Пусковой и рабочий крутящий момент шарико-винтовой передачи: почему они разные?

Пусковой и рабочий крутящий момент ШВП описывают различные условия эксплуатации. Пусковой крутящий момент должен инициировать вращение и ускорить ось, в то время как рабочий крутящий момент поддерживает движение системы после стабилизации движения.

В правильно собранной системе ШВП пусковой момент может быть немного выше, чем установившийся крутящий момент. Однако значительное увеличение крутящего момента, сильное-зависимое от положения сопротивление или постоянно растущий ток двигателя могут указывать на неподходящую смазку, чрезмерную предварительную нагрузку, сопротивление уплотнения, проблемы с опорными-подшипниками или несоосность установки.

Понимание того, откуда возникает крутящий момент, помогает отличить нормальное сопротивление ШВП от развивающейся механической проблемы.

1. Что такое пусковой момент шарико-винтовой передачи?

Пусковой крутящий момент – это крутящий момент, необходимый в момент, когда ШВП начинает вращаться из состояния покоя. В некоторых контекстах проектирования и технического обслуживания его также называют моментом срыва.

Пусковой крутящий момент может включать:

• Крутящий момент, необходимый для перемещения внешней осевой нагрузки
• Крутящий момент, необходимый для ускорения движущейся массы
• Крутящий момент, необходимый для ускорения ШВП, муфты и ротора двигателя
• Внутреннее сопротивление от предварительного натяга ШВП
• Устойчивость к уплотнениям гаек и грязесъемникам
• Обеспечить устойчивость-подшипников и масляных-уплотнений
• Устойчивость к смазке до того, как она начнет циркулировать
• Направляющая, кабельная-цепь и сопротивление уплотнения машины-

Пусковой момент не обязательно имеет одно фиксированное значение. Оно может меняться в зависимости от температуры, состояния смазки, положения винта, направления движения и продолжительности простоя машины.

2. Что такое крутящий момент при работе шарико-винтовой передачи?

Рабочий крутящий момент — это крутящий момент, необходимый после того, как ШВП начала двигаться. Его можно оценить во время ускорения, движения с постоянной-скоростью или замедления, поэтому при сравнении значений необходимо указывать рабочие условия.

Для практического анализа рабочий крутящий момент можно разделить на два состояния:

Рабочий крутящий момент при ускорении

Двигатель должен продолжать ускорять движущуюся массу и вращающиеся компоненты. Крутящий момент может оставаться близким к начальному значению до тех пор, пока не будет достигнута целевая скорость.

Стабильный крутящий момент

После того, как ось достигает постоянной скорости, ускоряющий момент становится примерно равным нулю. Двигателю в основном необходимо преодолевать внешнюю рабочую нагрузку и механическое сопротивление системы ШВП.

Вот почему установившийся крутящий момент обычно ниже, чем пусковой или ускоряющий момент.

3. Пусковой и рабочий крутящий момент

Сравнение	Стартовый крутящий момент	Устойчивый крутящий момент
Условия эксплуатации	Ось начинает двигаться из состояния покоя	Ось движется примерно с постоянной скоростью
Ускорительный момент	Обычно включено	Примерно ноль при постоянной скорости
Устойчивость к смазке	Может быть выше после длительной остановки или при низкой температуре.	Может уменьшиться после перераспределения смазки
Проверка двигателя	Проверьте пиковый крутящий момент	Проверьте непрерывный и среднеквадратичный крутящий момент
Типичный симптом, если он чрезмерен	Скачок пускового тока или отсутствие движения	Непрерывный нагрев, высокий ток или нестабильная скорость

4. Основные компоненты крутящего момента шарико-винтовой передачи

Общий крутящий момент двигателя во время запуска концептуально можно представить как:

При постоянной скорости уравнение приблизительно принимает вид:

Где:

• T_{нагрузка}– крутящий момент, необходимый для преодоления внешней осевой нагрузки.
• T_{линейное ускорение}— крутящий момент, необходимый для ускорения движущегося стола и полезной нагрузки.
• T_{вращающаяся инерция}— крутящий момент, необходимый для ускорения шарико-винтовой передачи, муфты и других вращающихся частей.
• T_тащитьвключает преднатяг шариковой гайки, уплотнения, смазку и внутреннее сопротивление качению.
• T_другойвключает в себя опорные подшипники, направляющие, тросовые цепи и другие сопротивления машины.

