한 축에 볼나사와 리니어 가이드를 맞추는 방법: 하중, 속도, 정확도 및 크기

A 볼 스크류그리고선형 가이드동일한 동작 축에서 다른 기능을 수행합니다. 이 가이드에서는 고정된 크기 쌍에 의존하는 대신 하중, 속도, 정확도, 스트로크, 강성 및 설치 조건에 따라 크기를 지정하고 일치시키는 방법을 설명합니다.

1. 볼 스크류는 무엇을 운반하고 선형 가이드는 무엇을 운반합니까?

볼 스크류와 선형 가이드는 함께 작동하지만 동일한 하중을 전달하지는 않습니다.

그만큼볼 스크류는 주로 축 방향 추력을 전달합니다.. 기계에 따라 여기에는 가속력, 프로세스 힘, 마찰 저항 및 수직 축의 경우 움직이는 어셈블리의 무게가 포함될 수 있습니다.

그만큼선형 가이드는 움직이는 구조를 지지하고 제한합니다.. 수직 및 측면 힘을 전달하고 하중, 외부 힘 및 무게 중심-오프셋으로 인해 발생하는 피칭, 요잉 및 롤링 모멘트에 저항합니다.

이러한 이유로 볼 스크류를 축의 주요 반경 방향 가이드 요소로 취급해서는 안 됩니다. 가이드는 이동 경로를 제어해야 하며 나사는 주로 구동력을 제공합니다.

2. 크기 조정 전에 필요한 애플리케이션 입력

구성요소 중 하나를 선택하기 전에 전체 축의 작동 조건을 수집하십시오.

이동 질량

테이블, 고정 장치, 공작물, 스핀들, 툴링 및 이동 어셈블리에 장착된 모든 장비와 같이 캐리지와 함께 이동하는 모든 구성 요소를 포함합니다.

외력

절단, 프레싱, 클램핑 또는 기타 프로세스 힘을 식별합니다. 힘이 작용하는 방향과 지점은 볼 스크류 추력과 선형 가이드 모멘트 하중을 모두 결정하므로 중요합니다.

장착 방향

축이 수평인지, 수직인지, 기울어져 있는지 확인합니다. 수평축에서 중력은 주로 가이드에 의해 지지됩니다. 수직 축에서 중력은 볼 스크류와 구동 시스템에 지속적인 축 하중이 됩니다.

스트로크 및 설치 길이

유효 이동 거리는 전체 나사 길이와 동일하지 않습니다. 볼 너트, 서포트 유닛, 샤프트{1}}엔드 가공 및 기계 구조에도 공간이 필요합니다.

속도와 가속도

가속은 다음에 따라 관성력을 생성합니다.

F = m × a

무거운 축은 가속도가 높으면 적당한 속도에서도 상당한 추력을 생성할 수 있습니다.

정확도 요구사항

위치 정확도, 반복성, 허용 백래시 또는 축방향 클리어런스 및 필요한 강성을 정의합니다. 나사 정확도 등급은 단순히 사용 가능한 가장 높은 등급을 선택하는 것이 아니라 기계의 실제 위치 지정 요구 사항에 따라 결정되어야 합니다.

듀티 사이클

작동 시간, 시간당 사이클, 사이클당 이동 거리 및 하중 변화는 모두 볼 스크류와 선형 가이드 모두의 필수 서비스 수명에 영향을 미칩니다.

3. 힘, 모멘트 및 블록 간격을 기준으로 선형 가이드 크기 조정

리니어 가이드 크기는 전체 기계 중량만을 기준으로 해서는 안 됩니다.

예를 들어, 500kg의 움직이는 어셈블리는 대략 다음과 같은 중력을 생성합니다.

500 × 9.81 = 4,905 N

축이 2개의 레일과 4개의 블록을 사용하는 경우 4,905N을 4개의 블록에 균등하게 나누면 이상적인 정적 값만 제공됩니다. 실제 기계에는 모멘트를 생성하는 오프셋된 무게 중심이나 외부 힘이 있는 경우가 많습니다.

