Befolyásolja-e a gömbfejes anya csillapítása a teljesítményt? A rezgés, az előterhelés és a merevség ismertetése

A golyós anya csillapítása befolyásolhatja a golyóscsavar meghajtásának dinamikus viselkedését, de könnyen félreérthető, hogy ez mit jelent. A legtöbb mérnöki alkalmazásban a golyósanyának nincs egyszerű, önálló „csillapítási besorolása”, amely meghatározná, hogy a gép rezeg-e.

Ehelyett a vibrációs viselkedés a teljes előtolás-meghajtó rendszerből származik. A golyók és a futópályák közötti érintkezés, az anya előfeszítése, a kenés, a tartócsapágyak, a csavartengely merevsége, a tengelykapcsoló, a mozgóasztal, a gép szerkezete és a szervovezérlés mind befolyásolhatják a vibráció keletkezését, átvitelét és eloszlását.

Emiatt, amikor egy CNC tengely rezeg vagy rezonál, általában nem elég az egyszerűen "nagyobb csillapítású" golyós anyát választani. A mérnököknek először meg kell határozniuk, hogy a valódi probléma-eelégtelen merevség, túlzott előfeszítés, súrlódás, rezonancia, rossz beállítás vagy szerkezeti vibráció.

Mit jelent a csillapítás egy golyóscsavar meghajtóban?

Egy mechanikus előtolási tengely leegyszerűsített formában tömeg-rugó-csillapító rendszerként ábrázolható:

Ebben az egyszerűsített modellbenma mozgó tömeget ábrázolja,ka rendszer merevségét jelenti, éschatékony csillapítást jelent. A csillapítás kifejezés olyan mechanizmusokat ír le, amelyek a rezgési energia egy részét eloszlatják, ahelyett, hogy az energiát tovább oszcillálnák a tehetetlenség és a rugalmas deformáció között.

A lényeg az, hogy az együtthatócáltalában nem csak a golyós anyától származik. Egy valódi CNC előtoló tengely számos interfészt tartalmaz. Az anyán belüli gördülő érintkezés, a kenőanyag, a tömítések, a csapágyak, a szerkezeti kötések és a gépelemek mind hozzájárulhatnak a mért dinamikus válaszhoz.

A szervovezérlés aktív rezgéscsillapítást is biztosíthat. Ezért a gép teljes tengelyétől mért csillapítás nem azonos a gömbanya testének anyagi tulajdonságával.

A csillapítás és a merevség nem ugyanaz

Ez a megkülönböztetés különösen fontos, mivel a csillapítás és a merevség gyakran keveredik a golyóscsavar teljesítményéről szóló megbeszélések során.

A merevség azt írja le, hogy egy rendszer mekkora mértékben deformálódik rugalmasan terhelés hatására. Ha egy gömbanya nagy axiális merevséggel rendelkezik, egy adott axiális erő kisebb elmozdulást eredményez. Ez közvetlenül fontos a pozicionálás stabilitása, a vágási reakció és a terhelés megfordításával szembeni ellenállás szempontjából.

A csillapítás azt írja le, hogy az oszcilláló energia milyen gyorsan disszipálódik a rendszer gerjesztése után. Egy rendszer ezért lehet nagyon merev, de viszonylag alacsony csillapítással rendelkezik, vagy több csillapítással rendelkezhet anélkül, hogy feltétlenül nagyon merev lenne.

Ezek a paraméterek kölcsönhatásban vannak, de nem szabad felcserélhetőként kezelni őket.

Hogyan hat a golyós anya előfeszítése a vibrációra?

Az előfeszítés sokkal hasznosabb, mint a „csillapítás”, mint praktikus gömbanya specifikáció. Az előfeszített golyós anya szabályozott kapcsolatot tart fenn a golyók és az egymással szemben lévő futópályafelületek között, csökkentve az axiális hézagot és növelve a tengelyirányú merevséget.

Amikor egy tengely megfordítja az irányt, vagy változó forgácsolóerőt tapasztal, a nem megfelelő merevség nagyobb rugalmas mozgást tesz lehetővé. Ez hozzájárulhat a gyengébb pozicionálási reakcióhoz, és megváltoztathatja a teljes előtolás-hajtás rendszer természetes frekvenciáit.

Az előfeszítés növelése javíthatja a merevséget és csökkentheti az elveszett mozgást, de ez nem jelenti azt, hogy a maximális előfeszítés a legjobb vibrációs teljesítményt nyújtja. A további előfeszítés növeli a belső érintkezési erőt a golyók és a futópályák között. Ennek eredményeként a dinamikus nyomaték, a súrlódás és a hő általában is megnő.