Это различие важно, поскольку сама ШВП может составлять только часть измеряемого крутящего момента двигателя.

5. Расчет крутящего момента по осевой нагрузке

Крутящий момент, необходимый для преобразования вращательного движения в осевую силу, можно оценить с помощью:

Этот расчет не включает автоматически момент предварительного натяга гайки, уплотнения, опорные подшипники или инерцию вращения. Эти дополнительные компоненты крутящего момента следует рассматривать отдельно.

Например, предположим, что шарико-винтовая передача перемещает осевую нагрузку 1000 Н с ходом 10 мм и расчетным КПД привода 0,90:

Если измеренный крутящий момент в установившемся режиме составляет 2,10 Н·м, дополнительные 0,33 Н·м могут возникнуть из-за сопротивления шариковой гайки, опорных подшипников, уплотнений и других сопротивлений машины.

Если пусковой крутящий момент достигает 3,00 Н·м, разница может также включать момент ускорения и большее сопротивление смазки при запуске. Результат следует анализировать путем разделения условий эксплуатации, а не предполагать, что ШВП неисправна.

6. Как предварительная нагрузка шарико-винтовой передачи влияет на крутящий момент

Предварительная нагрузка шарико-винтовой передачи устраняет или уменьшает внутренний осевой зазор, поддерживая контролируемый контакт между шариками и дорожками качения. Это повышает жесткость и точность реверса, а также увеличивает внутреннее сопротивление качению.

Более высокая предварительная нагрузка обычно приводит к:

• Нижний осевой зазор
• Повышенная жесткость системы
• Повышенная устойчивость при реверсе
• Более высокий крутящий момент
• Более высокий ток двигателя
• Больше тепла от трения на скорости

Поэтому гайка с предварительным натягом может казаться более тугой, чем гайка с зазором-, даже если оба продукта работают правильно.

Однако большая предварительная нагрузка не всегда лучше. Чрезмерная предварительная нагрузка может привести к аномальному нагреву, снижению максимальной скорости, увеличению нагрузки на двигатель и сокращению срока службы ШВП.

Крутящий момент предварительного натяга следует оценивать, используя данные производителя о фактическом диаметре винта, шаге винта, типе гайки и уровне предварительного натяга. Единый универсальный стандарт-на ощупь не может быть применен к каждой шариковой винтовой паре.

7. Сопротивление уплотнения и грязесъемника

Уплотнения гайки шарикового винта помогают ограничить попадание пыли и загрязнений, сохраняя при этом смазку внутри гайки. Поскольку уплотнительные кромки соприкасаются с поверхностью винта или плотно следуют за ней, они способствуют сопротивлению перемещению.

Сопротивление уплотнения может стать более заметным, если:

• Уплотнения новые
• Материал уплотнения относительно жесткий.
• Рабочая температура низкая
• Поверхность винта сухая
• Уплотнения загрязнены или повреждены.
• Уплотнение не соответствует геометрии винта.

Небольшое, постоянное сопротивление уплотнения может быть нормальным. Сопротивление, которое резко меняется в одном положении винта или вызывает видимые повреждения уплотнения, требует проверки.

8. Как смазка меняет пусковой момент

Смазка уменьшает контакт металла и обеспечивает плавную циркуляцию шариков, но тип, количество, температура и состояние смазки также влияют на крутящий момент.

