В паспорте ШВП может быть указана динамическая нагрузка 629 кгс. Означает ли это, что ШВП может безопасно поднять груз массой 629 кг? Не обязательно.
Допустимая нагрузка на шарико-винтовую передачуне может быть представлено одним каталожным значением. Динамическая нагрузка используется для оценки -усталостной долговечности качения, тогда как статическая нагрузка относится к остаточной деформации при пиковой нагрузке. Фактическая допустимая нагрузка также должна соответствовать ограничениям по продольному изгибу вала, опорным-подшипникам, критической-скорости, двигателям, торможению и ограничениям по установке.
Ориентация установки не меняет каталожную динамическую или статическую нагрузку шариковинтовой передачи. Это изменяет фактическую осевую силу, действующую на винт. Это различие особенно важно при сравнении горизонтальной и вертикальной осей.
Основные условия загрузки
| Параметр | Значение | Используется для | Не то же самое, что |
|---|---|---|---|
| Динамическая нагрузка Ca | Постоянная осевая нагрузка, связанная со стандартным базовым номинальным сроком службы | Расчет усталости-срока службы при повторяющихся движениях | Максимальная безопасная рабочая нагрузка |
| Статическая нагрузка C0a | Осевая нагрузка, соответствующая определенному уровню остаточной контактной деформации. | Пиковая-нагрузка и статическая-проверка безопасности | Рекомендуемая постоянная нагрузка |
| Фактическая осевая нагрузка F | Сила, передаваемая через винт во время реального машинного цикла | Проверка параметров двигателя, срока службы, статической безопасности и структурных проверок. | Перемещение массы само по себе |
| Эквивалентная динамическая нагрузка Fm | Циклическая-взвешенная нагрузка, используемая при изменении силы во время работы | Динамический-расчет срока службы | Простая арифметическая средняя нагрузка |
| Допустимая осевая нагрузка | Допустимое усилие,-специфическое для приложения, после проверки всех пределов | Окончательный выбор ШВП | Один универсальный процент Ca |
Динамическая нагрузка
Базовая динамическая нагрузка Ca – это ссылка на усталость-жизни. Для типичного метрического номинала ШВП он представляет собой постоянную осевую нагрузку, при которой группа номинально идентичных ШВП достигает базового номинального срока службы в один миллион оборотов с определенным уровнем надежности.
Это не означает, что непрерывная работа на уровне Caявляется рекомендуемым расчетным условием. При такой нагрузке расчетный базовый номинальный срок службы представляет собой только стандартизированный эталонный срок службы. Машина, требующая десятков миллионов оборотов винта, должна работать при более низкой эквивалентной динамической нагрузке или использовать ШВП с более высоким номиналом.
Поэтому номинальная динамическая нагрузка используется в уравнении срока службы. Это не прямое утверждение о том, какую массу может нести машина.
Статическая нагрузка
Базовая статическая нагрузка C0aсвязано с остаточной деформацией в наиболее напряженном контакте между шариками и дорожками качения. Это определяется стандартизированным критерием деформации, а не видимым поломкой винта.
Постоянные вмятины могут повлиять на плавность хода, шум, предварительную нагрузку и поведение при позиционировании, даже если ШВП все еще может вращаться. По этой причине максимальная приложенная осевая нагрузка должна оставаться ниже допустимого значения после применения соответствующего статического коэффициента запаса прочности.
C0a= базовая статическая осевая нагрузка;
FМакс= максимальная осевая нагрузка, включая ударные и аварийные условия.
Требуемый коэффициент безопасности зависит от вибрации, удара, ускорения, точности установки и последствий отказа. Оно должно исходить из рекомендаций выбранного производителя и требований к конструкции машины, а не из одного универсального процента.
кг, кгс и кН
Путаница часто возникает из-за того, что в старых или региональных каталогах номинальные характеристики ШВП указаны в кгс, а не в ньютонах или килоньютонах.
| Единица | Меры | Конверсия |
|---|---|---|
| кг | Масса | Не силовая единица |
| кгс | Сила | 1 кгс=9.80665 Н |
| N | Сила | 1 Н ≈ 0,10197 кгс |
| кН | Сила | 1 кН=1,000 Н ≈ 101,97 кгс |
В условиях стандартной гравитации неподвижная масса массой 1 кг создает гравитационную силу примерно в 1 кгс. Это не означает, что каталожная нагрузка 629 кгс автоматически позволяет машине поднимать 629 кг. Ускорение, технологическая сила, трение, безопасность, требуемый срок службы и другие структурные ограничения все еще должны быть включены.
