūves ir labākā izvēle
Lielas slodzes pie mēreniem darba cikliem.Ja ass iztur lielas aksiālās slodzes, bet nedarbojas nepārtraukti - iesmidzināšanas iespīlēšanas vienības, presēšanas asis, iztaisnošanas mašīnas - lielas slodzes lodveida skrūve nodrošina nepieciešamo kravnesību ar ievērojami zemākām izmaksām. Darba cikls dod lodveida ķēdei laiku termiski atjaunoties starp slodzes cikliem.
Gari gājieni zem lielas slodzes.Augstas slodzes lodveida skrūves tiek ražotas vārpstu garumā līdz 15 metriem. Līdzvērtīga garuma un slodzes rullīšu skrūves ir ievērojami dārgākas un grūtāk iegūt. Gariem-smagiem cirvjiem - lieliem darbgaldu galdiem, pārvades līnijām - lielas slodzes lodveida skrūve bieži vien ir vienīgais praktiskais lodveida- tipa risinājums.
Maksas{0}}jutīgas lietojumprogrammas, kurās ir pieņemama līdzvērtīga veiktspēja.Ja augstas slodzes lodveida skrūves slodzes vērtība atbilst vai pārsniedz pielietojuma prasības, nav mehāniska pamatojuma rullīšu skrūves papildu izmaksām. Piemaksa maksā par kontakta ģeometrijas priekšrocībām, kurām ir nozīme tikai apstākļos, kad lielas slodzes lodveida skrūve jau ir ierobežota.
Kalpošanas laika pagarināšana esošajos lodīšu skrūvju lietojumos.Ja lielas slodzes gadījumā priekšlaicīgi sabojājas standarta lodveida skrūve, tās aizstāšana ar lielas slodzes lodveida skrūvi ar tādu pašu diametru var dubultot slodzes reitingu un pagarināt kalpošanas laiku līdz pat astoņām reizēm, nemainot iekārtas struktūru vai atbalsta vienības konfigurāciju.
Kad rullīšu skrūves ir pareizā izvēle
Ekstrēmas slodzes kompaktā aploksnē.Ja slodzes prasība pārsniedz to, ko var nodrošināt lielas slodzes lodveida skrūve ar pieejamo vārpstas diametru - parasti virs 1500–2000 kN lielākajiem lielas slodzes lodveida skrūvju izmēriem -, rullīšu skrūve nodrošina lielāku slodzes blīvumu uz diametra vienību. Ja uzstādīšanas vieta neļauj izmantot lielāka diametra lodveida skrūvi, vienīgais risinājums var būt mazāka diametra rullīšu skrūve.
Ļoti lieli darba cikli pie lielas slodzes.Nepārtraukta darbība ar lielu slodzi rada siltumu pie bumbas{0}}sacīkšu trases kontakta. Lodveida skrūvēm, pat lielas slodzes konstrukcijām, ir termiskais ierobežojums, ko nosaka kontaktpunkta ģeometrija. Rullīšu skrūves ar lielāku kontakta laukumu un mazāku kontakta spriegumu uz slodzes vienību rada mazāk siltuma uz pārvadītā spēka vienību un var izturēt lielākus darba ciklus, nepārkarstot uzgriezni.
Ilgtermiņa-īpašuma izmaksas augsta-cikla rūpnieciskajā ražošanā.Lietojumprogrammās, kurās darbojas vairākas maiņas dienā ar lielu slodzi - automobiļu presēšanas līnijām, nepārtraukta metāla formēšana - rullīšu skrūvju ilgāks noguruma kalpošanas laiks var kompensēt to augstākās sākotnējās izmaksas. Šim kompromisam ir nepieciešams dzīves cikla izmaksu aprēķins, kas ir raksturīgs lietojumprogrammai, nevis vispārīgs noteikums.
Lēmumu ietvars
| Lietojumprogrammas parametrs | Dodiet priekšroku lielas slodzes lodveida skrūvei | Dod priekšroku veltņa skrūvei |
|---|---|---|
| Aksiālā slodze | Līdz ~1440 kN | Virs 1500 kN vai ārkārtējs slodzes blīvums |
| Darba cikls | Vidēja līdz augsta (intermitējoša) | Nepārtraukta, ļoti augsta |
| Gājiena garums | Jebkurš, ieskaitot garus sitienus | Īss līdz vidējs |
| Sākotnējā izmaksu prioritāte | Jā | Mazāk kritisks |
| Uzstādīšanas vieta | Elastīgs | Stipri ierobežots |
| Esošās lodveida skrūves nomaiņa | Dabisks jaunināšanas ceļš | Mazāk saderīgs |
Kalpošanas laika aprēķins: ko skaitļi nozīmē praksē
Lai saprastu kalpošanas laika ieguvumu, ir jāaplūko L10 kalpošanas laika formula. Lodveida skrūves uzgriežņa nominālais kalpošanas laiks ir proporcionāls dinamiskās slodzes un ekvivalentās dinamiskās slodzes attiecības kubam:
L10=(Ca / Pm)³ × konstante
Kur Ca ir nominālā dinamiskā slodze un Pm ir ekvivalentā vidējā slodze.
Šī kubiskā attiecība nozīmē, ka, dubultojot skrūves Ca vērtību -, ko rada lielas slodzes lodveida skrūve attiecībā pret standarta lodveida skrūvi -, kalpošanas laiks tiek reizināts par 2³=8. Tādos pašos darbības apstākļos lielas slodzes lodveida skrūve ar divreiz lielāku Ca nekā standarta lodveida skrūve kalpo astoņas reizes ilgāk.
Praktisks piemērs:Standarta lodveida skrūve, kas darbojas smagā apstrādes centrā ar lielu slodzi, var aprēķināt 3–4 mēnešus no L10 darbības laika. Aizstājot to ar lielas slodzes lodveida skrūvi ar tādu pašu nominālo diametru ar divreiz lielāku Ca, šis kalpošanas laiks tiek pagarināts līdz 24–32 mēnešiem - gandrīz par lieluma pakāpi, nemainot iekārtas struktūru.
Šis ir galvenais inženiertehniskais arguments lielas slodzes lodveida skrūvēm lietojumos, kur slodze ir liela, bet nepārsniedz lielas slodzes lodveida skrūves nominālo ietilpību: tā vietā, lai maksātu vairāk par rullīšu skrūvi, norādiet augstas slodzes lodveida skrūvi un izmantojiet papildu kravnesību kā kalpošanas laika rezervi.
Atbalsta vienības prasības lielas slodzes lietojumprogrammām
Lielas slodzes lodveida skrūves uzliek attiecīgi lielus aksiālos spēkus uz atbalsta gultņiem skrūves vārpstas fiksētajā galā. Standarta BK/BF atbalsta vienības, kas paredzētas parastajām lodīšu skrūvēm, nav piemērotas lielas slodzes lodīšu skrūvēm. Atbalsta blokam jābūt tādam izmēram, lai tas atbilstu skrūves nominālajai slodzei.
Gultņa veida izvēle
Fiksētā{0}}gala atbalsta bloka gultņa tipu nosaka aksiālās slodzes lielums:
Leņķa kontakta lodīšu gultņi (60 grādu kontakta leņķis):Izmanto lielas slodzes darbiem, kur vienmērīga rotācija un minimāla berze ir prioritāte. 60 grādu kontakta leņķis nodrošina augstu aksiālo stingrību un kravnesību attiecībā pret gultņa izmēru. P4 klases gultņi ir standartaprīkojumā lielas slodzes lodīšu skrūvju atbalsta vienībām, lai samazinātu noplūdi un saglabātu pozicionēšanas precizitāti.
Konusveida rullīšu gultņi:Norādīts, ja ļoti lielas aksiālās slodzes un lielas radiālās slodzes kombinācija pārsniedz to, ko spēj izturēt leņķa kontakta lodīšu gultņi. Konusveida rullīšu gultņi nodrošina lielāku kombinēto slodzes jaudu, taču tiem ir nepieciešams precīzāks priekšslodzes iestatījums, un tie rada lielāku berzi lielā ātrumā.
Dziļo rievu lodīšu gultņi:Izmanto skrūves vārpstas peldošajā (atbalstītajā) galā, kur ir nepieciešams tikai radiāls ierobežojums un gultnim ir jānodrošina vārpstas aksiālā termiskā izplešanās, neradot iekšējo spriegumu.
Atbalsta vienības konfigurācijas
Augstas slodzes lodveida skrūvju fiksētajos{0}}gala atbalsta blokos tiek izmantoti trīs gultņu izvietojumi:
DF (aci pret aci -pret-):Divi leņķa kontakta gultņi, kas uzstādīti pretējos virzienos. Tiek galā ar aksiālo slodzi abos virzienos ar vienādu jaudu. Standarta izvēle vispārīgiem lielas slodzes lietojumiem, kur notiek slodzes maiņa.
DFD (Tandēms + seja):Viens gultnis vienā pusē un divi gultņi otrā pusē. Asimetrisks izvietojums lietojumiem ar dominējošu aksiālās slodzes virzienu - pusei ar diviem gultņiem ir ievērojami lielāka aksiālā slodze nekā DF konfigurācijai. Izmanto presēšanas un iespīlēšanas asīs, kur darba gājiena slodze ir daudz lielāka par atgriešanās gājienu.