Вязкость смазки

Смазка с высокой-вязкостью или высокой-консистенцией может создавать большее сопротивление, чем более легкая смазка, особенно во время запуска. Смазку следует выбирать в соответствии с нагрузкой, скоростью, температурой и требованиями производителя ШВП.

Низкая температура

Смазка становится более устойчивой к движению при понижении температуры. ШВП, которая нормально работает в теплой мастерской, может потребовать заметно большего пускового крутящего момента в холодной среде.

Чрезмерная смазка

Переполнение гайки может привести к взбиванию смазки. Шарики должны выталкивать излишки смазки через систему циркуляции, увеличивая сопротивление и температуру.

Недостаточная смазка

Слишком мало смазки также может увеличить сопротивление, поскольку роликовые контакты и уплотнения работают без достаточной смазочной пленки. Это может привести к шуму, повышению температуры и прогрессирующему износу.

Длительные периоды без движения

После длительной остановки смазка может перестать равномерно распределяться по рабочей зоне. Пусковой крутящий момент может временно измениться, пока медленное движение полного-хода не перераспределит его.

Подробные принципы выбора смазочного материала и обслуживания см.Смазка шарико-винтовой передачи: масло или смазка и методы технического обслуживания.

9. Почему новая шарико-винтовая передача может показаться туже

Новый шариковый винт может иметь более высокое или более заметное сопротивление, чем изношенный узел с зазором-типа, поскольку его контакт шарика-с- дорожкой качения, предварительная нагрузка, уплотнения и смазка все еще находятся в исходном состоянии.

Новая ШВП может казаться одинаково затянутой по следующим причинам:

• Заданный предварительный натяг гайки
• Новый контакт уплотнения
• Свежая смазка, которая еще не была распределена
• Низкая температура во время проверки
• Опорные подшипники, которые также имеют предварительный натяг

Равномерное сопротивление отличается от связывания. Правильно собранный винт должен вращаться плавно, без резких заеданий, скрипа, металлического щелчка или большого изменения крутящего момента по ходу хода.

Не запускайте намеренно слишком затянутую шарико-винтовую передачу на высокой скорости, чтобы «износить ее». Сначала подтвердите спецификацию продукта, условия смазки и установки.

10. Несоосность установки и высокий крутящий момент.

Шарико-винтовая передача предназначена в первую очередь для восприятия осевой силы. Не следует принуждать его компенсировать смещенный двигатель, несоосные опорные узлы или неправильно расположенный корпус шариковой гайки.

Общие проблемы с выравниванием включают в себя:

• Вал двигателя и ШВП не соосны.
• Муфта установлена ​​с чрезмерным смещением или угловой погрешностью.
• Неподвижные и опорные подшипниковые узлы не выровнены.
• Корпус гайки тянет шариковую гайку в сторону.
• Ось винта не параллельна линейным направляющим.
• Посадочные места подшипников или заплечики вала не соответствуют размерам концевой-опоры.
• Монтажные болты затягиваются до того, как узел сможет само-выровняться.

Несоосность часто приводит к возникновению крутящего момента, который меняется в зависимости от положения винта. Например, ось может легко вращаться вблизи одного конца, но туго затягиваться вблизи центра или противоположного конца.

В этой ситуации увеличение мощности двигателя не устраняет механическую причину. Это может позволить машине продолжать движение, одновременно ускоряя износ гайки, опорных подшипников и муфты.

11. Опорные подшипники также могут увеличить крутящий момент.

Высокий крутящий момент не всегда обусловлен шариковой гайкой. В опорных-концевых опорах обычно используются радиально--упорные подшипники для контроля осевого перемещения. Расположение подшипников и предварительный натяг влияют на сопротивление вращению.

Момент опорного-подшипника может стать чрезмерным по следующим причинам:

• Чрезмерный предварительный натяг подшипника
• Неправильная ориентация подшипника
• Перетянутая контргайка
• Неподходящее количество смазки
• Неправильная посадка-посадочного места подшипника.
• Загрязнение или повреждение подшипника
• Фиксированные и поддерживаемые концы вытесняются из выравнивания

Если шариковый винт вращается плавно до затяжки опорной контргайки, но после этого затягивается, перед заменой шариковой гайки следует проверить узел опорного-подшипника.