Пример: Что означает 629 кгс?
Предположим, в каталоге указаны следующие значения для ШВП:
- Динамическая нагрузка Ca= 629 кгс
- Статическая нагрузка C0a= 1,270 кгс
Переведено в единицы силы СИ:
- 629 кгс ≈ 6,17 кН
- 1270 кгс ≈ 12,45 кН
Первое значение используется при расчете усталостного-ресурса. Второй используется при проверке максимальной нагрузки и статической безопасности. Ни одно из значений само по себе не является рекомендуемой грузоподъемностью.
Рассчитать базовый номинальный срок службы
Для ШВП, работающего под постоянной эквивалентной осевой нагрузкой, номинальный срок службы в оборотах можно оценить по формуле:
Ca= номинальная базовая динамическая осевая нагрузка;
Fm= эквивалентная динамическая осевая нагрузка.
На примере Сa629 кгс показывает, почему динамическую нагрузку не следует рассматривать как рекомендуемую рабочую нагрузку:
| Эквивалентная нагрузка Fm | Ca / Fm | Расчетный базовый номинальный срок службы |
|---|---|---|
| 200 кгс | 3.145 | Примерно 31,1 миллиона оборотов |
| 400 кгс | 1.573 | Примерно 3,89 миллиона оборотов |
| 629 кгс | 1.000 | 1 миллион оборотов |
Удвоение рабочей нагрузки уменьшает расчетный срок службы в восемь раз, поскольку нагрузка возводится в третью степень. Поэтому перед выбором ШВП необходимо определить требуемый срок службы.
Если шаг винта известен, обороты также можно преобразовать в общий путь перемещения:
Это общий суммарный ход гайки, а не физическая длина ШВП.
Переменные нагрузки
Нагрузки на машины редко бывают постоянными. Один цикл может содержать ускорение, перемещение с постоянной-скоростью, обработку, замедление и возвратное движение. Использование простого среднего арифметического может недооценить эффект самых высоких нагрузок.
Когда скорость постоянна в течение отдельных рабочих сегментов, эквивалентную динамическую нагрузку можно оценить с помощью кубического среднего:
ti= время, проведенное в этом сегменте.
Если скорость шнека также изменяется, расчет должен быть взвешен по количеству оборотов в каждом сегменте. Пиковую нагрузку по-прежнему необходимо отдельно проверять на соответствие статическим и структурным ограничениям.
Горизонтальная осевая нагрузка
По горизонтальной оси вес подвижного стола обычно переносится линейными направляющими. Он не действует непосредственно как осевая нагрузка ШВП.
Винт должен генерировать силу, необходимую для ускорения массы, преодоления трения и сопротивления технологической нагрузке:
Горизонтальная машина может перемещать большую массу с относительно умеренной постоянной осевой силой, когда трение в направляющей низкое. Однако быстрое ускорение или большая сила резания все равно могут создать высокую нагрузку на ШВП.
Вертикальная осевая нагрузка
На вертикальной оси сила тяжести действует вдоль направления движения. Винт должен поддерживать движущуюся массу, а также создавать ускорение и преодолевать другие сопротивления.
Для ускорения вверх упрощенное соотношение сил выглядит следующим образом:
Во время ускорения или замедления вниз величина и направление изменяются. Поэтому необходимо оценивать полный цикл движения, а не использовать только стационарный вес.
Шарико-винтовая передача также имеет возможность обратного хода. Вертикальная ось требует тормоза или другого средства, удерживающего нагрузку-и-падения. Номинальная нагрузка сама по себе не обеспечивает безопасность вертикальной оси при потере мощности.
Ориентация не меняет рейтинг
Тот же шариковый винт сохраняет тот же каталог C.aи С0aзначения независимо от того, установлены ли они горизонтально или вертикально. Что меняется, так это фактическая нагрузка, приложенная к машине.
| Элемент | Горизонтальная ось | Вертикальная ось |
|---|---|---|
| Каталог Сaи С0a | Без изменений | Без изменений |
| Эффект движущейся массы | В основном влияет на ускорение и трение направляющих. | Гравитация действует непосредственно вдоль оси винта. |
| Риск потери-потери электроэнергии | Нагрузка обычно остается на направляющей системе. | Груз может двигаться назад и опускаться без тормоза. |
| Окончательный выбор | На основе расчетной осевой силы и рабочего цикла. | На основе силы тяжести, ускорения, рабочего цикла и системы безопасности. |
Другие пределы нагрузки
ШВП может соответствовать своим динамическим и статическим характеристикам, но при этом быть непригодной для всей оси. Необходимо проверить несколько дополнительных ограничений.
