วิธีเลือกบอลสกรูสำหรับการทำงานความเร็วสูง-

การเลือกกบอลสกรูสำหรับการทำงานความเร็วสูง-ไม่ใช่เพียงเรื่องของการเลือกรุ่นที่ทำเครื่องหมายว่า "ความเร็วสูง" ต้องแปลงความเร็วเชิงเส้นที่ต้องการเป็นความเร็วการหมุนของสกรูก่อน หลังจากนั้นจึงจำเป็นต้องตรวจสอบความเร็ววิกฤติ ค่า DN ความยาวเพลา การจัดเรียงตัวรองรับ และสภาวะความร้อน

สกรูอาจมีความสามารถในการรับน้ำหนักเพียงพอแต่ยังคงไม่เหมาะสมสำหรับแกนหมุนเร็ว เนื่องจากความเร็วในการหมุนเข้าใกล้การสั่นพ้องของเพลาหรือเกินความเร็วที่อนุญาตของระบบหมุนเวียนลูกบอล กลับกันเลือกให้ดีบอลสกรูความเร็วสูงสามารถให้การเดินทางที่รวดเร็วโดยยังคงรักษาการเคลื่อนไหวที่มั่นคง อุณหภูมิที่ยอมรับได้ และเสียงรบกวนที่ควบคุมได้

การตรวจสอบต่อไปนี้จะอธิบายวิธีการพิจารณาว่าบอลสกรูเหมาะสำหรับ-แกน CNC ความเร็วสูง เครื่องจักรบรรจุภัณฑ์ อุปกรณ์อัตโนมัติ ระบบการประมวลผลด้วยเลเซอร์ และการใช้งานกำหนดตำแหน่ง-ที่รวดเร็วอื่นๆ หรือไม่

เริ่มต้นด้วยความเร็วเชิงเส้น

โดยปกติแล้ว ข้อมูลจำเพาะของเครื่องจักรจะระบุความเร็วในการเคลื่อนที่เชิงเส้นที่ต้องการ ในขณะที่ขีดจำกัดของบอลสกรูมักแสดงเป็นความเร็วในการหมุน ค่าเหล่านี้เชื่อมต่อกันด้วยตะกั่วสกรู:

ความเร็วเชิงเส้น=ความเร็วตะกั่ว × ความเร็วในการหมุน
v = L × n

v	ความเร็วเชิงเส้น โดยปกติจะแสดงเป็น มม./นาที
L	ตะกั่วบอลสกรู มิลลิเมตร/รอบ
n	ความเร็วในการหมุนของสกรูเป็นรอบต่อนาที

ตัวอย่างเช่น เครื่องจักรที่ต้องการการเคลื่อนที่เชิงเส้น 30,000 มม./นาที จะต้องใช้ลีดสกรูขนาด 10 มม. เพื่อหมุนที่ 3,000 รอบต่อนาที ลีดสกรูขนาด 20 มม. จะให้ความเร็วเชิงเส้นเท่ากันที่ 1,500 รอบต่อนาที

ความเร็วเชิงเส้นที่ต้องการ	สกรูตะกั่ว	รอบต่อนาทีที่ต้องการ	การสังเกตเบื้องต้น
30,000 มม./นาที	5 มม	6,000 รอบต่อนาที	ความเร็วสกรูสูง ขีดจำกัดต้องมีการตรวจสอบอย่างรอบคอบ
30,000 มม./นาที	10 มม	3,000 รอบต่อนาที	ใช้งานได้จริงกับแกนอุตสาหกรรมหลายประเภท
30,000 มม./นาที	20 มม	1,500 รอบต่อนาที	RPM ต่ำลง แต่แรงบิดของมอเตอร์และความละเอียดของตำแหน่งยังคงต้องมีการตรวจสอบ

