Jei jūsų instinktas yra ritininis sraigtas, dėl to jūsų mašinos konstrukcija gali kainuoti daugiau, nei reikia. Didelės apkrovos rutulinių sraigtų technologijos pažanga per pastarąjį dešimtmetį gerokai pakeitė skaičiavimą -, o daugeliui didelių apkrovų pritaikymo atveju didelės apkrovos rutulinis varžtas dabar užtikrina lygiavertį našumą už mažiau nei pusę panašaus ritininio sraigto kainos.
Šiame straipsnyje aprašoma, kaip šios dvi technologijos skiriasi kontaktinės mechanikos lygmeniu, kur kiekviena iš jų veikia geriau, kaip atrodo tikrosios kainos ir dydžio kompromisai{0}} ir kaip struktūrizuoti pasirinkimo sprendimą pagal jūsų konkrečią apkrovą, eigą ir darbo ciklą.
Kodėl skiriasi apkrova: susisiekite su mechanikais
Esminis skirtumas tarp rutulinio ir ritininio varžto yra riedėjimo elemento geometrija ir jo kontaktas su sriegio forma.
Rutulinis varžtas: taškinis kontaktas
Įprastame rutuliniame sraigte plieniniai rutuliai rieda tarp veleno ir veržlės spiralinių griovelių. Kiekvienas rutulys liečiasi su grioveliu viename taške (arba labai maža kontaktinė elipsė esant apkrovai). Apkrova paskirstoma visuose grandinės rutuliuose, tačiau kiekvienas atskiras kontaktinis taškas neša didelę visos jėgos dalį.
Taškinis kontaktas sukuria didelį vietinį įtampą kontaktinėje zonoje. Esant didelėms apkrovoms, šis įtempis riboja tarnavimo laiką, nes nuovargio pažeidimai atsiranda būtent šiose didelės{1}}įtempimo vietose. Todėl standartinio rutulinio sraigto apkrovą riboja didžiausias kontaktinis įtempis, kurį rutulys ir bėgimo tako medžiaga gali išlaikyti per reikiamą ciklų skaičių.
Ritininis varžtas: linijos kontaktas
Ritininiame sraigte srieginių ritinėlių rinkinys pakeičia rutulius kaip riedėjimo elementus. Kiekvienas volelis liečiasi su varžto sriegiu išilgai linijos, o ne taške - iš esmės skirtinga kontakto geometrija. Linijos kontaktas paskirsto apkrovą daug didesniame paviršiaus plote, o tai sumažina didžiausią kontakto įtampą taikant tą pačią jėgą.
Dėl to tokio paties vardinio skersmens ritininis sraigtas kaip rutulinis varžtas gali išlaikyti žymiai didesnes apkrovas ir išlaikyti daugiau veikimo ciklų, kol nesusikaupia nuovargio žala. Ritininiai varžtai taip pat išlaiko šį pranašumą visame veikimo greičių diapazone.
Didelės apkrovos rutulinis varžtas: Suprojektuotas taškinis kontaktas
Didelės apkrovos rutuliniai varžtai užima trečią kategoriją. Užuot keičiant kontaktų geometriją iš taško į liniją, dizainas padidina kontaktinių taškų skaičių ir dydį dėl modifikuotų sriegių profilių ir didesnio rutulio skersmens. Specializuotos sriegių geometrijos -, įskaitant gotikinius arkos profilius, optimizuotus dideliems kontaktų kampams -, padidina vieno rutulio kontaktinį plotą, padidina apkrovą, tenkančią veržlės ilgio vienetui, ir tolygiau paskirsto apkrovą rutulio grandinėje.
Rezultatas yra rutulinis sraigtas, kurio dinaminė apkrova nuo keturių iki aštuonių kartų didesnė nei įprasto tokio pat skersmens rutulinio sraigto, kuris pasiekiamas be ritininio sraigto sriegio formos gamybos sudėtingumo.
Apkrova ir kaina: faktiniai skaičiai
Didelės apkrovos rutulinių sraigtų našumas pagerinamas naudojant paprastą sąnaudų palyginimą.
