Kui teie instinkt on rullkruvi, võib see instinkt teie masina disainile maksta rohkem kui vaja. Suure koormusega kuulkruvitehnoloogia viimase kümnendi jooksul tehtud edusammud on arvutust märkimisväärselt - muutnud ja paljude suure koormusega rakenduste puhul tagab suure koormusega kuulkruvi nüüd samaväärse jõudluse vähem kui poole odavamalt kui võrreldav rullkruvi.
See artikkel käsitleb seda, kuidas need kaks tehnoloogiat kontaktmehaanika tasemel erinevad, kus kumbki toimib paremini, kuidas tegelik kulu ja suurus{0}}mööndus välja näeb ning kuidas struktureerida valikuotsust konkreetse koormuse, käigu ja töötsükli jaoks.
Miks kandevõime erineb: võtke ühendust mehaanikutega
Põhiline erinevus kuulkruvi ja rullkruvi vahel on rullelemendi geomeetria ja selle kontakt keermega.
Kuulkruvi: punktkontakt
Tavalises kuulkruvis veerevad teraskuulid võlli ja mutri spiraalsete soonte vahel. Iga kuul puutub soonega kokku ühes punktis (või koormuse all väga väikese kontaktellipsiga). Koormus jaotub kõigi ahelas olevate kuulide vahel, kuid iga kontaktpunkt kannab märkimisväärset osa kogu jõust.
Punktkontakt tekitab kontakttsoonis suure lokaalse pinge. Raskete koormuste korral piirab see pinge kasutusiga, kuna väsimuskahjustused tekivad nendest kõrgetest{1}}pingepunktidest. Standardse kuulkruvi kandevõimet piirab seetõttu maksimaalne kontaktpinge, mida kuul ja jooksutee materjal vajaliku arvu tsüklite jooksul taluda suudab.
Rullkruvi: liinikontakt
Rullkruvis asendab keermestatud rullide komplekt pallid veerevate elementidena. Iga rull puutub kruvikeermega kokku piki joont, mitte punktis - põhimõtteliselt erinevat kontakti geomeetriat. Joonekontakt jaotab koormuse palju suuremale pinnale, mis vähendab sama rakendatud jõu tipppinget.
Tulemuseks on see, et kuulkruviga sama nimiläbimõõduga rullkruvi suudab kanda oluliselt suuremaid koormusi ja talub rohkem töötsükleid, enne kui väsimuskahjustused kogunevad. Rullkruvid säilitavad selle eelise ka kogu töökiiruse vahemikus.
Suure koormusega kuulkruvi: projekteeritud punktkontakt
Suure koormusega kuulkruvid kuuluvad kolmandasse kategooriasse. Selle asemel, et muuta kontakti geomeetriat punktist joonele, suurendab konstruktsioon kontaktpunktide arvu ja suurust muudetud keermeprofiilide ja suurema kuuli läbimõõduga. Spetsiaalsed keermegeomeetriad -, sealhulgas kõrgete kontaktnurkade jaoks optimeeritud gooti kaareprofiilid - suurendavad kontaktpinda kuuli kohta, suurendavad koormust mutri pikkuse ühiku kohta ja jaotavad koormuse ühtlasemalt kogu kuuli ahelas.
Tulemuseks on kuulkruvi, mille dünaamiline koormus on neli kuni kaheksa korda suurem kui tavalisel sama läbimõõduga kuulkruvil, mis saavutatakse ilma rullkruvi keermevormi valmistamiseta.
Kandevõime ja maksumus: tegelikud numbrid
Suure koormusega kuulkruvide jõudluse parandamisega kaasneb otsene kulude võrdlus.
Samaväärsete dünaamiliste koormuste ja võrreldavate töötingimuste korral maksab suure koormusega kuulkruvi tavaliselt 40–60% vähem kui rullkruvi. Kulude erinevus tuleneb valmistamise keerukusest: rull-kruvi keermevormid nõuavad nii kruvi- kui ka rullkeermeprofiilide täpset töötlemist, täpset rulli eelpingestamist ja rangemaid tolerantse. Kuulkruvid - isegi suure koormusega variandid - kasutavad lihtsamat tootmisprotsessi, mida on aastakümnete pikkuse tööstusliku tootmise jooksul täiustatud.