เส้นลวดที่ใหญ่ขึ้นสามารถลด RPM ที่จำเป็นสำหรับการเดินทางที่รวดเร็ว แต่ก็ไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีที่สุดโดยอัตโนมัติ ตะกั่วยังส่งผลต่อความละเอียดในการป้อน แรงบิดของมอเตอร์ที่ต้องการ การตอบสนองการเร่งความเร็ว และความเป็นไปได้ในการขับขี่ถอยหลัง- ดังนั้นจึงต้องประเมินแกนที่สมบูรณ์แทนที่จะเลือกลีดจากความเร็วเพียงอย่างเดียว

Ball screw suitable for high-speed operation

ตรวจสอบความเร็ววิกฤต

ความเร็ววิกฤตของบอลสกรูสัมพันธ์กับความถี่ธรรมชาติของเพลาสกรูที่กำลังหมุน เมื่อความเร็วการหมุนเข้าใกล้ความถี่นี้ เพลาอาจเริ่มสั่นหรือแส้ การสั่นสะเทือนที่มากเกินไปอาจทำให้เกิดเสียงดัง ตำแหน่งที่ไม่เสถียร แบริ่งเสียหาย และทำงานล้มเหลวก่อนเวลาอันควร

ความเร็ววิกฤตส่วนใหญ่ได้รับอิทธิพลจากเส้นผ่านศูนย์กลางรูของสกรู ความยาวที่ไม่รองรับ และการจัดเรียงส่วนรองรับปลาย- โดยทั่วไปเพลาที่ยาวและบางกว่าจะมีความเร็ววิกฤตต่ำกว่า ในขณะที่เส้นผ่านศูนย์กลางรูตที่ใหญ่กว่าและการจัดเรียงตัวรองรับที่เข้มงวดมากขึ้นก็สามารถเพิ่มความเร็วได้

การจัดการสนับสนุน	ความสามารถด้านความเร็วที่สำคัญเชิงสัมพันธ์ที่สำคัญ-	การใช้งานทั่วไป
คงที่–คงที่	สูงที่สุดในบรรดาการจัดเตรียมทั่วไป	แกนที่ยาวหรือเร็วกว่านั้นต้องการความแข็งแกร่งของเพลาสูง
แก้ไขแล้ว-รองรับ	ปานกลางถึงสูง	แกน CNC ทั่วไปและแกนระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม
รองรับ–รองรับ	ต่ำกว่า	การใช้งานที่มีความเร็วและโหลดปานกลาง
แก้ไขฟรี	ต่ำสุด	กลไก-ช่วงชักสั้น ค่อนข้างต่ำ-

ความเร็วในการทำงานที่อนุญาตควรขึ้นอยู่กับการคำนวณของผู้ผลิตหรือมูลค่าแค็ตตาล็อก รวมถึงค่าความปลอดภัยที่แนะนำ กฎการออกแบบเบื้องต้นที่ใช้บ่อยคือรักษาความเร็วการทำงานปกติให้ต่ำกว่าประมาณ 80% ของความเร็ววิกฤตที่คำนวณได้ แต่ขีดจำกัดสุดท้ายจะต้องเป็นไปตามข้อมูลสำหรับสกรูและการกำหนดค่าตัวรองรับที่เลือก

ตรวจสอบค่า DN

ความเร็ววิกฤตเกี่ยวข้องกับการสั่นพ้องของเพลา ค่า DN ซึ่งบางครั้งเขียนเป็น Dm-N ขึ้นอยู่กับคำจำกัดความของผู้ผลิต เกี่ยวข้องกับความสามารถด้านความเร็วของระบบหมุนเวียนน็อตและลูกบอล

ค่า DN=เส้นผ่านศูนย์กลางอ้างอิง × ความเร็วในการหมุน

เส้นผ่านศูนย์กลางอ้างอิงอาจเป็นเส้นผ่านศูนย์กลางระบุของสกรูหรือระยะพิทช์ของลูกบอล-เส้นผ่านศูนย์กลางของวงกลม ขึ้นอยู่กับรูปแบบแค็ตตาล็อก ดังนั้นจึงต้องใช้คำจำกัดความเดียวกันเมื่อเปรียบเทียบค่าที่คำนวณได้กับพิกัด DN ที่ผู้ผลิตอนุญาต