Ez fontos mérnöki kompromisszumot hoz létre. A gépnek elegendő előfeszítésre van szüksége ahhoz, hogy elérje a kívánt merevséget és a holtjáték szabályozását, de a túlzott előterhelés növelheti a hőmérsékletet, a motor terhelését és a kopást anélkül, hogy a gép teljesítményét hasznosan javítaná.

DLY-kgolyós anya előfeszítési útmutatójarészletesebben kifejti ezt a kapcsolatot.

A nagyobb súrlódás nem jelent automatikusan jobb csillapítást

Csábító lehet azt gondolni, hogy ha a súrlódás elvezeti az energiát, akkor a nagyobb súrlódású gömbanya jobban elnyomja a rezgést. A precíziós mozgásrendszerek esetében ez a következtetés túl egyszerű.

A golyóscsavar éppen azért értékes, mert a gördülő érintkező nagy átviteli hatékonyságot és alacsony súrlódást biztosít a csúszócsavarokhoz képest. A belső ellenállás mesterséges növelése nem kívánatos rezgéscsillapító módszer.

A túlzott súrlódás hőmérséklet-emelkedést okozhat, növelheti a szervo nyomatékigényét, és kevésbé egyenletessé teheti az alacsony sebességű mozgást. A csavar hőtágulása további pozicionálási hibát okozhat, különösen hosszú precíziós tengelyeken.

A modern gömbcsavarok fejlesztése gyakran az ellenkező irányba mozdul el: a gyártók igyekeznek megőrizni a nagy anyamerevséget, miközben csökkentik a szükségtelen dinamikus súrlódási nyomatékot. Ez lehetővé teszi, hogy a betápláló rendszer merev maradjon anélkül, hogy kifizetné a hőtermelés és az energiaveszteség teljes büntetését.

Hogyan befolyásolja a kenés a dinamikus viselkedést?

A kenés megváltoztatja a golyók és a futópályák közötti érintkezési feltételeket, ezért befolyásolja a futási nyomatékot, a hőmérsékletet, a zajt és a vibrációt. A megfelelően megkent anya lehetővé teszi a golyók zökkenőmentes keringését, miközben kellően elválasztja az érintkezési felületeket a kopás csökkentése érdekében.

Ha a kenés elégtelenné válik, a gördülési ellenállás kevésbé lesz stabil. A zaj fokozódhat, és a helyi fém-fém kölcsönhatás felgyorsíthatja a versenypálya károsodását. A sérült vagy szennyezett versenypálya időszakos vibrációt generálhat minden alkalommal, amikor az érintett terület áthalad a terhelt zónán.

A túl sok zsír másfajta problémát okozhat. Nagyobb fordulatszámon a felesleges kenőanyag növelheti az anya és a golyós visszavezető rendszer belsejében a kavargási ellenállást, növelve a dinamikus nyomatékot és a hőmérsékletet.

Ezért a kenést a fordulatszám, a terhelés, az anya kialakítása, az üzemi hőmérséklet és a munkaciklus alapján kell kiválasztani. Nem használható „csillapítás” szándékos hozzáadására.

A golyós anya anyaga szabályozza a csillapítást?

A szabványos ipari golyóscsavarok esetében a gömbanya testét elsősorban úgy választják ki és hőkezelik, hogy biztosítsák a szükséges szilárdságot, futópálya-keménységet, kopásállóságot és kifáradási élettartamot. Az anyagválasztás általában nem azon alapul, hogy az anyatestet rezgéscsillapítóvá próbálják alakítani.

A DLY szabványos golyósanyák sorozatai, mint például az SFU, DFU, SFE és SFS, edzett ötvözött acél anyaszerkezeteket használnak a vonatkozó termékleírásnak megfelelően. Például a DLY gyakran használja20CrMo ötvözött acélgolyós anyákhoz.

A gördülő érintkezés az edzett acélgolyók és a precíziós futópályák között történik. Ennek eredményeként az általános dinamikus reakció sokkal inkább függ az érintkezőrendszertől, az előfeszítéstől, a tartószerkezettől és a gép összeállításától, mint attól, hogy magát az acél anyatestet "nagy csillapítású anyagként" leírjuk.

Ez az oka annak is, hogy az egyik acél golyós anya cseréje egy másik, hasonló méretűre nem oldja meg automatikusan a gép vibrációs problémáját, hacsak nem azonosítják a valódi rezgésforrást.

Miért fontosabb a labdakeringés kialakítása a zaj és a simaság szempontjából?

