ปัจจัยด้านความปลอดภัยสำหรับบอลสกรูแบบมีระยะนำขนาดใหญ่

การพิจารณาปัจจัยด้านความปลอดภัยสำหรับบอลสกรูที่มีตะกั่วขนาดใหญ่นั้นต้องมากกว่าการแบ่งโหลดที่เสียหายเพียงครั้งเดียวด้วยโหลดการทำงานปกติ ต้องตรวจสอบความสามารถในการรับน้ำหนักคงที่ อายุการใช้งานความล้า การโก่งของเพลา ความเร็ววิกฤติ ความเร็วการไหลเวียนของลูกบอล และแรงบิดของไดรฟ์แยกกัน

ในบทความนี้ "ลีดสกรูขนาดใหญ่" หมายถึงบอลสกรูที่มีการเคลื่อนที่เชิงเส้นค่อนข้างมากต่อรอบการหมุน โดยทั่วไปแล้ว DLY จะถือว่าสายที่มีขนาด 10 มม. ขึ้นไปเป็นตัวเลือกที่มีสายตะกั่วสูง วิธีการคำนวณสำหรับลีดสกรูแบบเลื่อนสี่เหลี่ยมคางหมูหรือ ACME นั้นแตกต่างกัน และไม่ควรผสมกับวิธีบอลสกรูด้านล่าง

เหตุใดปัจจัยด้านความปลอดภัยเพียงอย่างเดียวจึงไม่เพียงพอ

โหมดความล้มเหลวที่แตกต่างกันใช้ความสามารถในการโหลดและวิธีการคำนวณที่แตกต่างกัน บอลสกรูอาจมีความสามารถในการรับน้ำหนักคงที่เพียงพอ แต่ยังไม่เหมาะสมเนื่องจากเพลาสามารถงอได้ ความเร็วการหมุนเข้าใกล้ความเร็ววิกฤต หรืออายุความล้าที่คำนวณได้สั้นเกินไป

ขั้นตอนที่ 1: คำนวณโหลดตามแนวแกนสูงสุด

ขั้นตอนแรกคือการกำหนดแรงตามแนวแกนสูงสุดที่บอลสกรูอาจได้รับ อย่าใช้เพียงมวลของส่วนประกอบที่กำลังเคลื่อนที่

โหลดตามแนวแกนสูงสุดอาจรวมถึง: ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเครื่องจักร

• แรงโน้มถ่วงบนแกนตั้งหรือแกนเอียง
• ความเร่งและความหน่วง
• การตัดเฉือน การกด หรือแรงในกระบวนการ
• ความต้านทานของตัวนำ ซีล และสายโซ่
• ถ่วงน้ำหนักหรือแรงสมดุล
• การชะลอความเร็วแบบหยุดฉุกเฉิน
• การกระแทก การชน หรือความไม่แน่นอนของโหลด หากมี

แรงเร่งความเร็วสามารถประมาณได้โดยใช้:

เอฟ_ก= ม × ก

ที่ไหนมคือมวลที่เคลื่อนที่เป็นกิโลกรัม และกคือความเร่งเชิงเส้นเป็นเมตรต่อวินาทียกกำลังสอง

สำหรับแกนยกแนวตั้ง แรงขับขึ้นโดยประมาณก่อนเกิดความต้านทานเพิ่มเติมคือ:

F = ม × (ก + ก)

น้ำหนักบรรทุกระหว่างการเคลื่อนที่ลง การเบรก และการหยุดฉุกเฉินควรคำนวณแยกกัน เนื่องจากทิศทางและขนาดอาจเปลี่ยนแปลงได้

ขั้นตอนที่ 2: ตรวจสอบปัจจัยด้านความปลอดภัยของการโหลดแบบคงที่

อัตราโหลดตามแนวแกนคงที่พื้นฐาน ซึ่งปกติระบุเป็น C_0กเกี่ยวข้องกับการเสียรูปถาวรที่หน้าสัมผัสลูกบอลและร่องน้ำ มันไม่เหมือนกับ "ภาระการแตกหักขั้นสูงสุด"

ปัจจัยด้านความปลอดภัยแบบคงที่พื้นฐานสามารถแสดงเป็น:

ฉ_ส= ค_0ก۞F_{สูงสุด}

ที่ไหน:

• ฉ_ส= ปัจจัยด้านความปลอดภัยของโหลดคงที่
• ค_0ก= อัตราโหลดตามแนวแกนคงที่พื้นฐาน
• เอฟ_{สูงสุด}= โหลดตามแนวแกนสมมูลสูงสุด

ปัจจัยขั้นต่ำที่ต้องการควรเป็นไปตามข้อมูลทางเทคนิคของผู้ผลิตและสภาพการโหลดของเครื่อง การทำงานที่ราบรื่น การสั่นสะเทือน การกระแทก การหยุดฉุกเฉิน และผลที่ตามมาด้านความปลอดภัย ต้องใช้ส่วนต่างที่แตกต่างกัน ไม่ควรใช้ค่าสากลเช่น 1.2, 2 หรือ 3 โดยไม่มีการอ้างอิงถึงข้อกำหนดเฉพาะที่แท้จริง

หากใช้โหลดอย่างเยื้องศูนย์ ไม่ควรเลือกบอลสกรูโดยการเพิ่มปัจจัยนี้เพียงอย่างเดียว โหลดและโมเมนต์ด้านข้างควรแบกโดยรางเชิงเส้น ในขณะที่สกรูและน็อตยังคงอยู่ในแนวที่ถูกต้อง

ขั้นตอนที่ 3: คำนวณโหลดไดนามิกที่เทียบเท่า

อายุการใช้งานของความล้าจะไม่คำนวณจากโหลดสูงสุดเพียงครั้งเดียว เว้นแต่ว่าโหลดนั้นจะทำงานตลอดรอบการทำงานทั้งหมด เมื่อโหลดเปลี่ยนแปลงระหว่างการเร่งความเร็ว การเดินทางด้วยความเร็วคงที่ การประมวลผล และการเคลื่อนที่กลับ ควรคำนวณโหลดไดนามิกที่เทียบเท่ากัน

สำหรับการโหลดคงที่หลายขั้นตอน โหลดที่เทียบเท่ากับน้ำหนักการปฏิวัติอย่างง่ายสำหรับบอลสกรูสามารถแสดงเป็น:

เอฟ_ม= ∛[(ฟ₁³เอ็น₁+ เอฟ₂³เอ็น₂+ …) ۞ (น₁+ เอ็น₂+ …)]

ที่ไหนเอฟ_มคือโหลดตามแนวแกนไดนามิกที่เทียบเท่าและเอ็นหมายถึงจำนวนรอบการหมุนที่เสร็จสมบูรณ์ภายใต้การโหลดแต่ละครั้ง

ทิศทางการโหลด พรีโหลด และลำดับการทำงานอาจส่งผลต่อการคำนวณที่ถูกต้อง ใช้วิธีการคำนวณอายุการใช้งานของผู้ผลิตที่เลือกเมื่อเสร็จสิ้นการออกแบบ

ขั้นตอนที่ 4: คำนวณชีวิตความเหนื่อยล้าที่กำหนด

โดยทั่วไปอายุพิกัดของบอลสกรูจะคำนวณจากพิกัดโหลดตามแนวแกนแบบไดนามิกพื้นฐาน C_กและโหลดตามแนวแกนไดนามิกที่เทียบเท่า F_ม: :

ล₁₀= (ค_ก۞F_ม)³× 10⁶การปฏิวัติ

นี่คืออายุการใช้งานตามพิกัดความล้าขณะหมุนทางสถิติ ไม่ใช่การรับประกันว่าสกรูทุกตัวจะทำงานตามจำนวนรอบที่แน่นอน การปนเปื้อน การหล่อลื่นที่ไม่ดี การวางแนวที่ไม่ถูกต้อง การกระแทก และพรีโหลดที่ไม่ถูกต้องอาจทำให้เกิดความล้มเหลวก่อนหน้านี้ได้

หากทราบความเร็วการหมุนเฉลี่ย รอบสามารถแปลงเป็นชั่วโมงการทำงานโดยประมาณได้:

ชีวิตในหน่วยชั่วโมง = ลิตร₁₀۞ (60 × รอบต่อนาทีเฉลี่ย)

