автор: Наоки Ямагути, помощник технического менеджера, американская корпорация NB, Ганновер-парк, Иллинойс.
Зная, как управлять шестью факторами, вы можете увеличить несущую способность шаровой шлицевой втулки.
Установите шаровую втулку с рециркуляцией на вал, и все, что вы получаете, — это 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 шариковый шлиц.
Шариковый шлиц сочетает в себе линейную втулку (гайку), способную выдерживать большие моментные нагрузки, и вал, который можно поворачивать при необходимости. Это хороший выбор для применений, требующих высокоскоростного перемещения и вращения.
Шариковые шлицы позволяют выполнять ряд автоматизированных операций: робототехнику, проверку, прядение, загрузку, нанесение покрытия, намотку проволоки, шлифование, индексацию, установку штампа, перенос, транспортировку, формование, черчение, измерение, оптические измерения, сварку, клепку, печать, переплет книг, упаковку, наполнение, прессование и многое другое.
Тогда почему так сложно выбрать шаровой сплайн? Одна из причин — семантические различия в литературе. Проясните их, и вам станет проще. Чтобы прояснить ситуацию, подумайте о шаровых сплайнах с точки зрения того, как их различные конфигурации влияют на их функциональность, а затем сравните эту функцию с требованиями приложения.
Шесть факторов нагрузки и точности
Шариковая шлицевая втулка (обычно называемая гайкой) обладает нагрузочной способностью (включая моментную нагрузку), которую можно увеличить, изменив любой из шести факторов, четыре из которых относятся к площади контакта шарика с поверхностью. Эти четыре параметра определяют количество канавок на валу, форму канавок, длину гайки и ее дорожек качения, а также допуск. Пятый и шестой параметры определяют жесткость вала и монтаж.
Шестнадцать шариковых шлицев с креплением без ключа с помощью специальных стопорных пластин.
Количество канавок на валу. По сравнению с валом со скользящей втулкой, шлицевой вал с канавками обеспечивает большую площадь контакта, что повышает грузоподъемность и срок службы по сравнению с аналогичной комбинацией скользящей втулки и вала аналогичного размера. Основные динамические нагрузки на шаровой шлиц обычно в 5-12 раз превышают динамические нагрузки на скользящую втулку аналогичного размера.
Количество канавок на шлицевом валу может варьироваться от двух до шести. Однако в некоторых случаях система с шестью канавками занимает так много места на валу, что рядом с активными траекториями шариков гайки не остается места для их рециркуляции. Поэтому гайка должна выступать из вала, чтобы шарики могли циркулировать над валом и удаляться от него. Кроме того, поскольку при разъединении гайки и вала шаровые элементы могут выпасть из гайки, необходимо соблюдать осторожность при обращении с системой шаровых шлицев с шестью канавками на валу.
В наиболее популярной конфигурации с четырьмя канавками гайка может иметь параллельные активные и рециркуляционные каналы, что позволяет сохранить компактность системы. Кроме того, все направляющие для шариков соприкасаются с дорожками качения, в то время как в некоторых системах с шестью канавками только половина из них соприкасается в любом направлении. Таким образом, если нагрузка не требует наличия шести дорожек качения, а достаточно четырех, вы можете сэкономить место.
Форма канавок. Конструкция с четырехточечным контактом из-за своей формы называется готической аркой. Она устраняет любые зазоры, которые могли бы привести к прогибу, и поэтому лучше всего подходит для применений, требующих максимальной точности. Этот четырехточечный контакт, который часто используется при изготовлении шлицев большего размера, увеличивает грузоподъемность и жесткость, так что этот шаровой шлиц может выдерживать большую моментную нагрузку.
Цилиндрические гайки без ключа подходят для небольших по размеру и компактных применений.
Из представленных на рынке конструкций канавок обычно выбирают шарики, которые соприкасаются с канавками дорожки качения в двух или четырех точках. Слегка эллиптическая канавка позволяет шарикам соприкасаться в двух противоположных точках, но при этом остается небольшой зазор на сторонах шариков, перпендикулярных точкам соприкосновения. Изменение направления вращения вала может вызвать люфт этой гайки с круглой дугой. Поскольку на готической дуге разница в площади контакта больше, внутренняя часть шариков должна вращаться быстрее, чем внешняя, что приводит к проскальзыванию и, как следствие, к большему трению. По этой причине для шариковых шлицев меньшего размера, более чувствительных к трению, используются дуговые канавки.
Для очень высоких нагрузок доступна другая конфигурация вала. В ней используются полукруглые выступы вдоль шлицевого вала. Ее основным недостатком является то, что пользователю сложнее обрабатывать концы вала, и она менее жесткая. Шлицевой вал такого типа очень чувствителен к вибрации, поскольку его прямолинейность может быть несколько затруднена. Шлицевой вал с круглой канавкой более жесткий из-за площади поперечного сечения. Он лучше справляется с изгибающими и скручивающими моментами.
Длина гайки и ее дорожек качения. Поскольку дорожки качения с шариками 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 зоне рециркуляции. Некоторые дорожки качения предназначены для более эффективного использования длины гайки и размещения большего количества шариков в ее активной части. Чем больше активных шариков в дорожках качения гайки, тем большую моментную нагрузку может выдерживать гайка. Для увеличения моментной нагрузки можно использовать несколько гаек в паре.
Допуски на гайки. Когда дорожки качения точно отшлифованы (а не натянуты), они лучше соответствуют форме шариков в гайке и шлицевом валу с канавками. В результате противоположные дорожки качения имеют одинаковые углы соприкосновения, что исключает люфт.
Зазор между шариками и шлицевым валом с канавками регулируется путем точной шлифовки дорожек качения гайки и шлицевого вала с канавками, а также путем установки шариков соответствующего размера – с помощью наружной стенки цилиндра подшипника гайки для настройки на различные размеры.
Каждая шлицевая гайка должна быть предварительно нагружена на заводе-изготовителе шариками большего диаметра, которые уменьшают зазор между канавкой шлицевого вала и канавкой гайки. При меньшей вибрации и меньших колебаниях крутящего момента для обеспечения плавного линейного перемещения достаточно стандартной предварительной нагрузки. Для груза, подверженного незначительному скручиванию, нагрузке с переменным моментом и вибрации, предпочтительна небольшая предварительная нагрузка.
Предварительное нагружение уменьшает радиальный зазор для обеспечения жесткости, что также повышает точность. Предварительное нагружение не только увеличивает площадь контакта, увеличивая возможности прямого нагружения, но и ограничивает любое радиальное перемещение, увеличивая силу тягового момента, что позволяет получить более прочную конструкцию, способную работать в сложных условиях.
Потому что на готической дуге разница в площади контакта больше, внутренняя часть шариков должна вращаться быстрее, чем внешняя, что создает проскальзывание и приводит к
при большем трении. По этой причине для шариковых шлицев меньшего размера, более чувствительных к трению, используются дуговые канавки.
Жесткость вала. Увеличение симметрии шлицевого вала позволяет увеличить максимальную частоту вращения и грузоподъемность, а также снизить вибрацию.
Шлицевые валы различаются в зависимости от того, являются ли они прецизионно заточенными, шлифованными или из волоченого стального прутка. Они также различаются в зависимости от марки основного материала. Производители классифицируют валы по таким характеристикам, как допуск на затачивание валов, перпендикулярность торцевой поверхности, концентричность участка крепления детали по отношению к опорному участку, а также марка материала.
Контролировать обработку всех пазов вала таким образом, чтобы они были прямолинейными на всем протяжении с высокой точностью, очень сложно. Естественно, что шлицевые валы без шлифовки (вытяжки) имеют меньшую точность.
Как правило, производители выставляют три оценки точности, сопоставимые с высокой (что означает их наивысшую точность), средней (что означает их стандартную марку – обычно это товар на складе) и низкой (часто это нешлифованный вал). Однако высшая оценка одного производителя может быть стандартной оценкой другого. Сравнение степеней точности сводится к сравнению показателей вышеупомянутых рейтинговых характеристик – допуска по диаметру вала, прямолинейности, перпендикулярности и концентричности.
Если приемлема меньшая степень точности, поскольку основной задачей является передача крутящего момента, линейная передача, вращательное движение или длина, то лучшим выбором могут быть тянутые, нешлифованные шлицевые валы. На некоторых волочильных валах могут использоваться те же гайки, что и на шлицах с заземлением, но при этом снижается грузоподъемность, поскольку гайка перемещается в канавке дорожки качения, не имеющей заземления. 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 поставляется с отдельным ключом для шпоночного паза гайки.
