Короткий ответ:вибрация вшариковый винтпочти всегда поступает из пяти источников. Это класс точности и биение вала, преднатяг и люфт гайки, соосность и торцевая опора, рабочая скорость, близкая к собственной частоте винта, а также жесткость рамы. На первые три приходится большинство случаев, наблюдаемых в цехах. Последние два решают, будет ли ось, прошедшая проверку, все еще трястись на производственной скорости.
Вибрация — одна из наиболее частых жалоб машиностроителей, и она редко проявляется как отдельная неисправность. Это снижает точность позиционирования, сокращает срок службы гаек и подшипников и приводит к незапланированным простоям, как только амплитуда достигает заготовки. Пять приведенных ниже источников неоднократно упоминаются в обзорах приложений вместе с измерениями, которые идентифицируют каждый из них на вашей оси.
Причина 1: конструкция винта и класс точности.
Вибрация часто начинается с выбранного вами винта. Катаный винт общего назначения подходит для легких нагрузок на умеренной скорости, но на оси с высокой скоростью или большой нагрузкой внутренний зазор проявляется в виде вибрации задолго до того, как что-нибудь сломается. Три параметра отличают тихие винты от шумных, и все три отображаются в таблице данных, если вы знаете, где искать: диаметр шарика относительно радиуса канавки, геометрия канавки и класс точности.
серия SFEиспользует шарик большего диаметра и оптимизированный профиль канавок. Шар большего размера контактирует с дорожкой качения по более длинной дуге, что уменьшает проскальзывание шарика во время ускорения и распределяет нагрузку на большее количество точек контакта. В осях фрезерования, где клиенты заменили стандартный винт на SFE, измеренная вибрация снизилась почти на 30%.
Если вы создаете систему захвата и перемещения или небольшую ось с ЧПУ,ШВП SFU прокатана и отшлифована до C7 до C3обычно является правильной отправной точкой. Смоленные винты обеспечивают более жесткие допуски на ход и биение, а биение — это параметр, который наиболее важен на скорости. Безопорного вала с биением 0,1 мм при 1000 об/мин достаточно, чтобы почувствовать отчетливую тряску по всей оси.
Причина 2: предварительная нагрузка и люфт гайки.
Предварительная нагрузка определяет, как поведет себя гайка при изменении направления оси. Люфт — это небольшой зазор между винтом, шариками и гайкой, который открывается и закрывается при реверсе, и в момент закрытия этого зазора ось получает толчок. Если ваша ось движется только в одну сторону, это едва заметно. В портальном роботе или любой оси, которая меняет направление вращения под нагрузкой, он становится доминирующим источником вибрации.
Двойная гайка снимает его.ШВП DFUиспользуются две гайки с регулируемым преднатягом, поэтому шариковая передача остается под напряжением в обоих направлениях и при реверсе нечего закрывать. Практическая разница велика. На одной линии автоматизации использовалась одна гайка с люфтом около 5 мм, что приводило к ошибке позиционирования 0,5 мм на заготовке. После перехода на винт DFU погрешность снизилась до 0,05 мм и вместе с ней пропала вибрация при реверсе.
Предварительная нагрузка также удерживает шарики на дорожке качения, что предотвращает их подпрыгивание во время ускорения. Установите его на фактическую нагрузку, а не на максимальную, допускаемую гайкой, поскольку избыточная предварительная нагрузка увеличивает крутящий момент сопротивления и нагрев, а нагрев приводит к собственному дрейфу.
Причина 3: Установка и выравнивание
Машина, которая снова начинает вибрировать, обычно имеет плохую установку, а не плохой винт. Выравнивание стоит на первом месте. Если ось винта и вал двигателя не соосны, муфта вызывает радиальное перемещение винта при каждом обороте, в результате чего гайка и концевые подшипники изнашиваются быстрее. Проверьте биение с помощью циферблатного индикатора на обоих концах до затягивания муфты, а не после.
Торцевая опора – вторая ошибка монтажа. Подшипников скольжения достаточно, если ваши нагрузки легкие и скорость низкая. Для тяжелых или высокоскоростных осей необходимы радиально-упорные подшипники, которые одновременно несут осевую и радиальную нагрузку. Однажды заказчик установил 2-метровый винт на подшипники скольжения; под нагрузкой прогибался, на рабочей скорости дужка давала резонанс, ось сильно тряслась. Правильные концевые опоры немедленно устранили проблему.
Сюда же относится и смазка, поскольку передача с сухими шариками генерирует трение, тепло и вибрацию именно в этом порядке. Используйте смазку, предназначенную для шариковых винтов, и наносите ее повторно примерно каждые 500 часов работы для большинства случаев применения, причем интервал сокращается по мере увеличения скорости. Чрезмерная смазка сама по себе является ошибкой: избыток смазки увеличивает крутящий момент. Вам нужно минимальное количество, которое оставляет видимую пленку на дорожке качения.