ควรเลือกพิกัดโหลดไดนามิกที่เหมาะสมจากอายุการใช้งานที่ต้องการ ไม่ใช่โดยการใช้ตัวคูณวัตถุประสงค์ทั่วไปกับโหลดการทำงาน

ขั้นตอนที่ 5: ตรวจสอบการโก่งงอภายใต้การบีบอัด

บอลสกรูยาวภายใต้แรงอัดอาจไม่เสถียรและโค้งงอได้ แม้ว่าคะแนนการรับน้ำหนักคงที่ของน็อตบอลจะเพียงพอก็ตาม สิ่งนี้สำคัญอย่างยิ่งกับแกนยกในแนวตั้งและแกนแนวนอนยาวที่ดันแทนที่จะดึงน้ำหนัก

โหลดการโก่งงอของออยเลอร์ตามทฤษฎีสัมพันธ์กับ:

ป_cr= π²ไม่ ۞ (CL)²

ที่ไหน:

• และ= โมดูลัสยืดหยุ่นของวัสดุสกรู
• ฉัน= โมเมนต์ที่สองของพื้นที่โดยพิจารณาจากเส้นผ่านศูนย์กลางรูสกรู
• ล= ความยาวสกรูที่ไม่รองรับ
• เค= ตัวประกอบความยาวประสิทธิผลที่กำหนดโดยเงื่อนไขส่วนรองรับปลาย

สำหรับส่วนวงกลม:

ฉัน = πd_ร⁴۞ 64

เส้นผ่านศูนย์กลางของรูตไม่เพียงแต่เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกที่ระบุเท่านั้นที่ควรใช้ โหลดแรงอัดที่อนุญาตจริงจะต้องมีระยะขอบที่เหมาะสมต่ำกว่าโหลดการโก่งงอตามทฤษฎี และปฏิบัติตามวิธีการคำนวณของผู้ผลิต

ความต้านทานการโก่งงอจะเปลี่ยนแปลงอย่างมากเมื่อมีความยาวที่ไม่รองรับ เนื่องจากโหลดวิกฤตจะแปรผกผันกับกำลังสองของความยาวนั้น

ขั้นตอนที่ 6: ตรวจสอบความเร็ววิกฤต

สกรูที่หมุนได้ยาวสามารถสั่นหรือแส้เมื่อความเร็วการหมุนเข้าใกล้ความถี่ธรรมชาติ ความเร็ววิกฤตขึ้นอยู่กับ:

• เส้นผ่านศูนย์กลางของรูสกรู
• ระยะห่างระหว่างการรองรับที่มีประสิทธิภาพ
• เงื่อนไขการสิ้นสุดแบบคงที่ รองรับ หรือแบบอิสระ
• ความตรงและการจัดแนวการติดตั้ง

ความเร็วในการทำงานจะต้องต่ำกว่าความเร็วที่อนุญาตซึ่งคำนวณโดยใช้ปัจจัยเงื่อนไขการสนับสนุนของซัพพลายเออร์และอัตรากำไรขั้นต้นที่แนะนำ

สายตะกั่วขนาดใหญ่สามารถลดรอบต่อนาทีของสกรูที่ต้องการสำหรับความเร็วเชิงเส้นที่กำหนด:

รอบต่อนาทีที่ต้องการ = ความเร็วเชิงเส้น ÷ ตะกั่ว

ตัวอย่างเช่น การบรรลุความเร็ว 20,000 มม./นาที ต้องใช้ความเร็วประมาณ 2,000 รอบต่อนาทีด้วยสายวัด 10 มม. แต่เพียง 800 รอบต่อนาทีด้วยสายวัด 25 มม. ซึ่งสามารถช่วยในเรื่องข้อจำกัดความเร็ววิกฤตได้ แม้ว่าการตรวจสอบอื่นๆ ยังคงจำเป็นอยู่ก็ตาม

ขั้นตอนที่ 7: ตรวจสอบค่า DN และขีดจำกัดการไหลเวียนของลูกบอล

แม้ว่าเพลาสกรูจะยังต่ำกว่าความเร็ววิกฤต น็อตกลมอาจมีขีดจำกัดความเร็วการหมุนของตัวเอง การไหลเวียนของลูกบอลทำให้เกิดการกระแทก แรงเสียดทาน และความร้อนในขณะที่ลูกบอลเข้าและออกจากสนามแข่งที่บรรทุกสัมภาระ