В корпусе или колодке, которые будут установлены на цилиндрической гайке, должен быть просверлен соответствующий шпоночный паз.
Фланцевая гайка прост в монтаже, поскольку для крепления фланца к корпусу требуется только просверлить черновое отверстие и монтажную резьбу.
Монтажные системы. Если груз не будет надежно закреплен на гайке, это повлияет на точность. Существует три типа систем крепления.
Стандартный способ крепления цилиндрической гайки — с помощью шпонки. В этой системе цилиндрическая гайка будет иметь шпоночный паз и отдельный ключ. В корпусе или колодке, которые будут установлены на цилиндрическую гайку, должен быть просверлен соответствующий шпоночный паз. Очень важно, чтобы отверстие точно подходило к ключу, чтобы предотвратить вибрацию.
Шпоночный паз важен, поскольку гайка должна быть закреплена в направлении вращения, чтобы при повороте вала со шлицевыми канавками гайка не поворачивалась внутри корпуса. Корпус должен поворачиваться вместе с гайкой. В дополнение к пазу для ключа в середине гайки для этой системы также требуется стопорное кольцо, нажимная пластина или другой способ крепления, чтобы предотвратить выскальзывание гайки из корпуса.
Второй системой крепления является фланцевая гайка. Фланцевая гайка намного проще в установке, поскольку для крепления фланца к корпусу требуется только грубое растачивание и просверливание монтажных отверстий с резьбой. Хотя для установки гайки в корпус необходимо просверлить отверстие, это не требует точности, требуемой для гайки со шпоночным креплением. Для фланцевого типа, поскольку гайка крепится к корпусу болтами, шпоночный паз не требуется.
Третьей системой крепления является цилиндрическая гайка без ключа. Она подходит для небольших и компактных применений. Она похожа на гайку фланцевого типа. Вместо фиксированного фланца на гайке имеется квадратное крепление, которое врезается в гайку, предотвращая ее вращение. В пазу могут быть выполнены отверстия для винтов, чтобы гайка крепилась аналогично тому, как фланец крепится к корпусу. Но он намного компактнее стандартного фланца.
Обсудите это на Инженерной бирже:
Американская корпорация NB
www.nbcorporation.com
::Мир дизайна::
Установите шаровую втулку с рециркуляцией на вал, и все, что вы получаете, — это 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 шариковый шлиц.
Шариковый шлиц сочетает в себе линейную втулку (гайку), способную выдерживать большие моментные нагрузки, и вал, который при необходимости можно поворачивать. Это хороший выбор для применений, требующих высокоскоростного перемещения и вращения.
Шариковые шлицы позволяют выполнять ряд автоматизированных операций: робототехнику, проверку, прядение, загрузку, нанесение покрытия, намотку проволоки, шлифование, индексацию, установку штампа, перенос, транспортировку, формование, черчение, измерение, оптические измерения, сварку, клепку, печать, переплет книг, упаковку, наполнение, прессование и многое другое.
Тогда почему так сложно выбрать шаровой сплайн? Одна из причин — семантические различия в литературе. Проясните их, и вам станет проще. Чтобы прояснить ситуацию, подумайте о шаровых сплайнах с точки зрения того, как их различные конфигурации влияют на их функциональность, а затем сравните эту функцию с требованиями приложения.
Шесть факторов нагрузки и точности
Шариковая шлицевая втулка (обычно называемая гайкой) обладает нагрузочной способностью (включая моментную нагрузку), которую можно увеличить, изменив любой из шести факторов, четыре из которых относятся к площади контакта шарика с поверхностью. Эти четыре параметра определяют количество канавок на валу, форму канавок, длину гайки и ее дорожек качения, а также допуск. Пять и шесть относятся к жесткости вала и креплению.
Шестнадцать шариковых шлицев с креплением без ключа с помощью специальных стопорных пластин.
Количество канавок на валу. По сравнению с валом со скользящей втулкой, шлицевой вал с канавками обеспечивает большую площадь контакта, что повышает грузоподъемность и срок службы по сравнению с аналогичной комбинацией скользящей втулки и вала аналогичного размера. Основные динамические нагрузки на шаровой шлиц обычно в 5-12 раз превышают динамические нагрузки на скользящую втулку аналогичного размера.
Количество канавок на шлицевом валу может варьироваться от двух до шести. Однако в некоторых случаях система с шестью канавками занимает так много места на валу, что рядом с активными траекториями шариков гайки не остается места для их рециркуляции. Поэтому гайка должна выступать из вала, чтобы шарики могли циркулировать над валом и удаляться от него. Кроме того, поскольку при разъединении гайки и вала шаровые элементы могут выпасть из гайки, необходимо соблюдать осторожность при обращении с системой шаровых шлицев с шестью канавками на валу.
В наиболее популярной конфигурации с четырьмя канавками гайка может иметь параллельные активные и рециркуляционные каналы, что позволяет сохранить компактность системы. Кроме того, все направляющие для шариков соприкасаются с дорожками качения, в то время как в некоторых системах с шестью канавками только половина из них соприкасается в любом направлении. Таким образом, если нагрузка не требует наличия шести дорожек качения, а достаточно четырех, вы можете сэкономить место.
Форма канавок. Конструкция с четырехточечным контактом из-за своей формы называется готической аркой. Она устраняет любые зазоры, которые могли бы привести к прогибу, и поэтому лучше всего подходит для применений, требующих максимальной точности. Этот четырехточечный контакт, который часто используется при изготовлении шлицев большего размера, увеличивает грузоподъемность и жесткость, так что этот шаровой шлиц может выдерживать большую моментную нагрузку.
Цилиндрические гайки без ключа подходят для небольших по размеру и компактных применений.
Из представленных на рынке конструкций канавок обычно выбирают шарики, которые соприкасаются с канавками дорожки качения в двух или четырех точках. Слегка эллиптическая канавка позволяет шарикам соприкасаться в двух противоположных точках, но при этом остается небольшой зазор на сторонах шариков, перпендикулярных точкам соприкосновения. Изменение направления вращения вала может вызвать люфт этой гайки с круглой дугой. Поскольку на готической дуге разница в площади контакта больше, внутренняя часть шариков должна вращаться быстрее, чем внешняя, что приводит к проскальзыванию и, как следствие, к большему трению. По этой причине для шариковых шлицев меньшего размера, более чувствительных к трению, используются дуговые канавки.
Для очень высоких нагрузок доступна другая конфигурация вала. В ней используются полукруглые выступы вдоль шлицевого вала. Ее основным недостатком является то, что пользователю сложнее обрабатывать концы вала, и она менее жесткая. Шлицевой вал такого типа очень чувствителен к вибрации, поскольку его прямолинейность может быть несколько затруднена. Шлицевой вал с круглой канавкой более жесткий из-за площади поперечного сечения. Он лучше справляется с изгибающими и скручивающими моментами.
Длина гайки и ее дорожек качения. Поскольку дорожки качения с шариками 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 зоне рециркуляции. Некоторые дорожки качения предназначены для более эффективного использования длины гайки и размещения большего количества шариков в ее активной части. Чем больше активных шариков в дорожках качения гайки, тем большую моментную нагрузку может выдерживать гайка. Для увеличения моментной нагрузки можно использовать несколько гаек в паре.
Допуски на гайки. Когда дорожки качения точно отшлифованы (а не натянуты), они лучше соответствуют форме шариков в гайке и шлицевом валу с канавками. В результате противоположные дорожки качения имеют одинаковые углы соприкосновения, что исключает люфт.
Зазор между шариками и шлицевым валом с канавками регулируется путем точной шлифовки дорожек качения гайки и шлицевого вала с канавками, а также путем установки шариков соответствующего размера – с помощью наружной стенки цилиндра подшипника гайки для настройки на различные размеры.
Каждая шлицевая гайка должна быть предварительно нагружена на заводе-изготовителе шариками большего диаметра, которые уменьшают зазор между канавкой шлицевого вала и канавкой гайки. При меньшей вибрации и меньших колебаниях крутящего момента для обеспечения плавного линейного перемещения достаточно стандартной предварительной нагрузки. Для груза, подверженного незначительному скручиванию, нагрузке с переменным моментом и вибрации, предпочтительна небольшая предварительная нагрузка.
Предварительное нагружение уменьшает радиальный зазор для обеспечения жесткости, что также повышает точность. Предварительное нагружение не только увеличивает площадь контакта, увеличивая возможности прямого нагружения, но и ограничивает любое радиальное перемещение, увеличивая силу тягового момента, что позволяет получить более прочную конструкцию, способную работать в сложных условиях.
