Azionamenti a ricircolo di sfere - funzione/struttura/tipi/classi di precisione
Gli azionamenti a ricircolo di sfere sono prodotti secondo i criteri di selezione e le specifiche DIN ISO 3408 o JIS B 1192, ecc.
Gli azionamenti a ricircolo di sfere sono componenti ad alta precisione utilizzati in varie applicazioni per convertire il movimento rotatorio in movimento lineare. Le aree di applicazione per gli azionamenti a ricircolo di sfere sono di ampia gamma e includono aree come macchine CNC, stampanti 3D, robotica, macchine utensili e molte altre applicazioni industriali.
Costruzione di azionamenti a ricircolo di sfere
Le viti a ricircolo di sfere sono costituite da un mandrino filettato (2), una chiocciola per viti a ricircolo di sfere (3) e sfere (4). Una pista speciale (1) si trova nel dado su cui rotolano le sfere. Il mandrino filettato è dotato di una guida di filettatura adatta alla forma del dado. Le sfere consentono un movimento a basso attrito operando tra le piste del dado e il mandrino filettato. Gli azionamenti a ricircolo di sfere possono avere un meccanismo autobloccante. L’autobloccaggio è la capacità di un sistema meccanico di prevenire il movimento involontariamente autonomo. In un sistema autobloccante, il movimento viene bloccato da forze meccaniche o indotte dall’attrito non appena la forza di trasmissione viene rimossa.
Tipi di mandrini filettati
Esistono diversi versioni di mandrini filettati. Si differenziano, ad esempio, come segue:
- In base al principio di progettazione (mandrino filettato fisso, rotante), guida lineare del dado
- Per parte di ritorno della sfera (all’interno o all’esterno)
- Avvio a sinistra o a destra
- Singolo o multiplo
- Precisione: Trasmissione della vite di trasporto o posizionamento
Azionamenti a ricircolo di sfere singoli
Gli azionamenti per vite a ricircolo di sfere singoli sono costituiti da un singolo mandrino filettato con una chiocciola per vite a ricircolo di sfere. Sono ampiamente utilizzati nel settore e sono utilizzati principalmente in applicazioni con carichi bassi e alte velocità.
Più azionamenti a ricircolo di sfere
A differenza degli azionamenti a ricircolo di sfere singoli, le azionamenti a ricircolo di sfere multiple sono costituite da un dado di rotazione con diverse file di sfere. Le file aggiuntive di sfere portano a una maggiore capacità di carico e rigidità e sono spesso utilizzate in applicazioni pesanti.
Con guida lineare
Un azionamento a ricircolo di sfere con guida lineare ha una o più guide su cui scorre il dado a sfere (che trasporta il carrello o il carico). La funzione della guida è guidare e supportare il movimento lineare e ottenere precisione e stabilità. I vantaggi sono l’elevata precisione, ripetibilità e rigidità. Gli azionamenti a ricircolo di sfere con guide lineari sono particolarmente adatti per applicazioni che richiedono posizionamento e stabilità precisi, come macchine CNC e macchine utensili.
- 1 Mandrino filettato
- 2 Chiocciola per vite a ricircolo di sfere con flangia
- 3 Cuscinetto
- 4 Carrello
- 5 Motore con scatola ingranaggi
Senza guida lineare
Per le azionamenti a ricircolo di sfere senza guide lineari, la chiocciola per vite a ricircolo di sfere si sposta direttamente sul mandrino filettato senza una guida lineare separata. Il dado scorre lungo il mandrino filettato. Il vantaggio è che le viti senza guide lineari separate vengono utilizzate in applicazioni che hanno limiti di spazio o richiedono design semplici. Possono offrire una soluzione meno costosa in applicazioni meno impegnative.
Classi di precisione
Le classi di precisione degli azionamenti a ricircolo di sfere sono classificazioni specifiche che descrivono l’accuratezza e le tolleranze. Sono specificate in standard pertinenti come il giapponese JIS B 1192 (ISO 3408). ISO 3408 specifica, ad esempio, la differenza tra il percorso target e il percorso nominale sul percorso utile. Il risultato delle seguenti classi di tolleranza:
- C0 - C5: Definito dalla deviazione media del percorso e dalla tolleranza della fluttuazione del percorso
- C7-C10: Definito dalla deviazione media della distanza su una lunghezza di 300 mm.