Esant lygiavertėms dinaminėms apkrovoms ir panašioms eksploatavimo sąlygoms, didelės apkrovos rutulinis varžtas paprastai kainuoja 40–60 % mažiau nei ritininis varžtas. Sąnaudų skirtumas atsiranda dėl gamybos sudėtingumo: ritininių sraigtinių sriegių formoms reikia tiksliai apdirbti tiek varžtų, tiek ritinėlių sriegių profilius, tiksliai sumontuoti ritinėlį ir nustatyti griežtesnius leistinus nuokrypius. Rutuliniai sraigtai - net ir didelės apkrovos variantuose - naudoja paprastesnį gamybos procesą, kuris buvo tobulinamas per dešimtmečius trunkančią pramoninę gamybą.
Didelės apkrovos rutuliniai varžtai yra:
| Parametras | Tipiškas diapazonas |
|---|---|
| Veleno skersmuo | Iki 160 mm |
| Varžto ilgis | Iki 15 metrų |
| Konfigūracija | Viena arba dviguba veržlė |
| Dinaminės apkrovos įvertinimas (Ca) | Iki 1 440 kN |
| Tikslumo laipsnis | C3–C7, priklausomai nuo taikymo |
Šios specifikacijos apima daugumą sunkiųjų staklių, liejimo liejimo ir metalo formavimo programų, kuriose istoriškai buvo nurodyti ritininiai sraigtai.
Kur kiekviena technologija veikia geriau
Nė viena technologija nėra visuotinai pranašesnė. Teisingas pasirinkimas priklauso nuo trijų pagrindinių taikymo parametrų: apkrovos dydžio, darbo ciklo ir eigos ilgio.
Kai geresnis pasirinkimas yra didelės apkrovos rutuliniai varžtai
Didelės apkrovos esant vidutinio darbo ciklams.Jei ašis turi dideles ašines apkrovas, bet neveikia nuolat - įpurškimo suspaudimo blokai, presavimo ašys, tiesinimo mašinos - didelės apkrovos rutulinis varžtas užtikrina reikiamą apkrovą žymiai mažesnėmis sąnaudomis. Darbo ciklas suteikia rutulinei grandinei laiko termiškai atsigauti tarp apkrovos ciklų.
Ilgi smūgiai esant didelei apkrovai.Didelės apkrovos rutuliniai varžtai gaminami iki 15 metrų ilgio velenų. Lygiaverčio ilgio ir lygiaverčio apkrovos ritininiai sraigtai yra žymiai brangesni ir juos sunkiau įsigyti. Ilgo-eigos sunkiųjų kirvių - dideliems staklių stalams, perdavimo linijoms - didelės apkrovos rutulinis varžtas dažnai yra vienintelis praktiškas rutulinis- tipo sprendimas.
Kainos{0}}jautrios programos, kuriose priimtinas lygiavertis našumas.Kai didelės apkrovos rutulinio sraigto apkrova atitinka arba viršija taikymo reikalavimą, papildomos ritininio sraigto sąnaudos nėra mechaniškai pateisinamos. Priemoka mokama už kontaktinės geometrijos pranašumus, kurie svarbūs tik tokiomis sąlygomis, kai didelės apkrovos rutulinis varžtas jau yra suvaržytas.
Esamų rutulinių varžtų naudojimo trukmės pailginimas.Jei standartinis rutulinis sraigtas per anksti sugenda esant didelei apkrovai, pakeitus jį tokio paties skersmens didelės apkrovos rutuliniu varžtu, apkrova gali padvigubėti ir tarnavimo laikas pailgėja iki aštuonių kartų, nepakeitus mašinos konstrukcijos ar atraminio įrenginio konfigūracijos.
Kai ritininiai varžtai yra teisingas pasirinkimas
Ekstremalūs įkrovimai kompaktiškame voke.Kai apkrovos poreikis viršija tai, ką gali atlaikyti didelės apkrovos rutulinis sraigtas, esant turimam veleno skersmeniui -, paprastai didesnis nei 1 500–2 000 kN, kai didžiausias didelės apkrovos rutulinis varžtas yra -, ritininis sraigtas užtikrina didesnį apkrovos tankį skersmens vienetui. Jei montavimo erdvė neleidžia naudoti didesnio skersmens rutulinio varžto, vienintelis sprendimas gali būti mažesnio skersmens ritininis varžtas.