Bár nem helyes az egyik cirkulációs kialakítást egyszerűen "nagy csillapításnak" nevezni, a belső visszatérési út befolyásolja a nagy sebességű simaságot és zajt.

Működés közben a labdák elhagyják a terhelt versenypályát, áthaladnak a visszatérő rendszeren, és újra belépnek a terhelési zónába. Az átmenet megváltoztatja a golyók irányát és sebességét. Nagyobb sebességnél a rossz átmenet geometria növelheti az ütközést és a zajt.

Ez az oka annak, hogy egyes anyák sorozatait a gördülékenyebb labdakeringés vagy az alacsonyabb zajszint mellett tervezték. Például a DLY SFS anyák végburkolat keringtető szerkezetet használnak, és olyan alkalmazásokhoz készültek, ahol a kompakt méret, a sima mozgás és az alacsonyabb működési zaj fontos.

Ezt így kell leírnilabdakeringés és zajteljesítmény, nem annak bizonyítékaként, hogy az anya speciálisan magas csillapítási együtthatóval rendelkezik.

A dupla golyós anya nagyobb csillapítást biztosít?

A DFU kettős anyának két anyarésze van, és előfeszíthető az axiális hézag csökkentése és a tengelyirányú merevség növelése érdekében. Ez hasznossá teszi azoknál a gépeknél, amelyek jobb holtjáték-szabályozást és nagyobb merevséget igényelnek, mint a szabványos hézag-típusú anyák.

A DFU kiválasztásának fő műszaki oka azonban azelőfeszítés és merevség, nem egy speciális csillapító tulajdonság.

A merevebb betáplálási rendszer megváltoztathatja a rezonanciafrekvenciáját és csökkentheti a rugalmas elmozdulást, ha váltakozó erőknek van kitéve. Ez javíthatja a gép dinamikus viselkedését, de nem szabad úgy leírni, hogy a DFU anya "elnyeli a vibrációt".

Ha egy gép zúgástól vagy szervó vibrációtól szenved, az SFU-ról DFU-ra való áttérés a teljes rendszer ellenőrzése nélkül nem feltétlenül oldja meg a problémát. A tartócsapágyak, a rögzítési szerkezet, a csavar hossza, a tengelykapcsoló, a vezetőpályák és a szervo hangolás továbbra is uralják a dinamikus reakciót.

A csillapítás növeli a golyós anya teherbírását?

Nem közvetlenül.

A gömbanya teherbírását elsősorban olyan paraméterek képviselik, mint az alapvető dinamikus terhelés és az alapvető statikus terhelés. Ezek az értékek a belső geometriától, a golyó méretétől, a terhelt áramkörök számától, az anyagtól és a versenypálya kialakításától függenek.

Ezért a csillapítást nem szabad nagyobb megengedett terhelés indokolására használni.

A dinamikus vibráció minden bizonnyal további vagy ingadozó erőket hozhat létre a gépben. Az erős vibráció csökkentése csökkentheti ezeket a nem kívánt dinamikus terheléseket, de ez különbözik attól, hogy a nagyobb csillapítás megváltoztatja a gömbanya katalógus szerinti terhelhetőségét.

A kiválasztási munkához hasonlítsa összeCa, C0a, üzemi terhelés, egyenértékű dinamikus terhelés, előterhelés és szükséges élettartamahelyett, hogy a csillapítási viselkedés alapján próbálnánk megbecsülni a teherbírást.

Mi okoz valójában vibrációt a golyóscsavar tengelyében?

Amikor egy tengely rezeg, a gömbanya csak az egyik lehetséges tényező. Hosszú golyóscsavaros rendszerekben a csavar kritikus fordulatszámához közelítő forgási sebesség tengelykorbácsolást és erős oldalirányú vibrációt okozhat. Más gépeknél a rosszul beállított tartóházak vagy az excenteres tengelykapcsoló csavarfordulatonként egyszer periodikus gerjesztést hoz létre.

Az előfeszítés és a kenés megváltoztathatja a rezgésválaszt, de a támasztócsapágy merevsége és a gépváz merevsége egyaránt fontos lehet. A rugalmas anyatartó akkor is deformálódhat, ha maga az anya nagy axiális merevséggel rendelkezik, és a laza gépi kötés sokkal nagyobb szerkezeti mozgást tud létrehozni, mint a gömbanya belsejében bekövetkező rugalmas deformáció.