Lo standard ISO 286 fornisce una classificazione alternativa per i livelli di tolleranza utilizzati in alcuni standard e fornisce gradi di precisione simili a quelli delle classi C: IT 1 e seguenti
Per quanto riguarda il gioco assiale, gli azionamenti a ricircolo di sfere possono essere precaricati (senza gioco) o con gioco. Gli azionamenti a ricircolo di sfere di classe ad alta precisione sono solitamente precaricati. Per il posizionamento di precisione, le applicazioni di misurazione della posizione, la costruzione di dispositivi scientifici e in generale per applicazioni che richiedono la massima rigidità possibile del gruppo, si consiglia di utilizzare un azionamento a ricircolo di sfere con precarico. I convertitori di frequenza con azionamento a ricircolo di sfere di classe a bassa precisione sono generalmente soggetti a gioco. Gli azionamenti a ricircolo di sfere soggetti a gioco sono consigliati se la resistenza alla coppia (corsa fluida) è un requisito chiave, se eventuali deviazioni di tolleranza sono compensate da un sistema di misurazione o se gli errori di posizione causati dal gioco assiale sono irrilevanti.
Vantaggi degli azionamenti a ricircolo di sfere
Gli azionamenti a ricircolo di sfere offrono elevata precisione e rigidità, poiché l’attrito è significativamente ridotto. Questa funzione fornisce una maggiore precisione e un trasferimento efficiente dal movimento rotatorio al movimento lineare. La distribuzione uniforme del carico da parte delle sfere sulla pista garantisce stabilità e una distribuzione efficace del carico. Gli azionamenti a ricircolo di sfere sono disponibili come gruppi pronti per l’installazione e raggiungono livelli di efficienza elevati fino al 95%.
Vantaggi rispetto alle viti trapezoidali
Un azionamento a ricircolo di sfere offre diversi vantaggi rispetto alle viti trapezoidali:
- Maggiore precisione
- Minore attrito: Le viti a ricircolo di sfere hanno un attrito inferiore grazie all’uso di sfere o cuscinetti a sfere come contatti a rullo.
- Velocità più elevate grazie alla riduzione dell’attrito e all’efficiente contatto con il rotolamento
- Autobloccaggio inferiore
- Usura ridotta
- Forza di trasmissione ridotta grazie alla riduzione dell’attrito e al trasferimento di energia più efficiente
- Design più compatto: Le viti a ricircolo di sfere spesso consentono un design più compatto perché consentono l’uso di motori o unità motori più piccoli grazie alla loro maggiore efficienza e precisione.
Specifica degli azionamenti a ricircolo di sfere corrispondenti
Se è necessario un nuovo azionamento a ricircolo di sfere, è importante conoscere alcuni parametri e proprietà. Gli azionamenti a ricircolo di sfere sono disponibili con filettatura metrica e filettatura in pollici. La designazione disponibile in commercio fornisce informazioni su quale filettatura è necessaria. Gli azionamenti a ricircolo di sfere con dimensioni in pollici sono specificati come tipo 1004 (corrisponde a un diametro del mandrino filettato di un pollice e un passo di 1/4 di pollice) e i convertitori di frequenza con viti con dimensioni metriche, ad esempio come tipo 12x3 (corrisponde a un diametro del mandrino filettato di 12 mm e un passo di 3 mm).
Gli azionamenti a ricircolo di sfere sono etichettati con il diametro del cerchio centrale della sfera e il loro passo. Il diametro esterno del mandrino filettato può essere misurato per determinare il diametro del cerchio centrale della sfera. Per determinare il passo, è innanzitutto necessario determinare se è necessaria una azionamento a ricircolo di sfere a avviamento singolo o multiplo. Sugli azionamenti a ricircolo di sfere ad avviamento singolo, i segmenti di scanalatura si trovano direttamente uno accanto all’altro e vi sono spazi corrispondenti tra gli azionamenti con azionamento a ricircolo di sfere ad avviamento multiplo. È possibile determinare il tipo più facilmente avvolgendo un cavo:
il passo risulta dalla distanza tra un segmento di cavo e il segmento di cavo successivo, per esempio 3 mm.