Suure koormusega kuulkruvid on saadaval järgmistes mudelites:
| Parameeter | Tüüpiline vahemik |
|---|---|
| Võlli läbimõõt | Kuni 160 mm |
| Kruvi pikkus | Kuni 15 meetrit |
| Seadistamine | Üks mutter või topeltmutter |
| Dünaamiline koormusreiting (Ca) | Kuni 1440 kN |
| Täpsusaste | C3–C7 olenevalt rakendusest |
Need spetsifikatsioonid hõlmavad enamikku rasketest tööpinkidest, survevaludest ja metallivormimisrakendustest, kus rullkruvid on ajalooliselt määratletud.
Kus iga tehnoloogia töötab paremini
Kumbki tehnoloogia pole universaalselt parem. Õige valik sõltub kolmest peamisest rakenduse parameetrist: koormuse suurus, töötsükkel ja käigu pikkus.
Kui suure koormusega kuulkruvid on parem valik
Rasked koormused mõõduka töötsükli korral.Kui telg kannab suuri aksiaalseid koormusi, kuid ei tööta pidevalt - sissepritseklambrid, pressteljed, sirgendusmasinad -, tagab suure koormusega kuulkruvi vajaliku kandevõime oluliselt väiksemate kuludega. Töötsükkel annab palliahelale koormustsüklite vahel aega termiliseks taastumiseks.
Pikad löögid suure koormuse all.Suure koormusega kuulkruve toodetakse kuni 15-meetrise võlli pikkusega. Samaväärse pikkuse ja koormusega rullkruvid on oluliselt kallimad ja neid on raskem hankida. Pika käiguga-raskete telgede - suurte tööpinkide laudade jaoks on ülekandeliinide - jaoks suure koormusega kuulkruvi sageli ainus praktiline kuul-tüüpi lahendus.
Kulutundlikud{0}}rakendused, kus samaväärne jõudlus on vastuvõetav.Kui suure koormusega kuulkruvi kandevõime ühtib või ületab rakendusnõudeid, ei ole rullkruvi lisakulul mehaanilist õigustust. Lisatasu maksab kontaktgeomeetria eeliste eest, mis on olulised ainult tingimustes, kus suure koormusega kuulkruvi on juba piiratud.
Kasutusea pikendamine olemasolevates kuulkruvide rakendustes.Kui tavaline kuulkruvi puruneb enneaegselt suure koormuse korral, võib selle asendamine sama läbimõõduga suure koormusega kuulkruviga kahekordistada koormuse reitingut ja pikendada kasutusiga kuni kaheksa korda ilma masina struktuuri või tugiüksuse konfiguratsiooni muutmata.
Kui rullkruvid on õige valik
Ekstreemsed koormused kompaktses ümbrikus.Kui koormuse nõue ületab suure koormusega kuulkruvi saadaoleva võlli läbimõõduga - tavaliselt üle 1500–2000 kN suurima suure koormusega kuulkruvi - puhul, tagab rullkruvi suurema koormustiheduse läbimõõduühiku kohta. Kui paigaldusruum takistab suurema läbimõõduga kuulkruvi kasutamist, võib ainsaks lahenduseks olla väiksema läbimõõduga rullkruvi.
Väga kõrged töötsüklid suurel koormusel.Pidev töötamine suure koormuse all tekitab palli{0}}raja kontaktis soojust. Kuulkruvidel, isegi suure koormusega konstruktsioonidel, on kontaktpunkti geomeetriaga määratud termiline piirang. Rullkruvid, millel on suurem kontaktpind ja väiksem kontaktpinge koormuse ühiku kohta, tekitavad ülekantava jõuühiku kohta vähem soojust ja suudavad taluda suuremaid töötsükleid ilma mutrit ülekuumenemata.
Pikaajaline-omamiskulu suure-tsükliga tööstuslikus tootmises.Rakendustes, mis töötavad päevas mitut vahetust suure koormusega - autopressiliinidel, võib pidev metalli vormimine - rullkruvide pikem väsimuseiga kompenseerida nende kõrgemaid algkulusid. See kompromiss-nõuab üldise reegli asemel konkreetse rakenduse olelustsükli kulu arvutamist.
