автор: Наоки Ямагучи, помощник технического менеджера, NB Corporation of America, Ганновер-Парк, Иллинойс.

Понимая, как управлять шестью факторами, вы можете увеличить грузоподъемность шаровой шлицевой втулки.

Установите шариковую втулку рециркуляции на вал, и что у вас есть; движение вала без трения. Создайте канавки по осевой длине вала, соответствующие радиусу шариковых элементов втулки, и вы получите линейное перемещение без трения в сочетании с двумя важными характеристиками – передачей крутящего момента против вращения и более высокой нагрузочной способностью. Теперь это шаровой сплайн.

Шаровой шлиц сочетает в себе линейную втулку (гайку), которая выдерживает большие моментные нагрузки, и вал, который при необходимости можно поворачивать. Это хороший выбор для применений, связанных с высокоскоростным движением и высокоскоростным вращением.

Шаровые шлицы выполняют ряд автоматизированных операций: робототехнику, контроль, прядение, загрузку, нанесение покрытия, намотку проволоки, шлифование, индексацию, установку штампа, перенос, транспортировку, формование, черчение, измерение, оптическое измерение, сварку, клепку, печать, переплет книг, упаковку, наполнение, прессование и многое другое.

Тогда почему выбор шарового сплайна затруднен? Одна из причин — семантические различия в литературе. Развенчайте их, и это будет легче. Чтобы внести ясность, подумайте о шаровых шлицах с точки зрения того, как их различные конфигурации влияют на их функцию, а затем сравните эту функцию с требованиями приложения.

Шесть коэффициентов нагрузки и точности
Шаровая шлицевая втулка (обычно называемая гайкой) обладает несущей способностью (включая моментную нагрузку), которую можно увеличить, изменяя любой из шести факторов, четыре из которых относятся к площади контакта с шариком. Эти четыре параметра — количество канавок на валу, форма канавок, длина гайки и ее дорожек качения, а также допуск. Пять и шесть — это жесткость вала и крепление.

Шестнадцать шаровых сплайнов с креплениями без ключа с использованием специальных стопорных пластин.

Количество канавок на валу. По сравнению с валом со скользящей втулкой шлицевой вал с канавками обеспечивает большую площадь контакта, так что грузоподъемность и срок службы больше, чем у комбинации скользящей втулки и вала аналогичного размера. Базовая динамическая нагрузка шарового шлица обычно в 5-12 раз больше, чем у скользящей втулки аналогичного размера.

Количество канавок в шлицевом валу колеблется от двух до шести. Однако в некоторых случаях система с шестью канавками настолько заполняет пространство на валу, что рядом с активными шариковыми направляющими гайки не остается места для рециркуляции шариков. Следовательно, гайка должна выступать из вала, чтобы шарики могли циркулировать над валом и в стороне от него. Кроме того, поскольку шариковые элементы выпадут из гайки, если гайка и вал будут разделены, с системой шарико-шлицевого соединения вала с шестью канавками необходимо обращаться осторожно.

В наиболее популярной конфигурации с четырьмя канавками гайка может иметь параллельные активные и рециркуляционные каналы, что обеспечивает компактность системы. Кроме того, все направляющие шариков соприкасаются с дорожками качения, в то время как в некоторых системах с шестью канавками в любом направлении соприкасается только половина. Таким образом, если для загрузки не требуется шесть дорожек качения, а достаточно четырех, вы можете сэкономить место.

Форма канавок. Конструкция с четырьмя точками контакта из-за своей формы называется готической аркой. Он устраняет любой зазор, который мог бы привести к прогибу, и поэтому лучше всего подходит для применений, требующих максимальной точности. Часто встречающийся на шлицах больших размеров, этот четырехточечный контакт увеличивает грузоподъемность и жесткость, так что этот шаровой шлиц может выдерживать большую моментную нагрузку.

Цилиндрические гайки без ключа подходят для компактных применений небольшого размера.

Из представленных на рынке конструкций канавок стандартным выбором являются шарики, которые соприкасаются с канавками дорожки качения в двух точках или в четырех точках. Слегка эллиптическая конструкция канавок позволяет шарикам соприкасаться в двух противоположных точках, но оставляет небольшой зазор на сторонах шариков, перпендикулярных точкам соприкосновения. Изменение направления вращения вала может вызвать люфт этой гайки дугообразного типа. Поскольку на готической дуге разница в площади контакта больше, внутренняя часть шариков должна вращаться быстрее, чем внешняя, что создает проскальзывание и приводит к большему трению. По этой причине дугообразные канавки используются для шариковых шлицов меньшего размера, более чувствительных к трению.

Для очень высоких нагрузок доступна другая конфигурация вала. В нем используются полутреугольные выступы вдоль шлицевого вала. Его главный недостаток заключается в том, что пользователю сложнее обрабатывать концы вала, и он менее жесткий. Этот тип шлицевого вала очень чувствителен к вибрации, поскольку поддерживать прямолинейность может быть несколько затруднительно. Шлицевой вал с круглой канавкой более жесткий из-за площади поперечного сечения. Это лучше с моментами изгиба и скручивания.

Длина гайки и ее дорожек качения. Поскольку дорожки качения шариков являются кольцевыми, примерно половина шариков в дорожке качения всегда находится в активной, несущей нагрузку части дорожки качения, в то время как другая половина находится в рециркуляционном тракте. Некоторые дорожки качения сконструированы таким образом, чтобы более эффективно использовать длину гаек и помещать больше шариков в их активную часть. Чем больше активных шариков в дорожках качения гайки, тем большую моментную нагрузку гайка может выдержать. Чтобы увеличить моментальную нагрузку, можно использовать несколько гаек в тандеме.

