ball screw

انواع روان کننده ها در اتصالات بال اسکرو

انتخاب نوع صحیح روان کننده در اتصالات بال اسکرو بصورت مستقیم بر طول عمر، عملکرد، قابلیت بارگذاری و دقت عملکرد بال اسکرو نقش تعیین کننده ای دارد. روان کننده با کاهش میزان تماس بین ساچمه ها و شیار های پیچ بال اسکرو از سایش بین سطحی این دو سطح و در نهایت خوردگی و سایش بال اسکرو جلوگیری می کند. انتخاب صحیح روان کننده بال اسکرو می تواند سبب افزایش راندمان و گشتاور و افزایش ظول عمر مفید کاری بال اسکرو تا 10 برابر شود.

اولین قدم در انتخاب روان کننده انواع بلبرینگ و بال اسکرو انتخاب میان روغن و گریس می باشد. استفاده از روغن به سبب ویسکوزیته کمتری که دارد هدایت این روان کننده را به بخش های مختلف بال اسکرو ساده تر می کند و علاوه بر این با جذب آلودگی ها به تمیزی بیشتر فضای داخلی و مهره های بال اسکرو کمک کرده در انتقال حرارت نیز نقش موثری دارد. از طرفی نیاز به پمپ و اتصالات پمپاژ روغن هزینه راه اندازی سیستم در کاربری بال اسکرو را افزایش می دهد.

کاربری بال اسکرو از جنس استنلس استیل و مقایسه با بال اسکرو فولادی

بطور کلی نه تنها در تولید کاربری بلبرینگ و بال اسکرو بلکه در اغلب کاربری های قطعات صنعتی همواره انتخاب بین گرید های مختلف فولادی و استنلس استیل با توجه به تفاوت زیاد در خواص و مشخصات مکانیکی و البته تفاوت زیاد قیمتی که دارند یک چالش محسوب می شود. در انتخاب و کاربری بال اسکرو نیز در برخی از موارد بالاخص در اتصال ماشین آلاتی که با محیط های خورنده سر و کار دارند مانند رطوبت، محیط های کلریدی و. مواد و گاز های خورنده صنعتی مختلف استفاده از بال اسکرو از جنس استنلس استیل که اغلب در یکی از دو گرید 304 با اندکی خاصیت جذب شوندگی تحت میدان مغناطیسی و گرید 316 بصورت نگیر بدون خاصیت مغناطیسی تولید و مورد استفاده قرار می گیرد.

متریال استنلس استیل در مقایسه با متریال فولادی در تولید بال اسکرو همواره دارای خواص مکانیکی ضعیف تر اما خواص شیمیایی مناسب تر است. به بیان ساده تر بال اسکرو از جنس استنلس استیل Stainless steel ball screw دارای مقاومت سایشی و فشاری به اندازه یک بال اسکرو فولادی نیست اما در برابر زنگ زدگی ناشی از خورنده های محیطی مقاومت مناسبی دارد. از نظر قیمتی نیز با توجه به استفاده درصد های بالایی از فلزات ارزشمند مانند کروم و نیکل در ساختار بال اسکرو استنلس استیل اغلب قیمت آن بالاتر می باشد.

مفهوم قطر، گام و نوع دنده های پیچ بال اسکرو

پیچ بال اسکرو نوع خاصی از پیچ های تمام دنده می باشد که در اصطلاح عمومی به پیچ کبریتی شهرت دارد. در واقع سه نوع دنده مختلف برای پیچ های صنعتی استفاده می شود که دنده های ریز Fine thread ، دنده های درشت Coarse Thread و دنده های کبریتی از مهمترین آنها هستند. بر خلاف دنده های ساده که در نقطه اکسترمم بیرونی تنها سطحی نقطه ای دارند دنده های کبریتی پیچ بال اسکرو در نقطه اکسترمم دارای یک بخش تخت هستند. مفهوم قطر پیچ بال اسکرو در واقع میزان عددی است که در قسمت برش از دو طرف نقاط اکسترمم در قسمت بیرونی دنده های کبریتی پیچ بال اسکرو توسط ابزار دقیق مانند کولیس اندازه گیری می شود.

گام پیچ بال اسکرو در واقع حد فاصل بین دو نقطه اکسترمم دنده ها در بیرون بر روی راستای محوری پیچ بال اسکرو می باشد. در اغلب موارد سایز های اینچی و میلیمتری استانداردی در تولید دنده های کبریتی پیچ بال اسکرو بکار گرفته می شوند که این استاندارد ها در تولید بلوک اصلی بال اسکرو نیز بکار گرفته شده اند.

