Почему шарико-винтовая передача вибрирует на высокой скорости на станках с ЧПУ?

Введение

Вибрация шарико-винтовой передачи-на высоких скоростях — распространенная проблема станков с ЧПУ. В некоторых ситуациях вибрация только увеличивает рабочий шум. В более серьезных случаях это влияет на точность обработки, сокращает срок службы подшипников, повреждает опорные узлы и даже вызывает срабатывание сервосигналов.

Многие пользователи предполагают, что вибрация исходит непосредственно от самого ШВП. Однако вибрация обычно является результатом совместной работы нескольких факторов, включая скорость вращения, жесткость, качество установки, предварительную нагрузку, смазку и конструкцию машины.

Чтобы понять, почему ШВП вибрирует на высокой скорости, мы должны сначала понять самое важное механическое ограничение во вращающейся винтовой системе: критическую скорость.

1. Критическая скорость

Каждый вращающийся вал имеет свою собственную частоту. Когда скорость вращения приближается к этой частоте, возникает резонанс и вал начинает существенно вибрировать.

Это явление называется критической скоростью.

В шарико-винтовых системах чем длиннее вал винта, тем легче он достигает критической скорости при работе на-высокой скорости.

Типичные симптомы включают в себя:

Видимая тряска винта
Увеличение вибрации на более высоких оборотах.
Громкий рабочий шум
Сниженная стабильность позиционирования

Способ поддержки напрямую влияет на критическую скорость.

Метод поддержки	Относительная критическая скорость
Исправлено-Бесплатно	Самый низкий
Исправлено-Поддерживается	Середина
Исправлено-Исправлено	Самый высокий

Даже если скорость винта работает ниже теоретической критической скорости, вибрация все равно может появиться, если точность установки недостаточна.

2. Выравнивание установки

Плохая центровка установки является еще одним важным источником вибрации.

Если вал двигателя, муфта, опорный блок и шариковый винт не выровнены правильно, вращающаяся система во время работы будет испытывать постоянную радиальную нагрузку.

На низкой скорости проблема может быть неочевидной. Однако на высокой скорости даже небольшие ошибки выравнивания усиливаются.

К частым проблемам при установке относятся:

Неправильно расположенные опорные блоки
Неровные монтажные поверхности
Гнутые конструкции машин
Неправильная установка муфты
Чрезмерно-затянуты опорные подшипники

Эти проблемы создают циклическую силу во время вращения, которая со временем перерастает в вибрацию.

Однако одной точности установки недостаточно. Жесткость самой ШВП также играет важную роль.

3. Жесткость ШВП

Жесткость ШВП в основном зависит от диаметра вала и длины без опоры.

Винт небольшого-диаметра легче сгибается под нагрузкой и ускорением.

Например:

ШВП 1204 подходит для небольших машин.
ШВП 2505 или 3210 имеет гораздо более высокую жесткость.

Если жесткость недостаточна, отклонение вала увеличивается при движении на высокой-скорости, что приводит к усилению вибрации.

Станки с ЧПУ-с большим ходом особенно чувствительны к этой проблеме.

Помимо самого винтового вала, есть еще один важный компонент, который также может передавать вибрацию непосредственно в систему трансмиссии: муфта.

4. Проблемы с соединением

Муфта соединяет серводвигатель и шариковый винт.

Если качество муфты плохое или установлена неправильно, вибрация может распространиться по всей системе привода.

Типичные проблемы с муфтой включают в себя:

Эксцентрическое вращение
Плохая балансировка
Чрезмерный люфт
Низкая жесткость на кручение

Дешевые гибкие муфты иногда временно компенсируют ошибки соосности, но они могут снизить стабильность на высокой скорости.

Даже при использовании правильных компонентов трансмиссии чрезмерное внутреннее сопротивление может привести к нестабильной работе.

5. Предварительная нагрузка и смазка

Предварительная нагрузка используется для уменьшения люфта и повышения точности позиционирования.

Однако чрезмерная предварительная нагрузка увеличивает трение внутри системы ШВП.

На высокой скорости чрезмерное трение может вызвать:

Выработка тепла
Повышенная нагрузка на двигатель
Снижена плавность движения.
Вибрация при разгоне

Смазка также сильно влияет на плавность циркуляции шариков.

Плохая смазка увеличивает сопротивление качению и приводит к нестабильной работе.

Загрязненная смазка может еще больше усилить вибрацию и шум.

На этом этапе многие пользователи заменяют сам ШВП. Однако фактический источник вибрации может исходить из конструкции машины.

6. Структура машины

Жесткость станка влияет на все вибрационные характеристики системы ЧПУ.

Слабые рамы машины могут усиливать вибрацию, возникающую при нормальном движении трансмиссии.

Эта проблема распространена в:

Станки с ЧПУ своими руками
Легкие алюминиевые конструкции
Длинные станины без опоры
Тонкие монтажные пластины

Во многих случаях ШВП не является первоначальным источником вибрации. Он лишь передает вибрацию, возникающую в другом месте машины.

Поскольку вибрация обычно возникает под действием нескольких факторов, для решения проблемы требуется комплексная стратегия борьбы с-вибрацией.

7. Антивибрационные-решения

Несколько практических методов могут снизить-вибрацию шариковинтовой передачи на высоких скоростях.

Решение	Эффект
Увеличьте диаметр винта	Улучшает жесткость
Используйте фиксированную-фиксированную поддержку	Повышает критическую скорость
Повысьте точность установки	Уменьшает радиальную силу
Улучшить качество соединения	Улучшает вращательную стабильность
Оптимизация предварительной загрузки	Уменьшает внутреннее трение
Улучшение смазки	Улучшает циркуляцию мяча.
Укрепить корпус машины	Снижает структурную вибрацию

8. Выбор подходящей ШВП

При выборе шарико-винтовой пары для высокоскоростных применений с ЧПУ пользователи должны учитывать всю систему перемещения, а не только ход и диаметр.

Важные факторы включают в себя:

Жесткость вала
Метод поддержки
Скорость вращения
Сервоускорение
Жесткость конструкции машины
Требования к предварительной загрузке
Состояние смазки

Правильно подобранная система шариковых винтов обеспечивает более плавное движение, лучшую точность и более длительный срок службы.

Заключение

Вибрация шарико-винтовой передачи на высокой скорости обычно является проблемой-на уровне системы, а не дефектом отдельного компонента.

Критическая скорость является отправной точкой, но соосность установки, жесткость, предварительная нагрузка, смазка, качество соединения и конструкция машины — все это влияет на поведение вибрации.

Вместо простого снижения скорости производители ЧПУ должны оптимизировать всю систему передачи.

При правильной конструкции и сборке высокоскоростные-системы с шарико-винтовыми парами могут обеспечить стабильное, плавное и точное движение в течение долгой-долговременной службы.

Ссылки

Механическое проектирование элементов машин и машин: перспектива предотвращения сбоев-Джек А. Коллинз, Генри Р. Басби и Джордж Х. Стааб
Теория машин и механизмов Джона Дж. Уиккера-младшего, Гордона Р. Пеннока и Джозефа Э. Шигли.

Запросите индивидуальное решение для шарико-винтовой передачи

Нужны стабильные высокоскоростные-ШВП?

DLY обеспечивает точностьшариковые винтыдля станков с ЧПУ, средств автоматизации и промышленных систем перемещения.

Мы поддерживаем: