Вертикальная ось машины может точно остановиться, пока на двигатель подается питание, и все же стать небезопасной в момент отключения питания. Причина проста: шариковый винт может поддерживать и перемещать вертикальную нагрузку, если он правильно подобран по размеру, но его эффективный контакт качения обычно позволяет нагрузке вращать винт в обратном направлении.
Для вертикалишариковый винтТаким образом, ось, грузоподъемность и удержание нагрузки — это два разных вопроса проектирования. Винт, гайка, опорные подшипники и двигатель должны воспринимать рабочую силу, а тормоз или другое независимое устройство должно контролировать непреднамеренное движение вниз во время потери мощности, аварийной остановки или неисправности привода.
Это различие имеет значение для осей Z с ЧПУ, подъемных столов, вертикальных упаковочных станций, контрольного оборудования, сборочных машин и других систем, где сила тяжести постоянно действует на движущуюся массу.
Вертикальная нагрузка
Шарико-винтовая передача может нести и позиционировать вертикальную нагрузку в пределах ее осевой нагрузки, срока службы, скорости и жесткости. Однако обычно его не следует рассматривать как самоблокирующееся-устройство. Когда приводной крутящий момент исчезает, сила тяжести прикладывает к гайке осевую силу. Поскольку контакт качения обеспечивает низкое трение, эта осевая сила может создавать обратный крутящий момент и вращать винт.
Практический ответ:ШВП может выдерживать вертикальную нагрузку, но вся ось требует проверенного метода удержания нагрузки,-если неконтролируемый спуск может повредить машину или травмировать человека.
Удерживающий момент двигателя может сохранять положение, пока привод остается под напряжением. Он не обеспечивает такой же защиты после отключения электроэнергии. Аналогичным образом, гайка с предварительным натягом повышает осевую жесткость и уменьшает люфт, но не обеспечивает надежную само-фиксацию шарикового винта.
Почему возникает обратный ход
Шарико-винтовая передача предназначена для преобразования вращения двигателя в эффективное линейное движение. Тот же механизм может работать и наоборот: осевая сила, действующая на гайку, может вызвать вращение вала винта. Это известно как движение задним ходом.
На склонность к обратному ходу влияют несколько факторов:
- Вести:больший ход обычно создает больший обратный крутящий момент при той же осевой нагрузке.
- Обратная эффективность:эффективный контакт качения упрощает обратное движение по сравнению с скользящим винтом с высоким-трением.
- Движущаяся масса:стол, оснастка, заготовка и прикрепленные механизмы создают гравитационную нагрузку.
- Ускорение и замедление:динамическая сила может превосходить силу, вызванную только гравитацией.
- Внешняя технологическая сила:Силы резки, сжатия или перемещения могут действовать как под действием силы тяжести, так и против нее.
- Потери-поездов:уплотнения, подшипники, направляющие и двигатель увеличивают сопротивление, но это переменное сопротивление не следует использовать в качестве предохранительного тормоза.
Направление резьбы не решает проблему. Левый-винт меняет соотношение между вращением винта и ходом гайки, но сила тяжести все равно может повернуть его в обратном направлении в соответствующем направлении вращения.
Сила гравитации и обратный крутящий момент
Первая оценка — это нисходящая сила, создаваемая всей движущейся массой:
где Fg— сила тяжести в ньютонах, m — общая движущаяся масса в килограммах, а g — примерно 9,81 м/с².
Тогда приблизительный обратный крутящий момент на валу винта можно выразить как:
где Тназад— обратный крутящий момент в Н·м, F — осевая сила в ньютонах, P — ход винта в метрах на оборот и η.rэто обратная эффективность.
Например, движущийся узел массой 120 кг создает силу тяжести около 1177 Н. При шаге шага 10 мм и предполагаемом обратном КПД 0,85 расчетный крутящий момент, создаваемый силой тяжести-, составляет приблизительно 1,59 Н·м:
Это лишь приблизительная оценка гравитации. При выборе тормоза и двигателя также необходимо учитывать ускорение, технологическую силу, передаточное число, инерцию компонентов, изменение эффективности, необходимое время остановки и соответствующий коэффициент безопасности. Выбранный тормоз необходимо проверить, используя данные производителя о допустимом удерживающем моменте, режиме аварийной-остановки, времени включения и-сроке службы.
Загрузить-методы удержания
| Метод | Основная функция | Важное ограничение |
|---|---|---|
| Удерживающий момент сервопривода | Сохраняет заданное положение, пока привод находится под напряжением и управляет двигателем. | Не является независимым устройством-удержания при выключении питания. |
| Стояночный тормоз двигателя | Удерживает ось после остановки двигателя или отключения питания. | Многие стояночные тормоза не предназначены для компенсации повторяющихся остановок на полной-скорости. |
| Тормоз оси или зажим | Действует непосредственно на движущуюся ось или рельс и может обеспечивать независимое удержание. | Должны быть проверены установка, контроль расцепления и допустимая энергия остановки. |
| Противовес или противовес | Снижает полезную гравитационную нагрузку, крутящий момент двигателя и потребность в удержании тормоза. | Это уменьшает дисбаланс, но не обеспечивает автоматически полную функцию безопасности. |
| Вторичное защитное устройство | Улавливает или удерживает груз в случае выхода из строя основного привода или тормоза. | Его пригодность зависит от оценки риска машины и требуемых показателей безопасности. |
Обычная последовательность управления заключается в том, чтобы держать сервопривод под напряжением, пока тормоз отпускается, перемещать ось, останавливаться под управлением сервопривода, нажимать тормоз и только затем снимать крутящий момент двигателя. Отпускание тормоза до того, как двигатель установит удерживающий момент, может привести к короткому, но опасному падению. Логика синхронизации и обратной связи должна быть проверена во время ввода в эксплуатацию при максимальной ожидаемой нагрузке.