DFF (tandēms + tandēms):Divi gultņi katrā virzienā. Maksimālā aksiālā slodze abos virzienos. Paredzēts lietojumiem ar vislielāko slodzi, kur DF izvietojums nav pietiekams.
Gultņa priekšslodze
Fiksētie{0}}gala gultņi lielas slodzes atbalsta blokos ir rūpnīcā-iepriekš noslogoti, lai novērstu iekšējo klīrensu un uzlabotu aksiālo stingrību. Priekšslodzes lielums nosaka atbalsta bloka palaišanas griezes momentu -, kas ir gultņa izvietojuma raksturīgā īpašība, kas jāņem vērā piedziņas sistēmas griezes momenta budžetā.
Sākotnējai uzstādīšanai gultņi ir iepriekš-ieeļļoti. Lielas slodzes lietojumiem ar prasīgiem darba cikliem, izvēles eļļošanas atveres nodrošina periodisku atkārtotu eļļošanu, neizjaucot atbalsta bloku.
Lietojumprogrammu piemēri
Smagie darbgaldu cirvji
Lielos apstrādes centros, grīdas{0}}tipa urbjmašīnās un lieljaudas-frēzmašīnās tiek izmantotas lodveida skrūvju piedziņas uz asīm, kuru griešanas spēks ir diapazonā no 50 līdz 500 kN. Šajos slodzes līmeņos standarta lodīšu skrūves priekšlaicīgi sabojājas neatkarīgi no eļļošanas un apkopes režīma.
Augstas slodzes lodveida skrūves to novērš, palielinot Ca līdz līmenim, kurā standarta kalpošanas laika aprēķins nodrošina reālu apkopes intervālu. Tā vietā, lai nomainītu lodveida skrūvi ik pēc dažiem mēnešiem, iekārta var darboties gadiem ilgi starp plānotajiem kapitālremontiem.
Iesmidzināšanas formēšanas iespīlēšanas vienības
Elektriskām iesmidzināšanas formēšanas mašīnām ir nepieciešams liels aksiālais spēks īsa gājiena laikā, lai aizvērtu un nofiksētu veidni -, parasti 200–600 kN 10–50 mm gala iespīlēšanas gājienā. Pilns iespīlēšanas bloka gājiens aptver daudz lielāku attālumu ar mazu spēku, un lielais spēks rodas tikai pēdējā daļā.
Augstas slodzes lodveida skrūves ir labi piemērotas šim darba ciklam, jo gājiena lielā spēka daļa ir īsa un slodze ir periodiska, nevis nepārtraukta. Rullīšu skrūve nenodrošina kalpošanas laika priekšrocības salīdzinājumā ar lielas slodzes lodveida skrūvēm šajā pielietojumā, jo lodīšu skrūvēm ir labvēlīgi saskares apstākļi - darba cikls ļauj siltuma atjaunošanos starp šāvieniem.
Metāla formēšanas un taisnošanas iekārtas
Taisnošanas mašīnām, cauruļu liekšanas iekārtām un metāla formēšanas presēm ir nepieciešams liels aksiālais spēks kontrolētai pārvietošanai. Šīs lietojumprogrammas bieži vien ir tiešs hidraulisko cilindru aizstājējs, kur elektriskās lodveida skrūvju piedziņas nodrošina labāku pozīcijas kontroli, programmējamus spēka profilus un zemākas apkopes izmaksas nekā hidrauliskās sistēmas.
Augstas slodzes lodveida skrūves var nodrošināt spēkus, kas ir salīdzināmi ar daudziem hidraulisko cilindru lietojumiem mehāniski vienkāršākā iepakojumā. Spēkiem virs 1000 kN rullīšu skrūves kļūst par vēlamo iespēju, jo tās nodrošina lielāku slodzes blīvumu uzstādīšanas apvalkā.
Biežākās kļūdas, izvēloties lielas slodzes skrūves
Pēc noklusējuma tiek izmantotas rullīšu skrūves jebkurai slodzei virs 100 kN, nepārbaudot augstas slodzes lodveida skrūvju specifikācijas.
Daudzi inženieri izvēlas rullīšu skrūves, pamatojoties uz vispārīgām zināšanām par tehnoloģiju, nevis pārbaudot, vai lielas slodzes lodveida skrūve ir piemērota lietošanai. Slodzēm līdz aptuveni 1000–1500 kN pirms rullīšu skrūves noteikšanas vienmēr ir jānovērtē lielas slodzes lodveida skrūve.