หากสกรูขนาด 25 มม. หมุนที่ 4,000 รอบต่อนาที ค่า DN เส้นผ่านศูนย์กลางที่ระบุ-จะเป็น:

25 × 4,000 = 100,000

ผลลัพธ์นี้ต้องต่ำกว่าค่า DN ที่อนุญาตของบอลสกรูที่เลือก การเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของสกรูไม่สามารถแก้ปัญหาขีดจำกัด DN- ที่ RPM เดียวกันได้ เนื่องจาก DN เพิ่มขึ้นตามเส้นผ่านศูนย์กลาง หากค่าที่คำนวณได้สูงเกินไป มาตรการที่เป็นไปได้ ได้แก่ การลด RPM โดยใช้ลีดที่ใหญ่ขึ้น การเลือกน็อตที่มีค่า DN ที่พิกัดสูงกว่า หรือใช้การจัดเรียงไดรฟ์อื่น

เลือกลูกค้าเป้าหมายอย่างระมัดระวัง

บอลสกรูที่มีลีดสูงจะเคลื่อนที่ในระยะทางที่ไกลขึ้นในระหว่างการปฏิวัติแต่ละครั้ง ช่วยให้สามารถบรรลุความเร็วเชิงเส้นที่ต้องการที่ RPM ของสกรูที่ต่ำกว่า วิธีนี้ช่วยให้แกนอยู่ต่ำกว่าทั้ง-ขีดจำกัดความเร็ววิกฤตและค่า DN ที่อนุญาต

อย่างไรก็ตาม ค่าตะกั่วและความเร็วสูงจะอธิบายคุณลักษณะที่แตกต่างกัน "ตะกั่วสูง" หมายถึงการเดินทางต่อรอบ ในขณะที่ "ความเร็วสูง" หมายถึงความสามารถของชุดสกรูในการทำงานที่เชื่อถือได้ที่ RPM และความเร็วเชิงเส้นที่ต้องการ ลีดสกรูสูง-ไม่เหมาะสำหรับการซ่อมบำรุงที่ความเร็วสูง- เว้นแต่ระบบหมุนเวียน แบริ่งรองรับ พรีโหลด และการหล่อลื่นจะได้รับการจัดอันดับตามสภาพการทำงานด้วย

ปัจจัยการคัดเลือก	ผลของลีดที่ใหญ่กว่า	สิ่งที่ยังต้องได้รับการตรวจสอบ
การเดินทางเชิงเส้นต่อการปฏิวัติ	เพิ่มขึ้น	จังหวะที่ต้องการและความเร็วแกนสูงสุด
RPM สำหรับความเร็วเชิงเส้นที่กำหนด	ลดลง	ความเร็ววิกฤตและค่า DN
ความละเอียดของฟีด	จะหยาบขึ้นสำหรับความละเอียดของมอเตอร์เท่ากัน	ความละเอียดของตัวเข้ารหัสและข้อกำหนดการวางตำแหน่ง
แรงบิดในการขับขี่ที่ต้องการ	อาจเพิ่มขึ้นสำหรับภาระในแนวแกนเดียวกัน	แรงบิดของมอเตอร์ อัตราเร่ง และรอบการทำงาน

ควบคุมพรีโหลดและความร้อน

พรีโหลดสามารถปรับปรุงความแข็งแกร่งของแกนและลดระยะฟันเฟืองได้ แต่พรีโหลดที่มากเกินไปจะเพิ่มแรงสัมผัสภายใน แรงบิดเสียดสี และการสร้างความร้อน สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในระหว่างการหมุนด้วยความเร็วสูง-อย่างต่อเนื่อง และการเร่งความเร็วหรือการลดความเร็วบ่อยครั้ง