L’effetto stick-slip e come ridurlo al minimo
L’effetto stick-slip (o sistema di vibrazione autoeccitante) si verifica quando due superfici si muovono alternativamente e si legano invece di scivolare agevolmente. La forza di presa di un oggetto contrasta la forza peso con cui l’oggetto deve essere spostato. Fino a quando non viene esercitata la forza necessaria per superare la forza di presa, l’oggetto rimane bloccato e viene quindi rilasciato a una velocità maggiore e inizia a scorrere. Una volta raggiunto lo stato dell’attrito scorrevole e che l’oggetto continua a essere spostato con una pressione costante, non ha più presa.
Ciononostante, l’effetto stick-slip che si verifica porta a oscillazioni e vibrazioni nel sistema, che sono generalmente indesiderate. A differenza delle filettature trapezoidali o delle filettature delle viti, che presentano attrito statico, l’effetto stick-slip non gioca quasi alcun ruolo nelle filettature sferiche poiché queste presentano sostanzialmente attrito di rotolamento. Tuttavia, se si verifica un effetto stick-slip sugli azionamenti a ricircolo di sfere, è possibile adottare varie misure, tra cui:
- Uso di lubrificanti
- Produzione e selezione dei materiali precise
- Evitare tensioni eccessive
- Uso di gruppi senza gioco assiale o con gioco assiale regolabile
- Serraggio del gruppo per aumentare la rigidità
Calcolo della vita utile delle filettature a sfera
La durata utile dei convertitori di frequenza con azionamento a ricircolo di sfere può essere calcolata utilizzando la potenza nominale di carico dinamico. È definito dal numero totale di giri, tempo o distanza dopo i quali le superfici o le sfere dei cuscinetti a sfere iniziano a delaminarsi. La seguente formula si applica alle ore di funzionamento Lh:
- Lh = durata in ore (h.)
- C = Coefficiente di carico dinamico (N): Carico assiale che agisce su un gruppo di sfere uguali e al quale il 90% dei campioni di test è in grado di raggiungere 1 milione di rotazioni senza che le superfici di laminazione delaminano
- Pm = Carico assiale medio (N)
- Nm = Velocità media (min-1)
- fw = Fattore di carico, esempi: Funzionamento senza carico d’urto fw = da 1,0 a 1,2 | Funzionamento normale fw = da 1,2 a 1,5 | Funzionamento con carico d’urto fw = da 1,5 a 2,0
Le seguenti informazioni sono consuete per la vita utile: 10.000 ore per le macchine industriali, 20.000 ore per le macchine utensili, 15.000 ore per le apparecchiature di automazione e gli strumenti di misura.
Selezione delle trasmissioni degli azionamenti a ricircolo di sfere
La scelta dell’unità azionamento a ricircolo di sfere adatta dipende da diversi fattori, tra cui i requisiti di carico, le velocità, i requisiti di precisione e l’ambiente in cui viene utilizzata. Sulle macchine CNC, le unità a azionamento a ricircolo di sfere garantiscono un’incisione e una fresatura precise, mentre le stampanti 3D ottengono una qualità di stampa accurata strato per strato. La robotica beneficia del controllo preciso del movimento dei giunti e delle macchine utensili da processi di lavorazione altamente precisi.
Le condizioni operative dell’innesto della azionamento a ricircolo di sfere, come precisione di posizionamento, corsa, velocità di spostamento, durata, ecc., devono essere specificate per prime. Nella fase successiva, viene effettuata una preselezione dell’azionamento della azionamento a ricircolo di sfere in base alla precisione della guida, al gioco assiale e ai carichi previsti. Infine, è necessario controllare il carico assiale consentito, la velocità di rotazione consentita e la vita utile prevista. Utilizzare il nostro processo di selezione per dimensionare la trasmissione della azionamento a ricircolo di sfere MISUMI. MISUMI fornisce azionamenti a ricircolo di sfere idonei, giunti di compensazione e cuscinetti a sfere per molte applicazioni.