Izmantojot standarta BK/BF atbalsta vienības ar lielas slodzes lodveida skrūvēm.
Standarta atbalsta vienības ir paredzētas daļai no aksiālās slodzes, ko var radīt lielas slodzes lodveida skrūve. Izmantojot mazizmēra atbalsta vienības, slodze tiek pārnesta uz gultņa korpusu un mašīnas konstrukciju neparedzētā veidā, izraisot priekšlaicīgu atbalsta gultņu bojājumu un iespējamus konstrukcijas bojājumus.
Skrūves izmēra noteikšana līdz maksimālajai momentānai slodzei, nepārbaudot L10 kalpošanas laiku pie vidējās ekvivalentās slodzes.
Maksimālā slodze uz skrūvi var rasties tikai īslaicīgi paātrinājuma laikā vai gājiena beigās. Izmērs stingri atbilst maksimālajai slodzei, kas pārsniedz -norāda skrūvi. L10 mūža aprēķinos tiek izmantota līdzvērtīga vidējā slodze visā darba ciklā, kas atspoguļo faktisko slodžu sadalījumu un ātrumu, ko uzgrieznis piedzīvo normālas darbības laikā.
Neņem vērā garu lielas slodzes lodveida skrūvju vārpstu aksiālo termisko izplešanos.
10-metrus augsta slodzes lodveida skrūves vārpsta paplašināsies par aptuveni 0,12 mm uz vienu grādu pēc Celsija. Fiksētā -fiksētā atbalsta konfigurācijā šī termiskā izplešanās vārpstā rada spiedes spriegumu, kas palielina uzgriežņa un atbalsta gultņu priekšslodzi. Garām lielas slodzes lodveida skrūvēm ir jāizmanto fiksēta peldoša gala atbalsta konfigurācija, lai nodrošinātu aksiālo termisko izplešanos, neradot iekšējo spriegumu.
Kopsavilkums: Kā strukturēt atlases lēmumu
Ja saskaraties ar lielu aksiālo slodzi, izmantojiet šo secību:
- Definējiet maksimālo aksiālo slodzi, vidējo ekvivalento slodzi, gājienu un darba cikluar pēc iespējas lielāku precizitāti. L10 dzīves aprēķins ir tikpat labs kā ievades dati.
- Pārbaudiet, vai ir pieejama lielas slodzes lodveida skrūve vajadzīgajā Ca.Augstas slodzes lodveida skrūves ir paredzētas līdz 1440 kN dinamiskajai slodzei. Ja pielietojums ietilpst šajā diapazonā, vispirms ir jāizvērtē lielas slodzes lodveida skrūve.
- Aprēķiniet L10 kalpošanas laiku lielas slodzes lodveida skrūvei pie vidējās ekvivalentās slodzes.Ja aprēķinātais kalpošanas laiks atbilst apkopes intervāla prasībām, norādiet lielas slodzes lodveida skrūvi. Ja nē, vai nu palieliniet vārpstas diametru, vai novērtējiet rullīšu skrūvi.
- Izvēlieties atbalsta vienības konfigurācijupamatojoties uz maksimālo aksiālo slodzi, slodzes virzienu un ātrumu. Pārbaudiet, vai atbalsta gultņa nominālā vērtība pārsniedz maksimālo aksiālo slodzi ar atbilstošu drošības rezervi.
- Novērtējiet kopējās īpašuma izmaksas, ne tikai sākotnējās sastāvdaļas izmaksas. Rullīšu skrūve, kas kalpo divreiz ilgāk nekā lielas slodzes lodveida skrūve, ne vienmēr ir rentablāka, ja augstas slodzes lodveida skrūve ir viena-trešdaļa no cenas.
- Norādiet rullīšu skrūvi tikai tad, jaslodze pārsniedz augstas slodzes lodveida skrūves diapazonu, darba cikls ir nepārtraukts pie lielas slodzes vai uzstādīšanas vieta neļauj izmantot lielāka diametra lielas slodzes lodveida skrūvi.
Vai nepieciešama palīdzība lielas slodzes lodveida skrūves izvēlē?
Ja jūs salīdzināt lielas slodzes lodveida skrūvi ar rullīšu skrūvi lielai slodzei, DLY var palīdzēt apstiprināt piemēroto skrūves diametru, svinu, uzgriežņa veidu, atbalsta vienības izvietojumu un kalpošanas laiku, pamatojoties uz jūsu darba apstākļiem.
Lai saņemtu tehnisko specifikāciju un piedāvājumu, lūdzu, kopīgojiet savu maksimālo aksiālo slodzi, gājiena garumu, darba ciklu, nepieciešamo precizitāti un uzstādīšanas vietu.