โดยปกติแกนกำหนดตำแหน่งความเร็วสูง-จะต้องมีการโหลดล่วงหน้าเพียงพอเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านความแข็งแกร่งและ-ความแม่นยำในการกลับตัว โดยไม่ทำให้เกิดการลากที่ไม่จำเป็น ไม่สามารถเลือกพรีโหลดที่เหมาะสมได้จากความเร็วเพียงอย่างเดียว ต้องพิจารณาโหลดตามแนวแกน ความแม่นยำของตำแหน่ง ความเร่ง และอุณหภูมิในการทำงานที่คาดหวังด้วย

การขยายตัวจากความร้อนอาจเปลี่ยนความแม่นยำของตำแหน่งและพรีโหลดของแบริ่งในระหว่างรอบการทำงานที่ยาวนาน อุปกรณ์ที่มีความแม่นยำจึงอาจต้องมีการตรวจสอบอุณหภูมิ การควบคุมการอุ่นเครื่อง- การชดเชยผ่านระบบควบคุม หรือการจัดเตรียมการรองรับแบบคงที่-คงที่ด้วยการออกแบบแรงดึงที่เหมาะสม

ยืนยันการหมุนเวียนบอล

ด้วยความเร็วการหมุนสูง ลูกบอลแต่ละลูกจะเข้าและออกจากสนามแข่งที่บรรทุกสัมภาระอยู่ซ้ำๆ การเปลี่ยนแปลงทิศทางของลูกกะทันหันสามารถทำให้เกิดการกระแทก แรงสั่นสะเทือน และเสียงรบกวนได้ เส้นทางหมุนเวียนที่ออกแบบมาเพื่อการเปลี่ยนบอลอย่างราบรื่นจึงเป็นคุณลักษณะที่สำคัญของบอลสกรูความเร็วสูง-

โครงสร้าง-ฝาครอบปลาย ตัวเบี่ยง-ภายใน และโครงสร้างส่งกลับภายนอก-สามารถใช้ได้กับบอลสกรู แต่ความสามารถด้านความเร็วไม่เหมือนกัน ไม่ควรตัดสินโครงสร้างด้วยชื่อเพียงอย่างเดียว ยืนยันค่า DN ที่อนุญาต, RPM สูงสุด, คุณลักษณะด้านเสียง และข้อกำหนดการหล่อลื่นสำหรับการออกแบบน็อตจริง

การหล่อลื่นและการซีล

ความเร็วสูงจะเพิ่มจำนวนหน้าสัมผัสการหมุนต่อนาที และสามารถเพิ่มอุณหภูมิของน้ำมันหล่อลื่นได้ สารหล่อลื่นที่น้อยเกินไปทำให้เกิดการสึกหรอและความร้อน ในขณะที่จาระบีที่มากเกินไปอาจเพิ่มความต้านทานการปั่นป่วนและแรงบิดในการทำงาน

ใช้สารหล่อลื่นที่แนะนำสำหรับความเร็วของสกรู น้ำหนักบรรทุก อุณหภูมิ และรอบการทำงาน
ใช้ปริมาณที่กำหนดแทนการเติมจาระบีมากเกินไปที่น็อต
กำหนดช่วงเวลาการเติมสารหล่อลื่นตามชั่วโมงการทำงานและการปนเปื้อนต่อสิ่งแวดล้อม
ใช้ซีล ที่สูบลม หรือที่ปิดในบริเวณที่อาจเศษ ฝุ่น หรือสารหล่อเย็นเข้าไปในสนามแข่งได้
พิจารณาระบบหล่อลื่นน้ำมันเมื่อจำเป็นโดยการทำงานด้วยความเร็วสูง-อย่างต่อเนื่อง

ประเภทสารหล่อลื่นขั้นสุดท้ายและวิธีการจ่ายควรเป็นไปตามคำแนะนำของผู้ผลิตบอลสกรู ละอองน้ำมันหรือน้ำมันหมุนเวียนไม่จำเป็นโดยอัตโนมัติสำหรับการใช้งาน-ที่ความเร็วสูงทุกครั้ง