A szervóhangolás újabb réteget hoz létre. A mechanikusan stabil gömbcsavar tengelye akkor is oszcillálhat, ha a szervo erősítés rosszul kölcsönhatásba lép a tengely mechanikai rezonanciáival. Ezzel szemben a megfelelő vezérlés aktív rezgéscsillapítást biztosít anélkül, hogy magát a golyósanyát megváltoztatná.

Ez az oka annak, hogy a DLY cikke erről szólnagy sebességű golyóscsavar rezgésa vibrációt rendszerszintű problémaként kezeli, amely magában foglalja a sebességet, a merevséget, a telepítést, az előfeszítést, a kenést és a gép szerkezetét.

Hogyan állapítható meg, hogy a golyós anya hozzájárul-e a vibrációhoz?

A leghasznosabb támpont az, hogy a rezgés hogyan változik a csavar helyzetével és forgási sebességével.

Ha vibráció lép fel minden csavarfordulatnál, függetlenül az anya helyzetétől, a tengely kifutását, a csavar elhajlását, a tengelykapcsoló beállítását vagy a csapágy excentricitását meg kell vizsgálni. Ha a rezgés csak egy meghatározott fordulatszámon válik sokkal erősebbé, szerkezeti vagy csavarrezonancia léphet fel.

A közvetlenül az anyával kapcsolatos probléma eltérő mintát mutathat. A rendellenes zaj vagy nyomaték az anyával együtt mozoghat a csavar mentén, súlyosbodhat a sérült futópálya helyén, vagy az anya túlmelegedésével együtt jelentkezhet. A szabálytalan dinamikus nyomaték szennyeződést, kenési problémákat, nem megfelelő előfeszítést vagy versenypálya sérülést is jelezhet.

Meg tudod mérni a golyós anya csillapítását közvetlenül?

Kutatási és gépfejlesztési munkáknál a csillapítás azonosítható dinamikus teszteléssel, például frekvencia-válasz mérésekkel, ütésvizsgálattal vagy rezgéscsillapítással. A mérnökök modellezhetik a golyósorsós előtolás meghajtását, és a mért válaszból megbecsülhetik a tényleges merevséget és csillapítási paramétereket.

Ez hasznos nagy teljesítményű CNC előtolótengely kifejlesztésekor, de eltér a normál golyóscsavar beszerzésétől.

A hagyományos gömbanya kiválasztásakor a vásárlók sokkal nagyobb valószínűséggel kapnak használható specifikációkat az axiális merevség, előfeszítési nyomaték, terhelési névleges, pontosság, megengedett sebesség és méretgeometria tekintetében, mint egy önálló csillapítási együttható.

Ha a csillapítás vagy a sajátfrekvenciás teljesítmény kritikus fontosságú egy gépprojekthez, ideális esetben a teljes tengelyt összeszerelt állapotban kell tesztelni. Egy leválasztott alkatrészről mért csillapítási érték nem biztos, hogy pontosan előrejelzi a reakciót, miután az anyát a kocsira szerelték, és csatlakoztatták a csavarhoz, a tartócsapágyakhoz és a gép szerkezetéhez.

Mit kell optimalizálni egy alacsony vibrációjú golyós csavarrendszerhez?

Ahelyett, hogy a „legmagasabb csillapítású” golyós anyát keresné, kezdje azzal, hogy megbizonyosodjon arról, hogy az előtoló hajtás megfelelő és kiszámítható merevséggel rendelkezik. Válassza ki a csavar átmérőjét és a támaszték elrendezését úgy, hogy a tengely ne működjön a kritikus sebességtartomány közelében, és használjon elegendő előterhelést a holtjáték és a rugalmas elmozdulás szabályozásához anélkül, hogy túlzott nyomatékot és hőt hozna létre.

Az anyatartónak és a csapágyházaknak is kellő merevségre van szükségük. A rugalmas konzolra szerelt nagy merevségű golyós anya nem tudja biztosítani a rendszer elvárt merevségét. A rögzített és alátámasztott végeket megfelelően kell beállítani, hogy a csavar ne legyen folyamatosan kitéve nem kívánt sugárirányú erőnek.

A kenést ezután az aktuális fordulatszámnak, terhelésnek és munkaciklusnak megfelelően kell kiválasztani. Végül, miután a mechanikai szerkezet stabil, a szervo paraméterek a gép valódi mechanikai reakciója köré hangolhatók.

Hogyan válassz az SFU, a DFU, az SFE és az SFS között?

A DLY számos terméket szállítgolyós anya sorozat, de azokat a tényleges szerkezetük és gépigényük szerint kell kiválasztani, nem pedig a feltételezett csillapítási szint szerint.