ผู้ผลิตอาจระบุความเร็วหรือค่า DN ที่อนุญาตโดยพิจารณาจากเส้นผ่านศูนย์กลางของสกรูและความเร็วในการหมุน คำจำกัดความที่แน่นอนและค่าที่อนุญาตควรนำมาจากข้อกำหนดเฉพาะของผลิตภัณฑ์ที่เลือก

อย่าคิดว่าน็อตตะกั่วขนาดใหญ่ทุกตัวจะเหมาะกับความเร็วสูง โครงสร้างคืน ขนาดลูกปืน การหล่อลื่น พรีโหลด และความแม่นยำในการประกอบ ล้วนส่งผลต่อความเร็วการทำงานที่อนุญาต

ขั้นตอนที่ 8: คำนวณแรงบิดในการขับขี่ที่ต้องการ

แรงบิดโดยประมาณที่จำเป็นในการสร้างแรงตามแนวแกนผ่านบอลสกรูสามารถประมาณได้ดังนี้:

T = F × P ۞ (2πη)

ที่ไหน:

• ต= แรงบิดในการขับเคลื่อน
• เอฟ= แรงตามแนวแกน
• ป= ตะกั่วบอลสกรู
• η= ประสิทธิภาพเชิงกล

สำหรับแรงในแนวแกนเดียวกัน โดยทั่วไปแล้ว สายตะกั่วที่ใหญ่กว่านั้นต้องการแรงบิดในการขับเคลื่อนที่มากกว่า แม้ว่าจะทำให้เกิดการเคลื่อนที่เชิงเส้นต่อการปฏิวัติมากกว่าก็ตาม

การคำนวณมอเตอร์ยังต้องรวมสกรู ข้อต่อ รอก มอเตอร์ และความเฉื่อยในการเคลื่อนย้ายน้ำหนักด้วย ควรตรวจสอบแรงบิดเร่งความเร็วสูงสุด แรงบิดต่อเนื่อง แรงบิดหยุดฉุกเฉิน และขีดจำกัดความเร็วมอเตอร์แยกกัน

ขั้นตอนที่ 9: ตรวจสอบการตัดเฉือนปลายและแบริ่งรองรับ

การเลือกน็อตลูกปืนที่มีอัตราการรับน้ำหนักเพียงพอไม่ได้รับประกันว่าการประกอบทั้งหมดจะปลอดภัย ปลายสกรูกลึงและแบริ่งรองรับจะต้องส่งแรงตามแนวแกนและแรงบิดในการขับเคลื่อนเท่ากัน

ตรวจสอบ:

• อัตราโหลดตามแนวแกนของแบริ่งด้านคงที่
• พรีโหลดและความแข็งแกร่งของแบริ่ง
• เส้นผ่านศูนย์กลางเบาะนั่งและความแข็งแรงของไหล่
• ความแข็งแรงของเกลียวและน็อตล็อค
• การเชื่อมต่อแบบรูกุญแจ แบบแบน หรือแบบคลัปปลิ้ง
• ความเค้นตามแนวแกนและแรงบิดรวมในปลายสกรู

เส้นผ่านศูนย์กลางปลายกลึงขนาดเล็กอาจกลายเป็นส่วนที่อ่อนแอที่สุด แม้ว่าเพลาสกรูหลักและน็อตจะมีกำลังเพียงพอก็ตาม

ดู ดีลี่หน่วยรองรับบอลสกรูเมื่อตรวจสอบตลับลูกปืนและการจัดวางการติดตั้ง

ขั้นตอนที่ 10: เพิ่มมาตรการความปลอดภัยสำหรับแกนแนวตั้ง

โดยทั่วไปบอลสกรูมีประสิทธิภาพเชิงกลสูงและสามารถขับเคลื่อนกลับได้ ดังนั้นภาระในแนวตั้งจึงอาจเคลื่อนลงมาและหมุนสกรูได้หากถอดแรงบิดของมอเตอร์ออก