Допуски на гайки. Когда дорожки качения точно отшлифованы (не вычерчены), они лучше соответствуют форме шариков в гайке и шлицевого вала с канавками. Это приводит к тому, что противоположные дорожки качения имеют одинаковые углы соприкосновения, что исключает люфт.

Зазор между шариками и шлицевым валом с канавками регулируется путем точного шлифования гайки и дорожек качения шлицевого вала с канавками, а также путем установки шариков соответствующего размера – для подгонки к различным размерам используется наружная стенка цилиндра подшипника гайки.

Каждая шлицевая гайка должна быть предварительно натянута на заводе индивидуально с шариками большего диаметра, которые уменьшают зазор между канавкой шлицевого вала и канавкой гайки. Там, где присутствует меньшая вибрация и колебания крутящего момента, стандартной предварительной нагрузки достаточно для обеспечения плавного линейного перемещения. Для груза, подверженного незначительному скручиванию, переменной моментной нагрузке и вибрации, предпочтительна легкая предварительная нагрузка.

Предварительная нагрузка уменьшает доступный радиальный люфт для обеспечения жесткости, что также повышает точность. Предварительная нагрузка не только увеличивает площадь контакта, увеличивая возможности прямого нагружения, но и ограничивает любое радиальное перемещение, увеличивая возможности создания нависающего момента для более прочной конструкции, способной выдерживать сложные рабочие условия.

Потому что на готической дуге разница в площади контакта больше, внутренняя часть шариков должна вращаться быстрее, чем внешняя, что создает проскальзывание и приводит
в большем трении. По этой причине дугообразные канавки используются для шариковых шлицов меньшего размера, более чувствительных к трению.

Жесткость вала. Увеличение симметрии шлицевого вала может увеличить максимальную скорость вращения и грузоподъемность, а также снизить вибрацию.

Шлицевые валы различаются в зависимости от того, являются ли они прецизионно отшлифованными, отшлифованными или вытянутыми из стального прутка. Они также различаются в зависимости от сорта основного материала. Производители ранжируют валы по таким характеристикам, как допуск на заземление валов, перпендикулярность к торцу, концентричность участка крепления детали по отношению к опорной секции, а также марка материала.

Контролировать обработку всех канавок вала таким образом, чтобы они были линейными на всем протяжении с высокой точностью, очень сложно. Нешлифованные (вытянутые) шлицевые валы, естественно, отличаются меньшей точностью.

Как правило, производители представляют три оценки точности, сопоставимые с высокой (что означает их высочайшую точность), средней (что означает их стандартную марку – обычно это товар на складе) и низкой (часто это нешлифованный вал). Однако высший сорт одного производителя может быть стандартным сортом другого. Сравнение степеней точности сводится к сравнению показателей вышеупомянутых характеристик ранжирования – допуск по диаметру вала, прямолинейность, перпендикулярность и концентричность.

Если приемлема меньшая степень точности, поскольку основной задачей является передача крутящего момента, линейная передача, вращательное движение или длина, то лучшим выбором могут быть вытянутые шлицевые валы без заточки. На некоторых вытяжных валах могут использоваться те же гайки, что и на заземленном шлице, но грузоподъемность снижается, поскольку гайка перемещается в канавке дорожки качения, не заземленной. Однако они дешевле и могут иметь длину до пяти метров, что делает их подходящими для транспортировки материалов и погрузочно-разгрузочных работ.

Стандартный способ крепления цилиндрической гайки снабжен отдельным ключом для шпоночного паза гайки.
В корпусе или блоке, который будет установлен на гайке цилиндра, необходимо просверлить соответствующий шпоночный паз.

Фланцевая гайка прост в установке, поскольку для крепления фланца к корпусу требуется только просверлить грубую расточку и монтажные отверстия с резьбой.

Монтажные системы. Если груз не закреплен на гайке надежно, это повлияет на точность. Существует три типа монтажных систем.

Стандартный способ крепления цилиндрической гайки — с помощью ключа. Для этой системы цилиндрическая гайка будет иметь шпоночный паз и отдельный ключ. В корпусе или блоке, который будет установлен на гайке цилиндра, необходимо просверлить соответствующий шпоночный паз. Очень важно, чтобы отверстие точно подходило к ключу, чтобы предотвратить вибрацию.

Шпоночный паз важен, поскольку гайка должна быть зафиксирована в направлении вращения, чтобы при повороте шлицевого вала с канавками гайка не проворачивалась внутри корпуса. Корпус должен поворачиваться с помощью гайки. В дополнение к пазу для ключа в середине гайки для этой системы также требуется стопорное кольцо, нажимная пластина или другой способ крепления, предотвращающий выскальзывание гайки из корпуса.

Вторая система крепления — это фланцевая гайка. Фланцевую гайку гораздо проще установить, поскольку для крепления фланца к корпусу требуется только грубое отверстие и монтажные отверстия, просверленные с резьбой. Хотя для установки гайки в корпус необходимо просверлить отверстие, для этого не требуется точности, требуемой для гайки со шпоночной головкой. При использовании фланцевого типа, поскольку он крепится к корпусу болтами, нет необходимости в шпоночном пазе.

Третья система крепления — это цилиндрическая гайка без ключа. Он подходит для компактных применений небольшого размера. Это похоже на гайку фланцевого типа. Вместо фиксированного фланца на гайке имеется квадратное крепление, которое врезается в гайку для предотвращения вращения. Паз может быть выполнен с отверстиями для винтов, так что гайка будет закреплена аналогично тому, как фланец крепится к корпусу. Но он гораздо компактнее стандартного фланца.

Обсудите это на Инженерной бирже:

Американская корпорация NB
www.nbcorporation.com

::Мир дизайна::