12. Пусковой крутящий момент по горизонтальной и вертикальной осям.

Горизонтальная ось

На горизонтальной оси линейные направляющие обычно несут вес движущегося стола. Пусковой момент ШВП в основном определяется ускорением, рабочей силой, сопротивлением направляющей и внутренним сопротивлением системы.

Вертикальная ось

По вертикальной оси двигатель также должен преодолевать силу тяжести при движении вверх. Таким образом, пусковой момент может быть существенно выше, чем на аналогичной горизонтальной оси.

Вертикальная ось может двигаться назад-при снятии крутящего момента двигателя. Расчет крутящего момента не заменяет необходимость использования соответствующего тормоза двигателя, противовеса или механической системы удержания нагрузки-.

13. Как измерить момент сопротивления шарико-винтовой передачи

Крутящий момент лучше всего измерять при четко определенных условиях. Запишите, включает ли измерение только шариковую гайку, опорные подшипники, уплотнения, муфту или всю ось машины.

Практическая процедура проверки:

1. Обеспечьте безопасность машины и устраните внешние технологические силы.
2. Для вертикальных осей механически поддержите груз перед отсоединением двигателя или тормоза.
3. Отсоедините двигатель или муфту, если испытание направлено на изоляцию механического узла.
4. Используйте подходящий-инструмент для измерения крутящего момента на конце винта.
5. Медленно вращайте винт вперед и запишите начальный пик.
6. Продолжайте вращение на стабильно низкой скорости и запишите рабочий крутящий момент.
7. Повторите тест в обратном направлении.
8. Измерьте в нескольких точках полезного хода.
9. Повторите процедуру после того, как смазка и сборка достигнут стабильной температуры.

Измерение следует повторить в тех же условиях при сравнении различных винтов или мониторинге изменений с течением времени.

Ток двигателя может предоставить полезную информацию о состоянии, но он не равен автоматически крутящему моменту ШВП. Для преобразования требуется константа крутящего момента двигателя и необходимо учитывать состояние привода, двигателя, муфты и всей оси.

14. Как интерпретировать измерения

Равномерный крутящий момент на всем протяжении хода

Постоянное сопротивление может указывать на нормальную предварительную нагрузку, сопротивление уплотнения или сопротивление смазке. Сравните значение со спецификацией продукта или машины.

Одна узкая позиция

Локальное увеличение крутящего момента может указывать на повреждение вала, загрязнение, дефекты дорожек качения, локальный изгиб или деформацию установки.

Крутящий момент увеличивается к одному концу

Это может указывать на несоосность-узла опоры, смещение корпуса гайки-или потерю параллельности между шариковым винтом и линейными направляющими.

После установки опоры крутящий момент высокий в обоих направлениях.

Проверьте предварительную нагрузку-подшипника на фиксированном конце, контргайку, посадку подшипника и выравнивание двух опорных блоков.

Пусковой момент высокий в холодном состоянии, но снижается после нескольких циклов работы.

На это могут влиять вязкость смазки и жесткость уплотнения. Убедитесь, что смазка пригодна для минимальной рабочей температуры.

Рабочий крутящий момент продолжает увеличиваться

Продолжающийся рост вызывает большее беспокойство, чем кратковременный пик стартапов. Остановитесь и проверьте наличие проблем со смазкой, чрезмерного предварительного натяга, смещения, повреждения подшипников или аномального нагрева.

15. Нормальное сопротивление или проблема?