การติดตั้งและรองรับตลับลูกปืน

แม้แต่บอลสกรูที่ได้รับการจัดอันดับอย่างถูกต้องก็อาจมีความร้อนมากเกินไปหรือสั่นสะเทือนได้หากเพลาสกรู ตัวเรือนน็อต และแบริ่งรองรับไม่อยู่ในแนวที่ไม่ตรง การบังคับจัดตำแหน่งทำให้เกิดภาระในแนวรัศมีเพิ่มเติมและหน้าสัมผัสภายในน็อตไม่เท่ากัน

การติดตั้งความเร็วสูง-ควรประกอบด้วย:

พื้นผิวการติดตั้งด้วยเครื่องจักรที่แม่นยำและการจัดตำแหน่งโคแอกเชียลที่ควบคุม
ตลับลูกปืนรองรับหน้าสัมผัสเชิงมุม-ที่มีความเร็ว ความแข็งแกร่ง และความสามารถในการพรีโหลดเพียงพอ
คัปปลิ้งที่เหมาะกับความเร็วของมอเตอร์และความเยื้องศูนย์ที่คาดหวัง
การขันน็อตล็อกและน็อตของแบริ่งให้แน่นถูกต้อง-ตัวยึดตัวเรือน
การเคลื่อนไหวแบบแมนนวลและการทดลอง-ความเร็วต่ำก่อนการทดสอบความเร็วเต็ม-

แกนความเร็ว-จังหวะสูง-ยาว

เพลายาวที่ไม่ได้รับการรองรับมีแนวโน้มที่จะไปถึงความเร็ววิกฤตที่ RPM ค่อนข้างต่ำ การเพิ่มตะกั่วเพียงอย่างเดียวอาจลดความเร็วในการหมุน แต่วิธีการนี้ยังต้องตอบสนองข้อกำหนดด้านโหลด ความแข็งแกร่ง ตำแหน่ง และมอเตอร์

สำหรับแกนที่ยาวและเร็วเป็นพิเศษ นักออกแบบอาจพิจารณาเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางเพลา ปรับปรุงการจัดเรียงตัวรองรับ หรือใช้การกำหนดค่าน็อตที่หมุนได้- ในระบบน็อตหมุน- เพลาสกรูจะยังคงอยู่กับที่ในขณะที่น็อตหมุน ซึ่งจะช่วยหลีกเลี่ยงข้อจำกัดความเร็วที่สำคัญ-ที่เกี่ยวข้องกับเพลาหมุนยาว ระบบขับเคลื่อนน็อต การจัดเรียงตลับลูกปืน และระบบหล่อลื่น จะกลายเป็นข้อพิจารณาในการออกแบบหลัก

รายการตรวจสอบการเลือกความเร็วสูง-

ป้อนข้อมูล	ทำไมมันถึงสำคัญ
ความเร็วเชิงเส้นสูงสุดและต่อเนื่อง	ใช้กับลีดเพื่อคำนวณ RPM ที่ต้องการ
ตะกั่ว	ส่งผลต่อ RPM, ความละเอียด, แรงบิด และการเดินทางต่อรอบ
เส้นผ่านศูนย์กลางของสกรูและเส้นผ่านศูนย์กลางของรูต	ส่งผลต่อความแข็งแกร่ง ความเร็ววิกฤต การโก่งงอ และความสามารถในการรับน้ำหนัก
ความยาวและระยะชักทั้งหมดไม่รองรับ	ส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อความเร็ววิกฤตและการโก่งตัวของเพลา
การจัดการสนับสนุน	เปลี่ยนแปลงความสามารถด้านความเร็วที่สำคัญ-และความแข็งแกร่งของแกน
โหลดตามแนวแกนสูงสุดและเฉลี่ย	จำเป็นสำหรับการคำนวณพิกัดโหลด อายุการใช้งาน และมอเตอร์
ความเร่งและรอบการทำงาน	ส่งผลต่อโหลดไดนามิก แรงบิดของมอเตอร์ และอุณหภูมิ
ความแม่นยำของตำแหน่งและฟันเฟือง	กำหนดเกรดความแม่นยำและพรีโหลดที่เหมาะสม
สภาพแวดล้อมการทำงาน	กำหนดข้อกำหนดการซีล การป้องกัน และการหล่อลื่น