Otsuste raamistik
| Rakenduse parameeter | Eelista suure koormusega kuulkruvi | Eelista rullkruvi |
|---|---|---|
| Aksiaalne koormus | Kuni ~1440 kN | Üle 1500 kN või äärmuslik koormustihedus |
| Töötsükkel | Mõõdukas kuni kõrge (vahelduv) | Pidev, väga kõrge |
| Löögi pikkus | Kõik, sealhulgas pikad löögid | Lühike kuni keskmine |
| Esialgne kuluprioriteet | Jah | Vähem kriitiline |
| Paigaldusruum | Paindlik | Tugevalt piiratud |
| Olemasoleva kuulkruvi vahetus | Loomulik uuendustee | Vähem ühilduv |
Kasutusaja arvutamine: mida numbrid praktikas tähendavad
Kasutusaja eelise mõistmine nõuab L10 eluea valemi vaatamist. Kuulkruvi mutri nimiväärtus on võrdeline dünaamilise koormuse nimikoormuse ja ekvivalentse dünaamilise koormuse suhte kuubikuga:
L10=(Ca / Pm)³ × konstant
Kus Ca on nimikoormus ja Pm on samaväärne keskmine koormus.
See kuupne suhe tähendab, et kruvi Ca kahekordistamine -, mida teeb suure koormusega kuulkruvi võrreldes tavalise kuulkruviga -, korrutab kasutusiga 2³=8.. Samadel töötingimustel kestab suure koormusega kuulkruvi, mille Ca on kaks korda suurem kui standardse kuulkruvi, kaheksa korda kauem.
Praktiline näide:Tavalise kuulkruvi, mis töötab suures töötluskeskuses suurel koormusel, võib arvutada 3–4 kuud L10 eluiga. Selle asendamine suure koormusega kuulkruviga, millel on sama nimiläbimõõt ja kaks korda suurem Ca, pikendab hinnangulist eluiga 24–32 kuuni - peaaegu suurusjärgu võrra, ilma et masina struktuur muutuks.
See on peamine insenertehniline argument suure koormusega kuulkruvide jaoks rakendustes, kus koormus on suur, kuid ei ületa suure koormusega kuulkruvi nimivõimsust: rullkruvi eest rohkem maksmise asemel määrake suure koormusega kuulkruvi ja kasutage täiendavat kandevõimet kasutusea reservina.
Nõuded tugiüksusele suure koormusega rakenduste jaoks
Suure koormusega kuulkruvid avaldavad kruvivõlli fikseeritud otsas olevatele tugilaagritele vastavalt suured aksiaalsed jõud. Tavapäraste kuulkruvide jaoks mõeldud standardsed BK/BF tugiüksused ei ole suure koormusega kuulkruvide jaoks piisavad. Tugiüksuse suurus peab vastama kruvi nimikoormusele.
Laagri tüübi valik
Fikseeritud{0}}otsa tugiüksuse laagri tüüp määratakse aksiaalse koormuse suuruse järgi:
Nurkkontaktsed kuullaagrid (60-kraadine kontaktnurk):Kasutatakse suure koormusega rakendustes, kus sujuv pöörlemine ja minimaalne hõõrdumine on prioriteetsed. 60-kraadine kontaktnurk tagab laagri suuruse suhtes suure aksiaalse jäikuse ja kandevõime. P4-klassi laagrid on suure koormusega kuulkruvi tugiüksuste standardvarustuses, et minimeerida kulumist ja säilitada positsioneerimistäpsus.
Koonusrull-laagrid:Määratakse siis, kui väga suure aksiaalkoormuse ja suure radiaalkoormuse kombinatsioon ületab nurkkontakti kuullaagrite taluvuse. Koonusrull-laagrid pakuvad suuremat kombineeritud kandevõimet, kuid nõuavad täpsemat eelkoormuse seadistust ja tekitavad suurel kiirusel suuremat hõõrdumist.
Sügava soonega kuullaagrid:Kasutatakse kruvivõlli ujuvas (toestatud) otsas, kus on vaja ainult radiaalset piirangut ja laager peab võimaldama võlli aksiaalset soojuspaisumist ilma sisemist pinget tekitamata.
Tugiüksuse konfiguratsioonid
Suure koormusega kuulkruviga kinnitatud{0}}otste tugiüksustes kasutatakse kolme laagriseadet:
DF (näost-näkku-):Kaks nurga all olevat kontaktlaagrit, mis on paigaldatud vastassuunas. Käsitleb aksiaalset koormust mõlemas suunas võrdse võimsusega. Standardvalik üldiste suure koormusega rakenduste jaoks, kus toimub koormuse ümberpööramine.