따라서 가이드 선택은 다음을 고려해야 합니다.

• 레일-간-레일 간격;
• 블록-간-블록 간격;
• 중심--중력 높이;
• 세로 및 가로 하중 위치;
• 외력 방향;
• 피칭, 요잉 및 롤링 순간.

레일 사이의 간격을 늘리면 일반적으로 롤링 모멘트에 대한 저항이 향상되는 반면, 블록 사이의 세로 간격을 늘리면 피칭 및 요잉 모멘트에 대한 저항이 향상됩니다.

하중분포를 계산한 후, 가이드 제조사의 동정격하중, 정정격하중, 허용모멘트, 요구수명을 확인하십시오.

4. 추력, 수명, 좌굴 및 임계 속도를 고려하여 볼 스크류 크기를 결정하십시오.

필요한 축 추력

수평축의 경우 필요한 나사 추력은 가속력, 외부 공정력 및 기계적 저항을 통해 추정할 수 있습니다.

F_총 = F_가속 + F_프로세스 + F_저항

수직축의 경우 중력도 포함되어야 합니다. 500kg의 수직 이동 질량만으로도 가속 및 프로세스 힘이 추가되기 전에 약 4,905N의 중력 하중이 생성됩니다.

볼나사 수명

볼나사 수명은 나사의 동정격하중과 등가 축방향 작동하중 사이의 관계에 따라 달라집니다. 최대 힘만 사용하는 대신 실제 하중 스펙트럼을 고려해야 합니다.

버클링

압축 하중을 받는 긴 볼 스크류의 좌굴 여부를 점검해야 합니다. 중요한 요소에는 나사 루트 직경, 비지지 길이, 지지 배열 및 압축력이 포함됩니다.

임계 속도

긴 회전 나사도 허용 임계 속도 이하로 유지되어야 합니다. 필요한 스크류 rpm은 선형 속도와 스크류 리드에 따라 달라집니다.

리드가 클수록 동일한 선형 이동 속도에 대해 나사 회전 속도가 줄어들 수 있지만 모터 토크, 기계적 이점 및 위치 결정 해상도도 변경됩니다. 따라서 직경과 리드를 함께 선택해야 합니다.

5. 일치 정확도, 예압 및 강성

하중 용량만으로는 나사와 가이드가 올바르게 일치하는지 여부가 결정되지 않습니다. 전체 축은 또한 필요한 정확성과 강성을 제공해야 합니다.

볼나사 정확도

축 이동, 위치 지정 공차, 제어 전략 및 총 기계 오류 예산에 따라 볼 스크류 정확도 등급을 선택하십시오.

예압

볼스크류 예압은 축방향 틈새를 줄이고 강성을 높이는 반면, 가이드 예압은 하중 변화에 따라 변위를 줄일 수 있습니다. 그러나 과도한 예압은 마찰, 열 발생 및 설치 오류에 대한 민감도를 증가시킵니다.

목표는 어디에서나 최대 예압이나 최대 정밀도를 지정하는 것이 아닙니다. 나사, 가이드, 지지 베어링, 커플링, 장착 표면 및 기계 프레임을 하나의 기계 시스템으로 선택해야 합니다.

6. 나사-가이드 정렬 및 설치 형상 확인

나사와 가이드가 과도하게 잘못 정렬되어 설치되면 올바른 크기의 구성 요소라도 성능이 저하될 수 있습니다.

중요한 설치 요소는 다음과 같습니다.

• 레일 장착-표면 직진도;
• 가이드 레일 사이의 평행도;
• 볼 스크류 정렬;
• 지지-베어링 정렬;
• 볼 너트 장착 정확도;
• 움직이는 캐리지의 강성.

잘못된 정렬은 드라이브 토크, 열 및 마모를 증가시키는 동시에 서비스 수명과 위치 결정 성능을 감소시킬 수 있습니다. 사전 로드된 시스템은 일반적으로 설치 정확도에 대한 요구가 더 높습니다.