Labai didelis darbo ciklas esant didelei apkrovai.Nuolat veikiant esant didelei apkrovai, rutulio{0}}lenkimo tako kontakte susidaro šiluma. Rutuliniai varžtai, net ir didelės apkrovos konstrukcijos, turi šiluminę ribą, kurią nustato kontaktinio taško geometrija. Ritininiai sraigtai, turintys didesnį kontaktinį plotą ir mažesnį apkrovos vieneto kontaktinį įtempį, sukuria mažiau šilumos vienam perduodamos jėgos vienetui ir gali išlaikyti didesnį darbo ciklą neperkaitindami veržlės.
Ilgalaikiai-nuosavybės kaštai didelio{1}}ciklo pramoninėje gamyboje.Taikomose programose, kuriose dirbama keliomis pamainomis per dieną esant didelei apkrovai - automobilių presavimo linijos, nuolat formuojant metalą - ilgesnis ritininių varžtų eksploatavimo laikas gali kompensuoti didesnę pradinę kainą. Šiam kompromisui-reikia apskaičiuoti gyvavimo ciklo išlaidas konkrečiai programai, o ne laikytis bendros taisyklės.
Sprendimų sistema
| Taikymo parametras | Pirmenybė teikiama didelės apkrovos rutuliniam varžtui | Pirmenybė teikiama ritininiam varžtui |
|---|---|---|
| Ašinė apkrova | Iki ~1 440 kN | Didesnis nei 1500 kN arba ekstremalus apkrovos tankis |
| Darbo ciklas | Vidutinis ar didelis (protarpinis) | Nuolatinis, labai aukštas |
| Smūgio ilgis | Bet koks, įskaitant ilgus smūgius | Trumpas ir vidutinis |
| Pradinis išlaidų prioritetas | Taip | Mažiau kritiškas |
| Montavimo erdvė | Lankstus | Stipriai suvaržytas |
| Esamo rutulinio varžto pakeitimas | Natūralus atnaujinimo kelias | Mažiau suderinamas |
Tarnavimo trukmės apskaičiavimas: ką skaičiai reiškia praktikoje
Norint suprasti tarnavimo laiko naudą, reikia pažvelgti į L10 gyvenimo formulę. Rutulinės sraigtinės veržlės vardinis tarnavimo laikas yra proporcingas dinaminės apkrovos ir lygiavertės dinaminės apkrovos santykio kubui:
L10=(Ca / Pm)³ × konstanta
Kur Ca yra vardinė dinaminė apkrova, o Pm yra lygiavertė vidutinė apkrova.
Šis kubinis santykis reiškia, kad dvigubai padidinus varžto Ca vertę -, kurią daro didelės apkrovos rutulinis varžtas, palyginti su standartiniu rutuliniu sraigtu -, eksploatavimo laikas padauginamas iš 2³=8. Esant tokioms pačioms eksploatavimo sąlygoms, didelės apkrovos rutulinis varžtas, kurio Ca yra dvigubai didesnis nei standartinio rutulinio sraigto, tarnauja aštuonis kartus ilgiau.
Praktinis pavyzdys:Standartinio rutulinio sraigto, veikiančio sunkiame apdirbimo centre esant didelei apkrovai, L10 tarnavimo laikas gali būti 3–4 mėnesiai. Pakeitus jį didelės apkrovos rutuliniu sraigtu, kurio vardinis skersmuo yra dvigubai didesnis nei Ca, šis eksploatavimo laikas pailgėja iki 24–32 mėnesių - beveik eilės tvarka nepakeitus mašinos struktūros.