DFD (Tandem + nägu):Üks laager ühel ja kaks laagrit teisel pool. Asümmeetriline paigutus domineeriva aksiaalse koormuse suunaga rakenduste jaoks - kahe laagriga külg kannab oluliselt suuremat aksiaalset koormust kui DF konfiguratsioon. Kasutatakse press- ja kinnitustelgedel, kus töökäigu koormus on palju suurem kui tagasilöögikäik.
DFF (tandem + tandem):Mõlemas suunas kaks laagrit. Maksimaalne aksiaalne kandevõime mõlemas suunas. Mõeldud suurima koormusega rakendustele, kus DF paigutus on ebapiisav.
Laagri eelkoormus
Suure koormusega tugiüksuste fikseeritud-otslaagrid on tehases-eellaaditud, et kõrvaldada sisemine kliirens ja parandada aksiaalset jäikust. Eelkoormuse suurus määrab tugiüksuse käivitusmomendi - laagrikorraldusele omane omadus, mida tuleb ajamisüsteemi pöördemomendi eelarves arvesse võtta.
Laagrid on esmaseks paigaldamiseks eelnevalt-määritud. Suure koormuse ja nõudlike töötsüklitega rakenduste jaoks võimaldavad valikulised määrdeavad perioodiliselt määrida ilma tugiüksust lahti võtmata.
Rakenduse näited
Rasked tööpinkide teljed
Suured töötlemiskeskused, põranda{0}}tüüpi puurimisfreesid ja raskeveokite{1}}freespingid kasutavad kuulkruviajamit telgedel, mille lõikejõud on vahemikus 50–500 kN. Nendel koormustasemetel purunevad standardsed kuulkruvid enneaegselt olenemata määrimis- ja hooldusrežiimist.
Suure koormusega kuulkruvid lahendavad selle, suurendades Ca tasemeni, kus standardne eluea arvutus annab realistliku hooldusintervalli. Selle asemel, et vahetada kuulkruvi iga paari kuu tagant, võib masin kavandatud kapitaalremondi vahel töötada aastaid.
Injektsioonvormimise kinnitusüksused
Elektrilised survevalumasinad nõuavad vormi sulgemiseks ja lukustamiseks lühikese käigu jooksul suurt aksiaalset jõudu -, tavaliselt 200–600 kN 10–50 mm lõpliku kinnituskäigu jooksul. Kinnitusüksuse täiskäik katab väikese jõu korral palju pikema vahemaa, kusjuures suur jõud avaldub ainult viimases osas.
Suure koormusega kuulkruvid sobivad selle töötsükliga hästi, kuna löögi suure jõu osa on lühike ja koormus on pigem katkendlik kui pidev. Rullkruvi ei anna selles rakenduses kasutusea eelist suure koormusega kuulkruvi ees, kuna kontakttingimused on kuulkruvide jaoks soodsad - töötsükkel võimaldab võtete vahel soojust taastuda.
Metalli vormimise ja sirgendamise seadmed
Sirgendusmasinad, torude painutusseadmed ja metallivormimispressid nõuavad kontrollitud nihke korral suurt aksiaalset jõudu. Need rakendused on sageli hüdrosilindrite otsene asendaja, kus elektrilised kuulkruviajamid tagavad parema asendikontrolli, programmeeritavad jõuprofiilid ja väiksema hoolduskulu kui hüdrosüsteemid.
Suure koormusega kuulkruvid suudavad mehaaniliselt lihtsamas pakendis pakkuda jõudu, mis on võrreldav paljude hüdrosilindrite rakendustega. Üle 1000 kN jõudude puhul on eelistatud valikuvõimaluseks rullkruvid, kuna need tagavad paigaldusümbrises suurema koormuse tiheduse.
Levinud vead suure koormusega kruvide valimisel
Vaikimisi kasutatakse rullkruvisid iga koormuse puhul, mis on üle 100 kN, ilma suure koormusega kuulkruvi spetsifikatsioone kontrollimata.
Paljud insenerid valivad rullkruvid selle tehnoloogia üldise tundmise põhjal, selle asemel, et kontrollida, kas suure koormusega kuulkruvi on rakenduse jaoks sobiv. Koormuste puhul kuni ligikaudu 1000–1500 kN tuleks enne rullkruvi määramist alati hinnata suure koormusega kuulkruvi.