اهمیت سختی سطحی ساچمه های بال اسکرو

سختی سطحی که در زبان انگلیسی به Hardness شناخته می شود در واقع یکی از مهمترین فاکتور های کیفی در کنار دقت تولید و تلورانس حرکتی محسوب می شود. سختی سطحی نه تنها در مورد ساچمه های بال اکرو بلکه مفهومی کاربردی برای تمامی قطعات فلزی می باشد که معرف مقاومت سایشی نیز می باشد. تست سختی بر حسب دیمانسیون های مختلف به روش های متفاوتی قابل انجام می باشد اما در روش های شناخته شده تر با نفوذ اجسام و پروفیل ها با شکل های مختلف تحت تاثیر نیروی فشاری صورت می پذیرد. بالا رفتن سختی سطحی بالاخص برای ساچمه های بال اسکرو به سبب تمرکز تنش بالاتر تحت تاثیر شکل و هندسه ساچمه بال اسکرو طول عمر کاری بالاتر را برای بال اسکرو به دنبال دارد. روش هایی مانند روش راکول، برینل، ویکرز شناخته شده ترین روش های سختی سنجی فلزات محسوب می شوند. از آنجایی که سایش سطحی ساچمه ها در انواع بلبرینگ، رولبرینگ، یاتاقان و بال اسکرو بالا رفتن درجه لقی و کاهش دقت در عملکرد را به دنبال دارد همواره Hardness یکی از فاکتور هایی است که تولید کنندگان بزرگ بال اسکرو در حال رقابت با یکدیگر هستند. سختی سطحی ساچمه ها و قطعات بلبرینگ ها و بال اسکرو های فولادی برای برخی از برند های معتبر به 64 راکول نیز می رسد.

تاثیر برند بر لقی و تلرانس اجزای بال اسکرو

دو مفهوم لقی و تلارنس نه تنها در تعریف بال اسکرو ها بلکه در تعریف انواع یاتاقان بلبرینگ ها بکار گرفته می شود که مفهومی دقیق از دقت تولید می باشد. هر اندازه درجه لقی اجزای بال اسکرو بالاتر رود به این معناست که تحت تاثیر اعمال نیرو در جهت های مختلف ممکن است جابجایی هایی در اجزا صورت گرفته و بار بصورت یکنواخت بر روی ساچمه ها و اجزای بال اسکرو پخش نشده که خود عاملی برای ایجاد تمرکز تنش می باشد. یکی از ساده ترین روش ها در بررسی میزان دقت تولید و تلرانس حرکتی برند تولید کننده بال اسکرو ها می باشد. هر قدر برند تولید کننده شناخته شده تر باشد دقت در تولید بال اسکرو بال رفته و طبیعتا درجه لقی و تلرانس ابعادی نیز در آنها کاشه پیدا می کند.برند هایی مانند HIWIN جزو شناخته شده ترین برند های جهانی تولید کننده بال اسکرو می باشد که محصولاتی با حداقل تلرانس را به بازار عرضه می کند.

علاوه بر برند که با تکنولوژی تولید سر و کار داشته و بصورت مستقیم بر درجه لقی بال اسکرو ها سر و کار دارد نوع بال اسکرو که طبق استاندارد های اینچی ASTM تولید شده باشد و یا بر حسب استاندارد های بین المللی EN , ISO , DIN نیز بعنوان معیاری برای انتخاب بال اسکرو با در نظر گرفتن درجه لقی و دقت تولید می شود. در جدول بالا به این دقت ها پرداخته ایم.

آشنایی با ساختار اصلی بال اسکرو :

آشنایی با سختار اصلی بال اسکرو : بال اسکرو بمنظور انتقال قدرت استفاده می گردد ، چند نکته ضروری در مورد ساختار بال اسکرو عبارت است از ، بال اسکرو هیچ گونه بار شعاعی را تحمل نمی کند و نیروهای عمود بر بال اسکرو باید توسط ریل ها مهار بشود . نکته دیگر در مورد بال اسکرو این است که فقط در راستای محور تحمل نیرو دارد. نکته دوم این است که تمامی بارهای وارد بر بال اسکرو ، فقط باید در( یک سر بال اسکرو) مهار گردد . یکی از مهمترین بحث ها پیرامون انواع بال اسکرو مشخصات عددی و شرایط بارگذار استاتیک و دینامیک بر روی این قطعه صنعتی می باشد. مشخصات دینامیک و استاتیک بال اسکرو به قرار زیر هستند.

• محدوده بارگذاری استاتیک بال اسکرو برابر با حداکثر میزان بارگذاری است که به اجزای بال اسکرو در حالت ساکن می توان اعمال نمود بدونه اینکه شافت بال اسکرو از ناحیه تغییر فرم الاستیک خود خارج شود.
• حداکثر میزان بار دینامیکی است که برای حرکت 1 میلیون اینچ در دستگاه آمریکایی و برابر با یک میلیون دور بر روی شافت بال اسکرو تبیین شده است. در کاربری بال اسکرو ها عبور از حداکثر میزان بار دینامیک به هیچ وجه حتی در حرکت های کند نیز توصیه نمی شود.
• بار خطا میزانی برای سنجش دقت در اتصال و طراحی بال اسکرو ها محسوب می شود که در دستگاه بین المللی به ازای هر 300 میلیمتر و در دستگاه آمریکایی به ازای هر فوت مشخص می شود.
• پس زدگی برابر با میزان لغزش بین بلوک بال اسکرو و پیچ و شافت مرکزی می باشد. میزان لغزش کمتر نشان از تکنولوژی بالاتر تولید بال اسکرو می باشد.