Tai yra pagrindinis inžinerinis argumentas dėl didelės apkrovos rutulinių varžtų tais atvejais, kai apkrova yra didelė, bet neviršija didelės apkrovos rutulinio sraigto vardinės talpos: užuot mokėję daugiau už ritininį varžtą, nurodykite didelės apkrovos rutulinį varžtą ir naudokite papildomą apkrovą kaip eksploatavimo trukmės rezervą.
Didelės apkrovos taikomųjų programų palaikymo vienetų reikalavimai
Didelės apkrovos rutuliniai varžtai atitinkamai dideles ašines jėgas veikia atraminiams guoliams fiksuotame varžto veleno gale. Standartiniai BK/BF atraminiai blokai, sukurti įprastiems rutuliniams varžtams, nėra tinkami didelės apkrovos rutuliniams varžtams. Atraminis blokas turi būti tokio dydžio, kad atitiktų varžto vardinę apkrovą.
Guolių tipo pasirinkimas
Fiksuoto{0}}galo atramos bloko guolio tipas nustatomas pagal ašinės apkrovos dydį:
Kampiniai kontaktiniai rutuliniai guoliai (60 laipsnių kontaktinis kampas):Naudojamas didelės apkrovos darbams, kur prioritetas yra sklandus sukimasis ir minimali trintis. 60 laipsnių kontaktinis kampas užtikrina didelį ašinį tvirtumą ir apkrovą, palyginti su guolio dydžiu. P4 klasės guoliai yra standartiniai didelės apkrovos rutuliniams sraigtiniams atraminiams blokams, kad būtų sumažintas nutekėjimas ir būtų išlaikytas padėties tikslumas.
Kūginiai ritininiai guoliai:Nurodoma, kai labai didelės ašinės apkrovos ir didelės radialinės apkrovos derinys viršija tai, ką gali atlaikyti kampiniai kontaktiniai rutuliniai guoliai. Kūginiai ritininiai guoliai pasižymi didesne bendra apkrova, tačiau reikalauja tikslesnio išankstinės apkrovos nustatymo ir sukuria didesnę trintį dideliu greičiu.
Gilių griovelių rutuliniai guoliai:Naudojamas plūduriuojančiame (remiamame) sraigtinio veleno gale, kur reikia tik radialinio suvaržymo, o guolis turi leisti veleno ašinį šiluminį plėtimąsi nesukeliant vidinio įtempio.
Palaikymo vieneto konfigūracijos
Didelės apkrovos rutulinio sraigtiniuose fiksuotuose{0}}galiniuose atramos įrenginiuose naudojami trys guolių išdėstymai:
DF (akis{0}}į-veidą):Du kampiniai kontaktiniai guoliai, sumontuoti priešingomis kryptimis. Vienodai galiai atlaiko ašinę apkrovą abiem kryptimis. Standartinis pasirinkimas didelėms apkrovoms, kai apkrova keičiasi.
DFD (Tandemas + veidas):Vienas guolis vienoje pusėje ir du guoliai kitoje. Asimetriškas išdėstymas, kai naudojama dominuojanti ašinės apkrovos kryptis - šone su dviem guoliais tenka žymiai didesnė ašinė apkrova nei DF konfigūracija. Naudojamas presavimo ir suspaudimo ašyse, kur darbinė eigos apkrova yra daug didesnė už grįžtamąją eigą.
DFF (tandemas + tandemas):Du guoliai kiekviena kryptimi. Maksimali ašinė apkrova abiem kryptimis. Skirta didžiausioms apkrovoms, kai DF išdėstymas yra nepakankamas.
Išankstinė guolio apkrova
Fiksuoti{0}}galiniai didelės apkrovos atramų guoliai yra gamykloje{1}}iš anksto apkrauti, kad būtų pašalintas vidinis tarpas ir pagerintas ašinis standumas. Išankstinės apkrovos dydis nustato atraminio bloko pradinį sukimo momentą -, būdingą guolio išdėstymo savybę, į kurią reikia atsižvelgti nustatant pavaros sistemos sukimo momento biudžetą.
Pirminiam montavimui guoliai iš anksto{0}}sutepti. Didelės apkrovos darbams ir sudėtingiems darbo ciklams, pasirenkamos tepimo angos leidžia periodiškai pakartotinai sutepti neišardant atraminio bloko.