Az SFU a szabványos karimás egyanyás opció, amelyet számos általános CNC- és automatizálási rendszerben használnak. A DFU kettős anyás szerkezetet használ, és akkor van kiválasztva, ha fontos a megnövelt merevség és a csökkentett axiális hézag. Az SFE a nagy ólomú alkalmazásokra összpontosít, ahol nagyobb csavarfordulatonkénti lineáris útra van szükség, míg az SFS egy kompakt, csendes típusú szerkezetet használ, amely a megfelelő alkalmazásokban simább és alacsonyabb zajszintű mozgást biztosít.

Ezek a különbségek befolyásolhatják a gép dinamikus viselkedését, de ezen keresztülelőfeszítés, merevség, labdakeringés, ólom, méret és futási nyomaték. Nem szabad négy különböző „csillapítási fokozatként” forgalmazni.

Példa: Egy CNC tengely rezeg az irányváltás során

Vegyünk egy CNC előtolótengelyt, amely állandó sebesség mellett stabil, de röviden rezeg, amikor irányt vált.

Csábító lehet azt a következtetést levonni, hogy a golyósanyának több csillapításra van szüksége. Jobb diagnosztikai megközelítés, ha először megmérjük az axiális hézagot, és ellenőrizzük az előfeszítési állapotot. Ha az anyán túl nagy a hézag, a megfordítás elvesztheti a mozgást, mielőtt a golyók a terhelést a versenypálya ellenkező érintkezési irányába továbbítanák.

Ha a hézag már szabályozott, előfordulhat, hogy az előterhelés további növelése nem oldja meg a problémát. A következő ellenőrzéseknek ki kell terjedniük a támasztócsapágy merevségére, az anya-tartó merevségére és a szervo reakciójára. A rugalmas tartó lehetővé teszi az asztal oszcillációját a megfordítás után még akkor is, ha maga a golyós anya megfelelően van előfeszítve.

Ha a rendszer az előfeszítés növelése után felforrósodik, a módosítás ronthatja a pozicionálási pontosságot, mivel a további súrlódás felmelegíti a csavart és megváltoztatja annak effektív hosszát.

Ez a példa azt szemlélteti, hogy a „csillapítás növelése” miért nem elég precíz műszaki megoldás.

Milyen információkat kell megadnia, ha a vibráció aggodalomra ad okot?

Egy új gép esetében a leghasznosabb információk közé tartozik a csavar átmérője és vezetéke, a teljes csavarhossz, az út, a támaszték elrendezése, a mozgó tömeg, az axiális terhelés, a maximális sebesség, a gyorsulás, a szükséges pozicionálási pontosság és a várható munkaciklus.

Meglévő rezgésproblémák esetén írja le a rezgés megjelenési gyakoriságát vagy sebességét is, hogy változik-e az anya helyzetével, állandó fordulatszám vagy irányváltás közben következik be, és hogy az anya vagy a tartócsapágyak felforrósodnak-e. Egy rövid videó a motoráram-, hőmérséklet- vagy rezgésméréssel együtt gyakran sokkal több információval szolgálhat, mint ha egyszerűen azt mondanánk, hogy a gömbanya "rossz csillapítású".

Ilyen működési feltételek mellett a golyós anyát a csavartengellyel, a csapágyakkal, a tengelykapcsolóval és a gépszerkezettel együtt lehet értékelni, nem pedig elszigetelt alkatrészként.

Következtetés

A csillapítás befolyásolja a golyóscsavar-adagoló meghajtó rezgésválaszát, de a "golyós anya csillapítása" nem tekinthető egyszerű, önálló teljesítményspecifikációnak.

A golyós anya az érintkezési merevség, az előfeszítés, a súrlódás, a kenés és a keringési viselkedés révén hozzájárul a dinamikus rendszerhez. A teljes csillapítási reakció azonban a csavartengelytől, a tartócsapágyaktól, az anyatartótól, a gép szerkezetétől és a vezérlőrendszertől is függ.

A praktikus gömbanya kiválasztásához olyan paraméterek, mint plaxiális merevség, előfeszítés, dinamikus nyomaték, névleges terhelés, megengedett sebesség és pontosságáltalában hasznosabbak, mint egy meghatározatlan csillapítási érték.

Ha a vibráció az igazi probléma, először azonosítsa a rezgésforrást. A súrlódás vagy az előfeszítés pusztán a látszólagosabb csillapítás létrehozása érdekében növelheti a hőt és a kopást anélkül, hogy megoldaná a mögöttes rezonanciát.

← Vissza (DLY Blog).