مشخصه های اصلی اینچی و میلیمتری بال اسکرو ها در این چند مورد خلاصه نشده و برخی مشخصه ها تحت نام Optional input نیز وجود دارند که اهمیت آنها به شرایط کاری بستگی دارد.

دلایل از کار افتادن بال اسکرو

با توجه به اینکه بال اسکرو ها تحت تنش و بصورت محرک بر روی شافت های دوار عمل می کنند دلایل متعددی را برای از کار افتادگی، ایجاد صدا و ضربه و قفل شدن بال اسکرو ها می توان بر شمرد. برخی از مهمترین دلایل از کار افتادگی بال اسکرو ها بر حسب تجربه به قرار زیر هستند. با بررسی تک تک دلایل در زمان بروز اشکال در عملکرد بال اسکرو می توان به رفع ایرادات احتمالی پرداخت.

• عدم روانکاری مناسب بال اسکرو یکی از اصلی ترین دلایل از کار افتادگی این قطعه صنعتی می باشد. از دست دادن روان کننده و یا عدم روانکاری با نوع مناسب گریس یا روغن می تواند در انتقال حرارت مناسب در بال اسکرو ها نقص ایجاد کردن و سبب انبساط اجزای شود. علاوه بر این فیلم روغن روان کننده از سایش سطح به سطح فلز و فولاد ساختار بال اسکرو نیز جلوگیری به عمل می آورد.
• وجود پلیسه و آلاینده در قسمت مهره بال اسکرو سبب بسته شدن مسیر حرکت ساچمه ها شده و به قفل شدن و یا سفت شدن حرکت این قطعه می پردازد. سایش سطحی ساچمه ها و پیچ بال اسکرو پلیسه هایی را بهئهمراه دارد که در مدت طولانی با گریس و روان کننده ترکیب شده و نیاز به بازرسی و تمیزکاری دارد.
• انحراف از محور پیچ و بلوک بال اسکرو ه بر اثر اعمال نیروهای نا همگون بوجود می آید سبب سایش موضعی و تمرکز تنش شده که اجزای بال اسکرو را از حالت و شکل استاندارد خارج می کند. بلوک بال اسکرو تنها می بایست تحت تاثیر نیروهای محوری قرار گیرد.
• سرعت غیر مجاز اتصال بال اسکرو در واقع مانند دیگر انواع یاتاقان ها بال اسکرو ها نیز دارای یک حداکثر سرعت دورانی می باشند که اعمال سرعت بالاتر از سطح مجاز به از کار افتادگی و اختلال در عملکرد این یاتاقان صنعتی می انجامد.

در صورتیکه عامل ایجاد اختلال در عملکرد بال اسکرو ها سایش سطحی ساچمه ها باشند تعویض آنها با ساچمه هایی نو بهترین راهکار می باشد. در صورت ایجاد سایش موضعی در هر یک دیگر از اجزا ترجیح به تعویض کامل بال اسکرو می باشد.

اهمیت هوزینگ و ساپورت بال اسکرو

هوزینگ بال اسکرو از انواع BK و BF برای نصب افقی با پیچ استفاده می شود. یاتاقان های هوزینگ از نوع BK دارای یاتاقان تماس زاویه ای هستند ، و از آنها برای تثبیت محکم یک سر بال اسکرو در سمت موتور استفاده می شود ، این نوع هوزینگ را ثابت می نامند. یاتاقان های نگهدارنده بال اسکرو از نوع BF دارای یاتاقان شعاعی هستند که می توانند در زین محفظه در امتداد محور پیچ حرکت کنند ، این نوع تکیه گاه آزاد یا شناور نامیده می شود. ویژگی حرکت بلبرینگ به موازات محور BF رایگان برای جبران تغییرات طول پیچ در حین کار ضروری است. تغییر طول پیچ در حین عملیات تحت بار ناشی از انبساط حرارتی فلز و تغییر شکل الاستیک پیچ در امتداد محور چرخش آن است. در زیر می توانید کاتالوگ ابعاد و ویژگی های بلبرینگ های ثابت و رایگان برای بال اسکرو را مشاهده و بارگیری کنید.

هوزینگ از انواع FK و FF برای نصب عمودی بال اسکرو استفاده می شود. یاتاقانهای نگهدارنده از نوع FK تکیه گاههای ساپورت ثابت هستند که می توانند برای تثبیت یک پیچ پیچ در سمت موتور استفاده شوند. یاتاقان های هوزینگ و ساپورت بال اسکرو از نوع FF دارای یاتاقان شعاعی هستند که می توانند در زین محفظه در امتداد محور پیچ حرکت کنند. خاصیت حرکت بلبرینگ به موازات محور هوزینگ آزاد FF برای جبران تغییرات طول پیچ در حین کار تحت بار ضروری است. در طول عملیات عادی تحت بار پیچ ، تغییر شکل الاستیک و تغییر شکل برگشت پذیر حرارتی انجام می شود.