Taikymo pavyzdžiai
Sunkiosios staklių ašys
Dideliuose apdirbimo centruose, grindų -tipo gręžimo staklėse ir didelės-apkrovos frezavimo staklėse naudojami rutuliniai sraigtai ant ašių, kurių pjovimo jėgos yra 50–500 kN. Esant tokiam apkrovos lygiui, standartiniai rutuliniai varžtai sugenda anksčiau laiko, nepaisant tepimo ir priežiūros režimo.
Didelės apkrovos rutuliniai sraigtai tai išsprendžia padidindami Ca iki tokio lygio, kai standartinis eksploatavimo trukmės skaičiavimas užtikrina realų priežiūros intervalą. Užuot keičiant rutulinį varžtą kas kelis mėnesius, mašina gali veikti metus tarp planuojamų kapitalinių remontų.
Įpurškimo formavimo suspaudimo blokai
Elektrinėms įpurškimo formavimo mašinoms reikia didelės ašinės jėgos per trumpą eigą, kad uždarytų ir užfiksuotų formą -, paprastai 200–600 kN per 10–50 mm galutinę suspaudimo eigą. Visas suspaudimo bloko eiga įveikia daug didesnį atstumą esant mažai jėgai, o didelė jėga pasireiškia tik paskutinėje dalyje.
Didelės apkrovos rutuliniai sraigtai yra gerai pritaikyti prie šio darbo ciklo, nes didelės jėgos eigos dalis yra trumpa, o apkrova yra pertraukiama, o ne nuolatinė. Ritininis sraigtas nesuteikia jokio eksploatavimo pranašumo, palyginti su didelės apkrovos rutuliniu sraigtu, nes kontakto sąlygos yra palankios rutuliniams varžtams - darbo ciklas leidžia atkurti šilumą tarp šūvių.
Metalo formavimo ir tiesinimo įranga
Tiesinimo staklės, vamzdžių lenkimo įranga ir metalo formavimo presai reikalauja didelės ašinės jėgos kontroliuojamam poslinkiui. Šios programos dažnai yra tiesioginis hidraulinių cilindrų pakaitalas, kur elektrinės rutulinės pavaros užtikrina geresnį padėties valdymą, programuojamus jėgos profilius ir mažesnes priežiūros išlaidas nei hidraulinės sistemos.
Didelės apkrovos rutuliniai sraigtai mechaniškai paprastesnėje pakuotėje gali užtikrinti panašias jėgas kaip daugelis hidraulinių cilindrų. Esant didesnėms nei 1000 kN jėgoms, pirmenybė teikiama ritininiams sraigtams, nes jie užtikrina didesnį apkrovos tankį montavimo apvalkale.
Dažnos klaidos renkantis didelės apkrovos varžtus
Numatyta, kad ritininiai sraigtai bet kokiai apkrovai, didesnei nei 100 kN, nepatikrinus didelės apkrovos rutulinių varžtų specifikacijų.
Daugelis inžinierių renkasi ritininius sraigtus, remdamiesi bendru susipažinimu su technologija, o ne tikrindami, ar didelės apkrovos rutulinis varžtas tinkamas naudoti. Apkrovoms iki apytiksliai 1 000–1 500 kN, prieš nustatant ritininį varžtą, visada reikia įvertinti didelės apkrovos rutulinį varžtą.
Naudojant standartinius BK/BF atraminius mazgus su didelės apkrovos rutuliniais varžtais.
Standartiniai atraminiai blokai yra skirti daliai ašinių apkrovų, kurias gali sukurti didelės apkrovos rutulinis varžtas. Naudojant per mažo dydžio atraminius mazgus, apkrova perkeliama į guolio korpusą ir mašinos konstrukciją ne tam skirtais būdais, sukeldama priešlaikinį atraminio guolio gedimą ir galimus konstrukcinius pažeidimus.
Sraigto dydis nustatomas pagal maksimalią momentinę apkrovą, netikrinant L10 veikimo trukmės esant vidutinei ekvivalentinei apkrovai.