Наблюдение	Возможная интерпретация
Гладкое и равномерное сопротивление	Это может быть обычная предварительная нагрузка, сопротивление уплотнения или смазки.
Кратковременное увеличение запуска при низкой температуре	Проверьте номинальную температуру смазки и количество смазки.
Внезапное затруднительное положение в той же позиции	Проверьте соосность, загрязнение и состояние дорожек качения.
Изменение крутящего момента после затяжки корпуса гайки	Возможно, гайка-не соосна корпусом.
Изменение крутящего момента после затяжки контргайки опоры	Возможная проблема с преднатягом-подшипника
Высокий рабочий крутящий момент при повышении температуры	Остановитесь и осмотрите всю сборку.

16. Какой крутящий момент следует использовать при выборе двигателя?

При выборе двигателя не следует использовать только пусковой или только рабочий момент. Должен быть проверен полный цикл движения.

• Пиковый крутящий момент двигателядолжны охватывать запуск, ускорение, замедление и кратковременные-пики усилий.
• Непрерывный крутящий моментдолжны охватывать устойчивое движение и условия удержания, где это применимо.
• Среднеквадратичный крутящий моментдолжно оставаться в пределах тепловой мощности двигателя в течение всего рабочего цикла.
• Доступный крутящий момент на рабочей скоростинеобходимо проверять по кривой крутящего момента-скорости двигателя.

Добавление коэффициента запаса полезно, но его не следует использовать для сокрытия неизвестного механического сопротивления. Сопротивление шарико-винтовой передачи, момент опоры-подшипника, сопротивление направляющей и внешние силы следует по возможности оценивать или измерять отдельно.

17. Устранение неполадок, связанных с чрезмерным пусковым моментом.

Если пусковой момент выше ожидаемого, проверьте систему в следующем порядке:

1. Убедитесь, что ось горизонтальна или вертикальна и правильно ли рассчитана нагрузка.
2. Проверьте ускорение, скорость двигателя и настройки профиля движения-.
3. Подтвердите тип шариковой гайки и указанный предварительный натяг.
4. Проверьте тип, количество, состояние и температурный диапазон смазки.
5. Проверьте уплотнения и грязесъемники на наличие повреждений или загрязнений.
6. Поверните шариковый винт перед соединением корпуса гайки, чтобы выявить изменения в сборке.
7. Проверьте предварительный натяг подшипника-концевого подшипника и состояние контргайки.
8. Проверьте соосность двигателя, муфты и шарикового винта.
9. Проверьте параллельность между шариковым винтом и системой линейных направляющих.
10. Измерьте крутящий момент в нескольких положениях и в обоих направлениях.

Замена двигателя на более крупную модель не должна быть первой реакцией на необъяснимый крутящий момент. Если механическое сопротивление ненормальное, более мощный двигатель может лишь замедлить выход из строя, одновременно увеличивая нагрузку на муфту, гайку и опорные подшипники.

Заключение

Пусковой момент шарико-винтовой передачи обычно выше крутящего момента при установившемся движении, поскольку двигатель должен инициировать движение, ускорять движущиеся и вращающиеся компоненты и преодолевать начальное сопротивление предварительного натяга, уплотнений, смазки и опорных подшипников.

Разница должна быть плавной, повторяемой и соответствовать выбранной ШВП и конструкции машины. Большие колебания крутящего момента, локализованные узкие места, возрастающий рабочий крутящий момент или чрезмерный нагрев не следует расценивать как нормальные нарушения-в работе.

Для достоверной оценки необходимо учитывать отдельно внешнюю нагрузку, ускорение, сопротивление шарико-винтовой передачи, сопротивление-опорной подшипниковой опоре и полную центровку машины. Это позволяет правильно выбрать двигатель и выявить механические проблемы до того, как они вызовут преждевременный износ.

DLY поставкишариковые винтыс различными диаметрами, шагами, конструкциями гаек, условиями предварительного натяга и классами точности. Концевая обработка и соответствующие опорные блоки также могут быть подтверждены в соответствии с компоновкой станка.

Информацию о регулярном осмотре и уходе см.Руководство по техническому обслуживанию катаных шарико-винтовых пар.

← Вернуться назад на Блог DLY