บทสรุป

บอลสกรูที่เหมาะสมสำหรับการทำงานที่ความเร็วสูง-ต้องเป็นไปตามขีดจำกัดความเร็วสองระดับที่แยกจากกัน ได้แก่ ความเร็ววิกฤตของเพลาสกรูและค่า DN ที่อนุญาตของระบบหมุนเวียนของลูกบอล ค่าที่อนุญาตต่ำกว่าจะกลายเป็นขีดจำกัดความเร็วการหมุน-ในทางปฏิบัติ

สายที่ใหญ่ขึ้นสามารถลด RPM ที่ต้องใช้เพื่อไปถึงความเร็วเชิงเส้นเป้าหมาย ในขณะที่การจัดเตรียมการสนับสนุนที่เข้มงวดสามารถปรับปรุงความสามารถด้านความเร็วที่สำคัญ-ได้ การเลือกขั้นสุดท้ายยังต้องคำนึงถึงโหลด พรีโหลด แรงบิดของมอเตอร์ การหล่อลื่น การจัดตำแหน่ง รอบการทำงาน และการสร้างความร้อนด้วย หากต้องการตรวจสอบโครงสร้างและข้อมูลจำเพาะของสกรูที่กว้างขึ้น โปรดดูที่ช่วงบอลสกรู.

คำถามที่พบบ่อย

ฉันจะคำนวณ RPM ที่จำเป็นสำหรับบอลสกรูได้อย่างไร

หารความเร็วเชิงเส้นที่ต้องการเป็นมม./นาทีด้วยลีดสกรูเป็นมม./รอบ ตัวอย่างเช่น 24,000 มม./นาทีหารด้วยตะกั่ว 20 มม. เท่ากับ 1,200 รอบต่อนาที

บอลสกรูลีดสูง-เหมาะสำหรับความเร็วสูงเสมอไปหรือไม่

ไม่ ค่าตะกั่วที่สูงจะลด RPM ที่จำเป็นสำหรับความเร็วเชิงเส้นที่กำหนด แต่สกรูจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนด-ความเร็ว ค่า DN- ค่าโหลด พรีโหลด การหล่อลื่น และอุณหภูมิที่สำคัญ

ความเร็ววิกฤตและค่า DN แตกต่างกันอย่างไร

ความเร็ววิกฤตเกี่ยวข้องกับการสั่นพ้องและการตีของเพลาสกรูที่กำลังหมุน ค่า DN เกี่ยวข้องกับความสามารถในการทำงาน-ความเร็วของระบบหมุนเวียนน็อตและลูกบอล ต้องตรวจสอบขีดจำกัดทั้งสอง

ระบบรองรับแบบใดดีที่สุดสำหรับบอลสกรูความเร็วสูง-

โดยทั่วไปการจัดเตรียมแบบคงที่–คงที่จะให้ความสามารถความเร็ววิกฤตสูงสุด-ในบรรดาวิธีการสนับสนุนทั่วไป การจัดเรียงแบบรองรับคงที่ยังใช้กันอย่างแพร่หลายเมื่อเป็นไปตามข้อกำหนดความเร็ว น้ำหนัก และความแข็งแกร่งที่คำนวณได้

ข้อมูลใดบ้างที่จำเป็นในการเลือกบอลสกรูความเร็วสูง-

ระบุความเร็วเชิงเส้นที่ต้องการ ระยะชัก ความยาวของสกรู โหลดตามแนวแกน ความเร่ง รอบการทำงาน ความแม่นยำของตำแหน่ง พื้นที่ติดตั้งที่มีอยู่ การจัดการรองรับ และสภาพแวดล้อมการทำงาน