Didžiausia varžto apkrova gali atsirasti tik trumpam įsibėgėjimo metu arba eigos pabaigoje. Dydis griežtai laikantis didžiausios apkrovos{1}}nurodo varžtą. Skaičiuojant L10 eksploatavimo laiką, naudojama lygiavertė vidutinė apkrova per visą darbo ciklą, kuri atspindi faktinį apkrovų pasiskirstymą ir greitį, kurį veržlė patiria normaliai veikiant.
Neatsižvelgiama į ilgų didelės apkrovos rutulinių sraigtinių velenų ašinį šiluminį plėtimąsi.
10 - metrų aukščio rutulinis sraigtinis velenas išsiplės maždaug 0,12 mm vienam Celsijaus laipsniui. Naudojant fiksuotą-fiksuotą atramos konfigūraciją, šis terminis plėtimasis sukuria veleno gniuždymo įtempį, dėl kurio padidėja išankstinė veržlės ir atraminių guolių apkrova. Ilgiems didelės apkrovos rutuliniams varžtams turi būti naudojama fiksuota slankiojo galo atramos konfigūracija, kad būtų užtikrintas ašinis šiluminis plėtimasis nesukeliant vidinio įtempio.
Santrauka: Kaip struktūrizuoti atrankos sprendimą
Kai susiduriate su didele ašine apkrova, naudokite šią seką:
- Apibrėžkite didžiausią ašinę apkrovą, vidutinę ekvivalentinę apkrovą, eigą ir darbo cikląkuo tiksliau. L10 gyvenimo trukmės skaičiavimas yra toks pat geras, kaip ir įvesties duomenys.
- Patikrinkite, ar yra didelės apkrovos rutulinis varžtas, reikalingas Ca.Didelės apkrovos rutuliniai varžtai yra įvertinti iki 1440 kN dinaminės apkrovos. Jei pritaikymas patenka į šį diapazoną, pirmiausia reikia įvertinti didelės apkrovos rutulinį varžtą.
- Apskaičiuokite didelės apkrovos rutulinio sraigto L10 tarnavimo laiką esant vidutinei ekvivalentinei apkrovai.Jei apskaičiuotas eksploatavimo laikas atitinka techninės priežiūros intervalo reikalavimą, nurodykite didelės apkrovos rutulinį varžtą. Jei ne, padidinkite veleno skersmenį arba įvertinkite ritininį varžtą.
- Pasirinkite palaikymo įrenginio konfigūracijąremiantis maksimalia ašine apkrova, apkrovos kryptingumu ir greičiu. Patikrinkite, ar atramos guolio nominalioji vertė viršija didžiausią ašinę apkrovą su atitinkama saugos riba.
- Įvertinkite visas nuosavybės išlaidas, o ne tik pradinė komponento kaina. Ritininis varžtas, kuris tarnauja dvigubai ilgiau nei didelės apkrovos rutulinis varžtas, nebūtinai yra ekonomiškesnis{1}}, jei didelės apkrovos rutulinis varžtas yra trečdalis kainos.
- Nurodykite ritininį varžtą tik tada, kaiapkrova viršija didelės apkrovos rutulinio varžto diapazoną, darbo ciklas yra nenutrūkstamas esant didelei apkrovai arba montavimo erdvė neleidžia naudoti didesnio skersmens didelės apkrovos rutulinio varžto.
Reikia pagalbos renkantis didelės apkrovos rutulinį varžtą?
Jei lyginate didelės apkrovos rutulinį varžtą su ritininiu sraigtu, skirtu didelėms apkrovoms, DLY gali padėti nustatyti tinkamą varžto skersmenį, švino, veržlės tipą, atramos įrenginio išdėstymą ir tarnavimo laiką, atsižvelgiant į jūsų darbo sąlygas.
Norėdami gauti techninę specifikaciją ir pasiūlymą, pasidalykite savo maksimalia ašine apkrova, eigos ilgiu, darbo ciklu, reikalingu tikslumu ir montavimo vieta.
