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HIWIN滚珠丝杠选用篇

大家好,上一篇主要介紹了HIWIN滾珠絲杠的定義、功能、工程特性及產業應用類別等,希望對大家有一定的幫助。作為我們東莞市上品機電設備有限公司的創始人,有十年深耕高端精密機械傳動部件服務經驗,真心想在自動化行業做出一點事情,為用戶帶來最實實在在的價值,今天接著上一篇,主要講述臺灣上銀滾珠絲杠的選用流程及注意事項。為了讓大家更方便理解,以實例來講解。

總體選用流程如下:

定位精度»»»馬達轉速快速進給»»»最大行程»»»負載條件速度分布»»»預期壽命»»»絲杠外徑范圍»»»速度限制»»»環境溫度»»»特殊使用環境»»»選用完成

首先、我們從一個案例開始,使用條件如下:

荷重:180 kg

最大行程:1200 mm

最高速度:120 m/min

定位精度:±0.02 mm/1200mm

加速度:1 G

壽命需求:10000 小時

驅動馬達:3000 rpm

在確認定位精度前,我們先熟悉一下導程精度的相關概念:

TP:累積基準導程-為螺桿溫升變形的補償值,依照客戶使用之負載或溫度而定

ea:累積代表導程-由雷射量測之實際累積導程變動值

eP:累積代表導程偏差-有效行程內累積代表導程的最大偏差值

υu:最大導程變動範圍-在有效行程內,以累積代表導程為基準線,向上與下平移至導程變動之最大寬幅

υ2πp2πp導程變動範圍-有效行程內任意旋轉一圈,以累積代表導程為基準線,向上與下平移至導程變動之最大寬幅

υ300p:任意300mm導程變動範圍-有效行程內任意行走300mm,以累積代表導程為基準線,向上與下平移至導程變動之最大寬幅

1、定位精度:± 0.02 mm/1200 mm,對照上銀精密級滾珠絲杠精度表,0.013 < 0.02故選擇C2級,單位:0.001 mm。再對照一下各種機械適用滾珠螺桿精度等級。

2、馬達轉速快速進給:確認導程,最大速度:120 m/min,驅動馬達:3000rpm,導程=進給速度/馬達轉速=120*1000/3000=40mm

3、最大行程:牙長=行程+螺帽長+100,總長=牙長+肩部長

4、負載條件速度分布:計算平均轉速與平均負荷,直驱转台

軸向力F=重量M×加速度a

F=180×9.8=1764(N)=180(kgf)

直驱转台

確定:平均轉速:2250 rpm          平均負荷:162 kgf

5、預期壽命:

講到滾珠絲杠壽命,必須提到基本額定動負荷:動負荷是指一批相同規格之螺桿,經過運一百萬次後,90%之滾珠螺桿,其螺紋軌道或鋼珠表面不產生疲勞損壞(剝離或點蝕)時的軸向負荷,動負荷之值記載在各種螺帽尺寸表中。不同於傳統導螺桿的壽命取決接觸面之磨耗;HIWIN 滾珠螺桿則取決於材料的疲勞破壞。為確保HIWIN 滾珠螺桿在預期壽命之可靠度,不管設計、材質、熱處理及製程等皆採以最嚴格的專業考量。滾珠螺桿的預期壽命必須考

慮設計品質及製程等幾項的安全因子,但最主要以動負荷(C)為依據。而影響動負荷的基本因素為牙型精度、材料特性及表面硬度。一般建議在軸向平均負載計算下,至少應達

1×10 6 revs。高品質的滾珠螺桿,必需達到在統計學上的B級壽命(亦即90%的螺桿均達到所設計的壽命),有50%的滾珠螺桿壽命超過設計壽命值的2~4倍。

壽命需求:10000小時,經公式計算,額定動負荷Ca = 2420 kgf

-絲杠外徑范圍:這里又有幾個概念需要重溫一下。挫屈負荷:滾珠螺桿的兩軸在靜態時所承受軸向壓應力增加到一定的程度時,會造成螺桿軸有嚴重徑向的變形,易使得該軸損壞,則此軸向負載即為挫屈負荷。當滾珠螺桿之軸向負荷超過某一定值,螺桿會發生挫屈之現象。

直驱转台

其中

FK:容許負荷

FP :最大容許負荷(0.5安全係數)

dr :螺桿軸根徑

Lt :軸承支撐間距

Nf :安裝係數

不同的安裝方式,Nf值是不一樣的,固定-固定時,Nf=1、固定-支撐時,Nf=0.5、固定-自由時,Nf=0.062

螺桿外徑:考慮φ40,以固定-固定形式,支撐距離: 1350mm。算出Fk=28647Fp=14323kgf

6、速度限制:臨界轉速:當滾珠螺桿旋轉時,由於螺桿本身自重下垂的現象所引起的離心力撓屈須賴以軸的彎曲強度以抗拒之。當滾珠螺桿的轉速達到臨界轉速時,震動撓度將會增加沒有上限。因此在工程操作的考量下應避免此一現象發生。螺桿之最高轉速若超過某一速度,則會有振動產生,此速度稱為螺桿之臨界轉速。

螺桿軸之臨界轉速計算:

 直驱转台

Nc = 臨界轉速 (rpm)

Np = 最大允許速度 (rpm)

dr : 螺桿根徑 (mm)

Lt: 支撐間距 (mm)

Mf : 支撐形式係數

E: 楊氏係數 (E=206 GPa)

I : 轉動慣量

不同的安裝方式,Nf值是不一樣的,固定-固定時,Nf=1、固定-支撐時,Nf=0.5、固定-自由時,Nf=0.062

Dm-N值為DmN的乘積

Dm為滾珠螺桿上下滾珠之中心圓直徑(P.C.D)

N為螺桿最大轉速

DmN值正比於滾珠之速度

有時為方便計算,會以螺桿外徑D取代Dm ,也就是DN

DN值對於滾珠螺桿的迴流系統有極大的影響。

不同的循環設計,DN值不同。

內循環時,DN< 100,000

外循環時,DN< 100,000

外循環(高速設計)時,DN< 150,000

端蓋式時,DN< 150,000

 Super S時,DN< 220,000

螺桿外徑:考慮φ40,以固定-固定形式,支撐距離: 1350mm,轉速: 3000rpm

以臨界轉速考量:算出Nc=4006rpm, Np=4006 × 0.8 = 3205 rpm > 3000

DN值考量:DN=40 × 3000 = 120,000 < 220,000 ,故選擇Super S 系列,這樣就可以選定螺桿規格:螺桿外徑:φ40,導程: 40 mm,動負荷 > 2420 kgf,螺帽形式 Super S系列,最終選定規格: R40 - 40K2 - FSC

7、環境溫度:累積基準導程(T) 牙長、溫升值。溫度補償,因溫升熱變形導致螺桿伸長,故溫升前先設定一Tp(通常為負值),使溫升後達到目標長度。 T值為考量滾珠螺桿因運轉而溫升,給予的事先負向補償值。HIWIN對於工具機的T值建議1米為-0.02 mm~-0.03 mm

8、特殊使用環境:主要有以下幾個方面,特殊表面處理、特殊用油、特殊功能需求。潤滑油使用3268cst(ISO VG3268)DIN51519

適用潤滑油脂建議:

一般:SHELL Alvania R2 WEICON WP300

高溫:SYNCO  Super Lube 2  (-40~2300C)

低溫;高速 & 輕負荷:KYODO YUSHI PS2     (-50~1300C)

潔凈室:KYODO YUSHI  ET-100K (-40~2000C)

真空:Dupont krytox Ausimont Fomblin

食品工業:SYNCO  Super Lube 2

表面處理方式:

磷酸鹽皮膜處理 (Phosphate Coating),反應種類: 化學轉化被覆層,外觀及用途: 灰黑色低硬度層 / 防鏽。

無電解鎳被覆 (Electroless Nickel Plating),反應種類: 化學反應鍍層,膜厚: 2.5~250µm,外觀及用途: 銀黃色 / 中等硬度 (Hv300~500), 防鏽及增加表面潤滑性。

鍍硬鉻 (Hard Chrome Plating),反應種類: 電化學反應鍍層,膜厚: 10~500µm,外觀及用途: 銀色 / 增加表面硬度(Hv800~1000), 防鏽及抗腐蝕。

Armoloy TDC (Thin dense chrome),反應種類:電化學轉化鍍層,膜厚: 2.5~5µm,外觀及用途: 銀色/高硬度 (Hv1360~1400),防鏽及增加表面抗磨耗性,“TDC”是一種高密度的金屬鉻鍍膜,利用表面的高硬度,降低元件的摩擦係數,達到低磨耗和低發塵量的效果。

冷電鍍處理 (Raydent Treatment),反應種類: 電化學轉化鍍層,膜厚: 1~3µm,外觀及用途: 黑色,長效性防鏽功能(10~15),“冷電鍍”是利用一個在 0°C以下的低溫電化學反應所產生的電鍍過程,以形成金屬材質表面合金鍍層的一種特殊表面處理,由於鍍層和被鍍物之間有化學反應,被鍍物表面的孔洞也會被完全包覆,有極佳的防銹效果。

 

点击次数:  更新时间:2017-02-26