7. 작업 예: 500kg 수평 자동화 축

다음 요구 사항을 갖춘 예비 수평 자동화 축을 고려하십시오.

1단계: 관성력 계산

1.0m/s²의 가속도에서:

F = 500 × 1.0 = 500 N

이것은 가속력일 뿐입니다. 공정력과 기계적 저항은 여전히 ​​추가되어야 합니다.

2단계: 가이드 하중 계산

가이드 시스템은 약 4,905N의 정적 중량을 지원합니다. 그러나 개별 블록 하중은 레일 간격, 블록 간격 및 무게 중심-- 위치를 알 때까지 확인할 수 없습니다.

3단계: 가이드 배열 선택

실제 기계 형상을 사용하여 각 블록에 작용하는 힘과 모멘트를 계산한 다음 필요한 하중 용량, 모멘트 용량, 강성 및 수명을 제공하는 가이드 시리즈와 블록 구성을 선택합니다.

4단계: 볼나사 선택

필요한 축 추력을 결정한 다음 해당하는 경우 나사 직경, 리드, 동적 하중 용량, 예상 수명, 임계 속도 및 좌굴을 확인합니다.

이 예에서는 누락된 형상 및 프로세스 힘 데이터로 인해 최종 선택이 실질적으로 변경될 수 있으므로 의도적으로 고정 나사 또는 가이드 크기를 지정하지 않습니다.

8. 일반적인 매칭 실수

고정 나사를-사용하여-가이드 크기 표

볼 스크류 직경과 선형 가이드 크기 사이에는 보편적인 일대일-관계가 없습니다.

기계 중량만으로 가이드 선택

무게 중심--오프셋과 외부 모멘트는 단순한 중량 계산에서 제시하는 것보다 개별 블록에 훨씬 더 높은 하중을 생성할 수 있습니다.

부하 용량에서만 볼나사 선택

나사는 충분한 축방향 하중 용량을 가질 수 있지만 여전히 적용 분야의 중요한 -속도, 좌굴, 리드 또는 설치 길이 요구 사항을 충족하지 못합니다.-

가속 무시

가속은 특히 무겁고 높은 사이클 축에서 상당한 추력 및 모멘트 부하를 생성할 수 있습니다.{0}}

볼나사를 가이드로 사용

선형 가이드는 모션 경로를 제어해야 합니다. 볼스크류는 주로 축방향 구동력을 전달해야 합니다.

과도한 예압 지정

더 많은 예압이 항상 더 좋은 것은 아닙니다. 과도한 예압은 마찰, 열 및 장착 오류에 대한 민감도를 증가시킵니다.

9. 전체 볼 스크류 및 리니어 가이드 시스템에 대한 RFQ 체크리스트

예비 볼 스크류 및 선형 가이드 선택을 위해 다음을 제공하십시오.

• 이동 질량 및 외부 프로세스 힘
• 수평, 수직 또는 경사 장착
• 유효스트로크
• 최대 속도 및 가속도
• 포지셔닝 정확도 및 반복성
• 일일 운영 시간 및 주기 빈도
• 볼스크류 설치 가능 길이
• 레일 및 블록 수
• 레일 간격 및 블록 간격
• 무게 중심-위치-(가능한 경우)
• 근무환경
• 프로토타입 및 생산 수량

기계 도면이나 간단한 축 레이아웃은 부하가 가이드 중심선에서 오프셋될 때 특히 유용합니다.

결론

볼 스크류와 리니어 가이드를 일치시키는 것은 두 가지 카탈로그 크기를 페어링하는 문제가 아닙니다.

선형 가이드는 힘, 모멘트, 하중 분포, 형상 및 필요한 수명에 따라 선택해야 합니다. 볼 스크류는 축 추력, 수명, 직경, 리드, 임계 속도, 좌굴 및 위치 요구 사항에 따라 선택해야 합니다.

그런 다음 최종 조합의 강성, 정확성, 정렬 및 설치 조건을 완전한 시스템으로 확인해야 합니다.

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