Потому что на готической дуге разница в площади контакта больше, внутренняя часть шариков должна вращаться быстрее, чем внешняя, что создает проскальзывание и приводит к
при большем трении. По этой причине для шариковых шлицев меньшего размера, более чувствительных к трению, используются дуговые канавки.
Жесткость вала. Увеличение симметрии шлицевого вала позволяет увеличить максимальную частоту вращения и грузоподъемность, а также снизить вибрацию.
Шлицевые валы различаются в зависимости от того, являются ли они прецизионно заточенными, шлифованными или из волоченого стального прутка. Они также различаются в зависимости от марки основного материала. Производители классифицируют валы по таким характеристикам, как допуск на затачивание валов, перпендикулярность торцевой поверхности, концентричность участка крепления детали по отношению к опорному участку, а также марка материала.
Контролировать обработку всех пазов вала таким образом, чтобы они были прямолинейными на всем протяжении с высокой точностью, очень сложно. Естественно, что шлицевые валы без шлифовки (вытяжки) имеют меньшую точность.
Как правило, производители выставляют три оценки точности, сопоставимые с высокой (что означает их наивысшую точность), средней (что означает их стандартную марку – обычно это товар на складе) и низкой (часто это нешлифованный вал). Однако высшая оценка одного производителя может быть стандартной оценкой другого. Сравнение степеней точности сводится к сравнению показателей вышеупомянутых рейтинговых характеристик – допуска по диаметру вала, прямолинейности, перпендикулярности и концентричности.
Если приемлема меньшая степень точности, поскольку основной задачей является передача крутящего момента, линейная передача, вращательное движение или длина, то лучшим выбором могут быть тянутые, нешлифованные шлицевые валы. На некоторых волочильных валах могут использоваться те же гайки, что и на шлицах с заземлением, но при этом снижается грузоподъемность, поскольку гайка перемещается в канавке дорожки качения, не имеющей заземления. 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 поставляется с отдельным ключом для шпоночного паза гайки.
В корпусе или колодке, которые будут установлены на цилиндрической гайке, должен быть просверлен соответствующий шпоночный паз.
Фланцевая гайка прост в монтаже, поскольку для крепления фланца к корпусу требуется только просверлить черновое отверстие и монтажную резьбу.
Монтажные системы. Если груз не будет надежно закреплен на гайке, это повлияет на точность. Существует три типа систем крепления.
Стандартный способ крепления цилиндрической гайки — с помощью шпонки. В этой системе цилиндрическая гайка будет иметь шпоночный паз и отдельный ключ. В корпусе или колодке, которые будут установлены на цилиндрическую гайку, должен быть просверлен соответствующий шпоночный паз. Очень важно, чтобы отверстие точно подходило к ключу, чтобы предотвратить вибрацию.
Шпоночный паз важен, поскольку гайка должна быть закреплена в направлении вращения, чтобы при повороте вала со шлицевыми канавками гайка не поворачивалась внутри корпуса. Корпус должен поворачиваться вместе с гайкой. В дополнение к пазу для ключа в середине гайки для этой системы также требуется стопорное кольцо, нажимная пластина или другой способ крепления, чтобы предотвратить выскальзывание гайки из корпуса.
Второй системой крепления является фланцевая гайка. Фланцевая гайка намного проще в установке, поскольку для крепления фланца к корпусу требуется только грубое растачивание и просверливание монтажных отверстий с резьбой. Хотя для установки гайки в корпус необходимо просверлить отверстие, это не требует точности, требуемой для гайки со шпоночным креплением. Для фланцевого типа, поскольку гайка крепится к корпусу болтами, шпоночный паз не требуется.
Третьей системой крепления является цилиндрическая гайка без ключа. Она подходит для небольших и компактных применений. Она похожа на гайку фланцевого типа. Вместо фиксированного фланца на гайке имеется квадратное крепление, которое врезается в гайку, предотвращая ее вращение. В пазу могут быть выполнены отверстия для винтов, чтобы гайка крепилась аналогично тому, как фланец крепится к корпусу. Но он намного компактнее стандартного фланца.
Обсудите это на Инженерной бирже:
Американская корпорация NB
www.nbcorporation.com
::Мир дизайна::
около Наоки Ямагути, помощник технического менеджера, NB Corporation of America, Ганновер-парк, Иллинойс.
Свежие комментарии