ระบบแนวตั้งควรมีเบรกมอเตอร์ การถ่วงดุล อุปกรณ์จับยึดเชิงกล หรือมาตรการควบคุมความเสี่ยงอื่นๆ ที่เหมาะสม การเพิ่มปัจจัยด้านความปลอดภัยของบอลสกรูไม่ได้ทำให้กลไกล็อคตัวเอง

การออกแบบด้านความปลอดภัยควรพิจารณาถึงการสูญเสียกำลัง ข้อต่อขัดข้อง เบรกขัดข้อง การหยุดฉุกเฉิน และสภาวะการบำรุงรักษา ไม่ใช่แค่การทำงานของมอเตอร์ตามปกติเท่านั้น

ข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการคัดเลือก

เตรียมข้อมูลต่อไปนี้ก่อนคำนวณบอลสกรูตะกั่วขนาดใหญ่:

• มวลเคลื่อนที่และทิศทางการติดตั้ง
• กระบวนการสูงสุดและแรงภายนอก
• การเร่งความเร็ว การชะลอความเร็ว และอัตราการหยุดฉุกเฉิน
• ความเร็วเชิงเส้นและลีดสกรูที่ต้องการ
• ความยาวรวมของสกรูและระยะรองรับ
• การจัดการสิ้นสุดแบบคงที่ รองรับ หรือแบบอิสระ
• โหลดและความเร็วในแต่ละส่วนของวงจรการทำงาน
• เวลาทำงานรายวันและอายุการใช้งานที่ต้องการ
• ความแม่นยำ ระยะห่าง หรือพรีโหลดที่ต้องการ
• การหล่อลื่น อุณหภูมิ และสภาวะการปนเปื้อน
• ข้อมูลมอเตอร์ คัปปลิ้ง และแบริ่งรองรับ

ข้อผิดพลาดในการคำนวณทั่วไป

• การใช้โหลดปกติแทนการเร่งความเร็วสูงสุดหรือโหลดหยุดฉุกเฉิน
• ถือว่าคะแนนโหลดคงที่เป็นภาระการแตกหักขั้นสูงสุด
• ใช้ปัจจัยด้านความปลอดภัยประการเดียวสำหรับการโหลดแบบคงที่ ความล้า และการโก่งงอ
• ตรวจสอบความจุของน็อตแต่ไม่สนใจการโก่งของเพลา
• ใช้เส้นผ่านศูนย์กลางที่ระบุแทนเส้นผ่านศูนย์กลางของรูต
• ไม่สนใจความเร็ววิกฤติบนสกรูหมุนยาว
• ไม่สนใจความเร็วการหมุนเวียนที่อนุญาตของน็อตลูกหมาก
• ลืมความสามารถในการรองรับแบริ่งและปลายเครื่องจักรไปได้เลย
• สมมติว่าบอลสกรูแนวตั้งเป็นแบบล็อคในตัว
• การผสมมวลกิโลกรัมกับแรงกิโลกรัมหรือนิวตัน

บทสรุป

ความปลอดภัยของบอลสกรูตะกั่วขนาดใหญ่ไม่สามารถแสดงได้ด้วยปัจจัยสากลเพียงปัจจัยเดียว ความปลอดภัยในการสัมผัสแบบคงที่ อายุการใช้งานของความเมื่อยล้า การโก่งงอของแรงอัด ความเร็ววิกฤต ค่า DN แรงบิดของไดรฟ์ และความสามารถในการรองรับแบริ่งจะต้องได้รับการตรวจสอบแยกต่างหาก

ตะกั่วขนาดใหญ่จะลดความเร็วในการหมุนที่จำเป็นสำหรับความเร็วเชิงเส้นที่กำหนด แต่โดยทั่วไปจะเพิ่มแรงบิดที่จำเป็นสำหรับแรงในแนวแกนเดียวกัน การเลือกขั้นสุดท้ายจะต้องรักษาสมดุลของความเร็ว แรงบิด น้ำหนักบรรทุก ความแข็งแกร่ง อายุการใช้งาน และพื้นที่การติดตั้ง

ดู ดีลี่ผลิตภัณฑ์บอลสกรูสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลาง ลีด ประเภทน็อต และตัวเลือกความแม่นยำที่มี

← กลับไปที่บล็อก DLY