| Лимит | От чего он защищает | Основные влияющие факторы |
|---|---|---|
| Усталость-предел жизни | Усталость от перекатывания-контакта при повторяющихся операциях | Ca, эквивалентная нагрузка, обороты и смазка |
| Статический-лимит контактов | Постоянные вмятины на шариках и дорожках качения | C0a, пиковая нагрузка, ударная нагрузка и коэффициент запаса прочности |
| Предел продольного изгиба | Боковое разрушение под действием сжимающей осевой нагрузки | Диаметр основания вала, длина без опоры и концевая опора |
| Поддержка-ограничения подшипника | Перегрузка подшипника, осевое смещение и нагрев. | Расположение подшипников, предварительный натяг, номинальные характеристики и жесткость корпуса. |
| Критическое-ограничение скорости | Биение вала и вращательная нестабильность | Диаметр вала, длина, скорость и расположение опор |
| Предел привода и тормоза | Недостаточная тяга, ускорение или удержание груза. | Крутящий момент двигателя, опережение, эффективность, муфта и тормозная способность |
Испугивание при сжатии
Длинный винт под действием сжимающего усилия может прогнуться под действием силы ниже номинальной статической нагрузки его гайки. Потеря устойчивости сильно зависит от диаметра основания винта, длины без опоры и конфигурации торцевой-опоры.
Вытягивание винта с натяжением не приводит к такому же изгибу. Вот почему в машинах с длинным-ходом двигателя большое значение имеют направление, в котором винт передает нагрузку, и расположение фиксированной опоры.
Номинал гайки из каталога не может использоваться в качестве допустимой сжимающей нагрузки до тех пор, пока не будет проверен предел-нагрузки колонны вала.
Боковая нагрузка не является осевой нагрузкой
ШВП предназначены в первую очередь для передачи осевого усилия. Гайку не следует использовать в качестве компонента, направляющего подвижный стол или несущего боковую нагрузку.
Радиальные или моментные нагрузки могут возникнуть из-за плохой центровки, движущейся платформы без опоры, смещения кронштейна с гайкой или оси винта, которая не параллельна линейным направляющим. Эти нагрузки создают неравномерный контакт шариков и могут сократить срок службы, даже если расчетная осевая нагрузка находится в пределах номинальных значений, указанных в каталоге.
Система линейных направляющих должна выдерживать вес и моменты стола, а шариковый винт обеспечивает осевую движущую силу.
Распространенные ошибки интерпретации
- Рассматривая номинальную динамическую нагрузку как максимальную безопасную длительную нагрузку.
- Считайте номинальную статическую нагрузку рекомендуемой рабочей нагрузкой.
- Преобразование кгс непосредственно в полезную нагрузку машины без расчета ускорения и ориентации.
- Применение одного фиксированного процента Caк каждой горизонтальной или вертикальной оси.
- Использование среднего арифметического значения при значительном изменении нагрузки в течение цикла.
- Проверка номинала гайки, игнорируя коробление вала при сжатии.
- Предположим, что конструкция с двойной-гайкой автоматически обеспечивает большую грузоподъемность.
- Игнорирование ограничений по опорам-подшипникам, двигателю, тормозам и креплениям.
Заключение
Допустимая нагрузка на шарико-винтовую передачу — это не одно максимальное значение веса. Динамическая нагрузка Caиспользуется для оценки усталостной-долговечности качения, тогда как класс статической нагрузки C0aиспользуется для оценки остаточной контактной деформации при максимальной нагрузке.
Горизонтальная и вертикальная установка не меняют эти каталожные рейтинги. Они изменяют фактическую осевую нагрузку: горизонтальный винт в основном преодолевает ускорение, трение и технологическую силу, а вертикальный винт должен нести еще и гравитационную составляющую движущейся массы.
Окончательный выбор должен соответствовать требуемому сроку службы, статической безопасности, продольному изгибу вала, несущей способности-опор, критической скорости, крутящему моменту двигателя, торможению и центровке. Допустимая нагрузка определяется первым пределом, которого достигает вся система.
Откройте для себя направление ДЛИизделия с шариковым винтом, научитесь проверятьпродольная нагрузка шарикового винтаили просмотретьбезопасность вертикальной шарико-винтовой передачи.