Kasutades standardseid BK/BF tugiseadmeid suure koormusega kuulkruvidega.
Standardsed tugiüksused on ette nähtud murdosa jaoks telgkoormustest, mida suure koormusega kuulkruvi võib tekitada. Alamõõduliste tugiüksuste kasutamine kannab koormust laagrikorpusele ja masina konstruktsioonile viisil, mis pole selleks ette nähtud, põhjustades tugilaagrite enneaegset riket ja võimalikke konstruktsioonikahjustusi.
Kruvi suuruse määramine maksimaalse hetkekoormuse järgi, kontrollimata L10 eluiga keskmise ekvivalentkoormuse juures.
Kruvi maksimaalne koormus võib ilmneda ainult lühiajaliselt kiirenduse ajal või käigu lõpus. Suuruse määramine rangelt tippkoormusele üle-määrab kruvi. L10 eluea arvutus kasutab samaväärset keskmist koormust kogu töötsükli jooksul, mis arvestab koormuste tegelikku jaotumist ja pöörete arvu, mida mutri tavatöö ajal kogeb.
Ei arvestata pikkade suure koormusega kuulkruvivõllide aksiaalset soojuspaisumist.
10-meetri kõrgune kuulkruvi võll laieneb umbes 0,12 mm Celsiuse kraadi kohta. Fikseeritud-fikseeritud tugikonfiguratsioonis tekitab see soojuspaisumine võllil survepinge, mis suurendab mutri ja tugilaagrite eelkoormust. Pikad suure koormusega kuulkruvid peavad kasutama fikseeritud ujuva otsa tugikonfiguratsiooni, et võimaldada aksiaalset soojuspaisumist ilma sisemist pinget tekitamata.
Kokkuvõte: kuidas struktureerida valikuotsust
Kui seisate silmitsi suure aksiaalkoormusega, kasutage järgmist järjestust:
- Määrake maksimaalne aksiaalkoormus, keskmine ekvivalentkoormus, käik ja töötsükkelvõimalikult suure täpsusega. L10 eluea arvutus on sama hea kui sisendandmed.
- Kontrollige, kas suure koormusega kuulkruvi on saadaval vajalikus Ca.Suure koormusega kuulkruvid on hinnatud kuni 1440 kN dünaamilisele koormusele. Kui rakendus jääb sellesse vahemikku, tuleks esimesena hinnata suure koormusega kuulkruvi.
- Arvutage suure koormusega kuulkruvi L10 eluiga keskmise ekvivalentkoormuse juures.Kui arvutatud eluiga vastab hooldusintervalli nõudele, määrake suure koormusega kuulkruvi. Kui ei, siis suurendage võlli läbimõõtu või hinnake rullkruvi.
- Valige tugiüksuse konfiguratsioonpõhineb maksimaalsel aksiaalkoormusel, koormuse suunal ja kiirusel. Veenduge, et tugilaagri nimiväärtus ületab maksimaalse aksiaalkoormuse sobiva ohutusvaruga.
- Hinnake omamise kogumaksumust, mitte ainult esialgse komponendi maksumus. Rullkruvi, mis kestab kaks korda kauem kui suure koormusega kuulkruvi, ei ole tingimata kuluefektiivsem-, kui suure koormusega kuulkruvi on kolmandiku hinnast.
- Määrake rullkruvi ainult siis, kuikoormus ületab suure koormusega kuulkruvi vahemikku, töötsükkel on suure koormuse korral pidev või paigaldusruum takistab suurema läbimõõduga suure koormusega kuulkruvi kasutamist.
Kas vajate abi suure koormusega kuulkruvi valimisel?
Kui võrdlete suure koormusega kuulkruvi suure koormusega rakenduste jaoks mõeldud rullkruviga, aitab DLY teie töötingimustest lähtuvalt kindlaks teha sobiva kruvi läbimõõdu, juhtme, mutri tüübi, tugiüksuse paigutuse ja kasutusea.
Tehnilise spetsifikatsiooni ja hinnapakkumise saamiseks jagage oma maksimaalset aksiaalset koormust, käigu pikkust, töötsüklit, nõutavat täpsust ja paigaldusruumi.