Причина 4: Рабочая скорость и резонанс
Каждый винт имеет собственную частоту, и если вы подойдете близко к нему, вы усилите уже существующую вибрацию. Для одного винта с торцевыми опорами необходимая смета:
f = (π/2) × √( E·I / (ρ·A·L4) )
Здесь E — модуль Юнга, I — момент инерции сечения вала, ρ — плотность материала, A — площадь поперечного сечения и L — длина винта. На практике больше всего меняется член L, и он переходит в четвертую степень, поэтому более длинный винт так быстро теряет жесткость и почему так помогает промежуточная опора.
Исправление редко заключается в замене нового винта. Если отклонить рабочую скорость или профиль ускорения от расчетной частоты, амплитуда упадет. Один фрезерный станок с ЧПУ работал со скоростью 1500 об/мин с сильной вибрацией; переместив рабочую скорость до 1700 об/мин, что примерно на 200 об/мин выше собственной частоты, удалил ее без каких-либо аппаратных изменений.
Причина 5: демпфирование и жесткость рамы.
Когда четыре вышеуказанные причины устранены и некоторое движение остается, демпфирование устраняет его остатки. Гасители вибраций зажимаются на гайке и поглощают небольшие удары, проходящие через шариковую передачу. Они уменьшают амплитуду, не исправляют смещенную или недостаточно поддерживаемую ось, поэтому помещайте их в конец последовательности, а не в начало.
Жесткость рамы задает основу для всего этого. Рама, которая прогибается под режущей нагрузкой, перемещает рельс и винт относительно друг друга, и винт воспринимает это движение как вибрацию. Тонкая алюминиевая пластина является обычным виновником нестандартных сборок, и никакое качество винтов не компенсирует ее в вашей машине.
Матрица устранения неполадок
| Симптом | Наиболее вероятная причина | Первая проверка |
|---|---|---|
| Тряска появляется только при определенной скорости | Резонанс вблизи собственной частоты | Рассчитайте f, затем измените рабочую скорость или ускорение. |
| Встряхивание при каждом изменении направления | Люфт от одной гайки | Измерьте потерю хода, затем перейдите к регулируемой предварительной нагрузке |
| Непрерывный гул на всех скоростях. | Биение вала или грубая степень точности | Поверните индикатор в обоих журналах, затем просмотрите оценку C. |
| Амплитуда растет с нагрузкой | Концевая опора недостаточна, вал прогибается | Проверьте тип подшипника и расстояние между опорами. |
| Дребезжание плюс перегрев | Количество или тип смазки | Подтвердите смазку ШВП и интервал 500 часов. |
Подбор винта в зависимости от применения
| Ряд | Лучше всего подходит | Почему это помогает |
|---|---|---|
| СФУ, прокат, С7 | Общая автоматизация за бюджет | Самая низкая стоимость, достаточная скорость ниже средней. |
| SFU, земля, от C7 до C3 | Перехватчик, небольшой ЧПУ | Более плотный ход и биение, меньше вибраций на скорости. |
| ЮФЭ | Высокоскоростные оси, сборка электроники | Шарики большего размера уменьшают скольжение и нагрузку на контакт. |
| DFU, двойная гайка | Реверсивные оси, портальные роботы | Регулируемая предварительная нагрузка устраняет люфт |
На машинах клиентов, где эти четыре серии были адаптированы к конкретному применению, измеренная вибрация снизилась на 20–40 % в зависимости от начальной точки. Наибольший выигрыш был получен от осей, которые вращали одну гайку при реверсивной нагрузке или вращали винт на высокой скорости.
Часто задаваемые вопросы
Можно ли устранить вибрацию без замены винта?
Часто да. Выравнивание, торцевая поддержка, предварительная нагрузка и смазка охватывают большинство случаев, с которыми вы можете столкнуться. Замена становится необходимой, когда ограничивающим фактором является биение вала или класс точности, поскольку ни то, ни другое нельзя исправить путем регулировки на месте.
Почему на моей машине тряска появляется только на высокой скорости?
Потому что ось приближается к собственной частоте винта. Приведенная выше формула дает оценку для заданной длины и расположения опоры, и в большинстве случаев вы можете отклонить ось от этой скорости, изменив скорость подачи или профиль ускорения, а не аппаратное обеспечение.
Одинарная гайка или двойная гайка?
Если ваша ось меняет направление под нагрузкой, используйте двойную гайку с регулируемым преднатягом. На однонаправленной оси обычно достаточно одинарной гайки с правильным предварительным натягом, а дополнительные затраты на двойную гайку ничего не дают.
Поговорите с инженером
Нужна собственная частота, рассчитанная для конкретной оси?
Отправьте нам информацию о длине, диаметре, шаге винта, расположении концевой опоры и рабочем цикле. Наши инженеры сообщают оценку резонанса, рекомендуемую предварительную нагрузку и время выполнения заказа в течение одного рабочего дня.Запросить ценовое предложение и технический обзор.
Ссылки
- Больтхаузен, К. (2018). Системы линейного движения: шарико-винтовые пары, подшипники и направляющие. Промышленная пресса.
- Американское общество точности. (2020). Снижение вибрации в системах линейного привода. Журнал машиностроения, 15 (3), 45-52.
- Томсон Индастриз, Инк. (2021 г.). Рекомендации по проектированию и применению шарико-винтовой передачи.