Силовые условия по вертикальной оси
Правильный расчет по вертикальной-оси позволяет разделить различные условия эксплуатации, а не проверять только статический вес.
| Состояние | Принудительное рассмотрение | Проверка дизайна |
|---|---|---|
| Стационарный | Гравитация и любая устойчивая технологическая сила | Удерживающая способность тормоза и статическая осевая нагрузка |
| Ускорение вверх | Гравитация плюс сила ускорения и трение. | Пиковый крутящий момент двигателя и максимальная нагрузка на винт |
| Движение с постоянной скоростью | Гравитация, трение и технологическая сила | Непрерывный крутящий момент двигателя и тепловой режим |
| Контролируемое движение вниз | Гравитация приводит в движение ось, а двигатель регулирует спуск. | Регенеративный режим, мощность привода и контроль превышения скорости |
| Потеря питания или неисправность | Неконтролируемая сила тяжести до срабатывания ограничителя | Реакция тормоза, тормозной путь и вторичная защита |
Средняя осевая нагрузка за рабочий цикл используется для расчета срока службы ШВП, тогда как самая высокая рабочая нагрузка должна оставаться в применимых статических и динамических пределах. Они не связаны с расчетом удерживающего-тормоза.
Ориентация винта и торцевая поддержка
Если компоновка машины это позволяет, размещение фиксированного подшипника и приводного конца над подвижной гайкой может удерживать большую часть винта в натяжении под действием силы тяжести. Винт, нагруженный главным образом на растяжение, не подвержен короблению колонны так же, как длинный винт, нагруженный на сжатие.
Если вертикальная нагрузка приводит к сжатию вала, необходимо проверить диаметр основания, длину без опоры и состояние конечной-опоры. Это описано отдельно врасчет потери устойчивости ШВП. Винт также необходимо проверить на критическую скорость, опорную-несущую способность и соосность.
В типичной конструкции вращающегося-винта используется фиксированный подшипниковый узел на приводном конце для управления осевым и радиальным положением, а также опорный подшипник на противоположном конце, обеспечивающий стабильное вращение. Фактическое расположение опоры должно соответствовать механической обработке конца вала, скорости, осевой нагрузке и требуемой жесткости.
Распространенные ошибки проектирования
- Предположим, что неподвижный сервопривод представляет собой-выключенный тормоз:управляющий момент исчезает, когда привод не может подавать питание.
- Использование предварительной нагрузки в качестве меры безопасности:предварительная нагрузка улучшает жесткость и люфт, а не надежное удержание нагрузки.
- Выбор тормоза только по гравитационному моменту:Выбор может определяться энергией аварийной остановки, задержкой включения и максимальной динамической нагрузкой.
- Игнорируя общую движущуюся массу:В комплект поставки должны входить инструменты, приспособления, заготовки, кабели и вспомогательные механизмы.
- Проверка номинальной нагрузки только винта:Срок службы гайки, коробление вала, опорные подшипники, крутящий момент двигателя, соединительная способность и эффективность торможения — это разные пределы.
- Нажатие тормоза при каждой нормальной-остановке на высокой скорости:стояночный тормоз может быстро изнашиваться, если он используется в качестве рабочего тормоза, если он специально не рассчитан на эту работу.
Заключение
ШВП может перемещаться и выдерживать вертикальную нагрузку, но высокая эффективность трансмиссии также делает возможным обратный ход. Таким образом, надежная конструкция с вертикальной-осью отделяет управление движением от удержания груза. Винт и двигатель контролируют нормальное движение; тормоз, зажим или другое удерживающее устройство контролирует нагрузку, когда крутящий момент недоступен.
В конструкции следует учитывать общую движущуюся массу, ход, обратный крутящий момент, ускорение, технологическую силу, реакцию тормоза и расположение концевых-опор. Предварительный натяг и направление резьбы не должны рассматриваться как замена проверенного тормоза. Если непреднамеренный спуск создает значительную опасность, следует выбрать независимое вторичное устройство на основе формальной оценки риска машины.
Ссылки
- ISO 3408-1, Шарико-винтовые передачи. Словарь и обозначение.
- Общий технический каталог шарико-винтовых передач, разделы, посвященные соотношению осевого усилия-к-моменту, обратному КПД, опорным узлам и продольному изгибу-вала винта.
Требуется техническое подтверждение для вертикальной оси ШВП?
DLY может помочь проверить диаметр винта, ход винта, осевую нагрузку, скорость и расположение концевой-опор для вашего применения.
