instr'14, Remonty
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->Zbigniew WasiakĆw i c z e n i e nr 7 (14)BADANIE MECHANIZMU ZAMIANY RUCHU OBROTOWEGO NA PROSTOLINIOWYCelemćwiczeniajest poznanie rodzajów, budowy i działania nowoczesnego zespołu na-pędowego, stosowanego w napędach posuwu obrabiarek, jakim jestśrubowaprzekładniatoczna. Omówione będą równieŜ podstawowe sposoby łoŜyskowania przekładni i stosowanełoŜyska. W praktycznej częścićwiczeniastudenci nastawią i zmierzą wstępne napięcie nakrę-tek przekładni, obciąŜą ją siłą zewnętrzną i zmierzą obciąŜenia nakrętek oraz ich przemiesz-czenia względemśruby.Dokonają równieŜ pomiaru momentu tarcia nakrętek względemśrubydla kilku wartości sił wstępnego napięcia nakrętek.1. Budowaśrubowejprzekładni tocznejPodstawowymi elementami wchodzącymi w skład kaŜdejśrubowejprzekładni tocznej są:śruba„1” o specjalnym zarysie gwintu (p.rys.1), w obrabiarkach najczęściej jest to zarys łukukoła, dwie nakrętki „2” i „3” oraz elementy toczne, którymi są najczęściej kulki „4”. Zwojegwintuśrubyi nakrętek stykają się ze sobą nie bezpośrednio, lecz poprzez elementy toczne,dzięki czemu w przekładni występuje niemal tylko tarcie toczne, co przyczynia się do zmniej-szenia oporów jej ruchu w czasie pracy. Dla zapewnienia prawidłowej współpracy kulek zpowierzchniami gwintuśrubyi nakrętek, będącymi dla nich bieŜniami, małych odkształceńkulek i bieŜni oraz małych oporów ruchu, promienie łukowych bieŜniśrubyr2si nakrętki r2nsą o około 5% większe od promienia kulek r1(p.rys.1c), podobnie jak ma to miejsce w łoŜy-skach kulkowych.Średnicedwsdna gwintuśrubyoraz dzndna gwintu nakrętek są tak dobrane,Ŝekątαdziałania przekładni (p. rys.1c), czyli kąt pomiędzy prostą prostopadłą do osi prze-kładni a prostą łączącą punkty styku kulek z bieŜniami, wynosi około 45o. W czasie względ-nego ruchuśrubyi nakrętek (najczęściejśrubawykonuje ruch obrotowy a nakrętki ruch pro-stoliniowy wzdłuŜ osiśruby)kulki przetaczają się po bieŜniach gwintu i po jednym lub pokilku obiegach wokół osi przekładni powracają kanałem powrotnym „5” do połoŜenia począt-kowego. Dzięki temu kulki nie mogą wytoczyć się z przekładni i pracują w zamkniętym obie-gu. Nakrętki mogą mieć kilka kanałów powrotnych, a więc i kilka niezaleŜnych obiegów, zktórych kaŜdy moŜe obejmować kilka - zwykle 1 lub 3, zwojów gwintu. Kanał powrotny mo-Ŝebyć wewnętrzny (rys.1a) lub zewnętrzny (rys.1b). W pierwszym rozwiązaniu kulki „4”wchodząc do kanału powrotnego „5” przetaczają się między kolejnymi, sąsiednimi zwojami2gwintu po zewnętrznej powierzchniśruby„1”, nie tracąc z nią kontaktu. Pokazana na rys.1aprzekładnia zawiera 4 kanały powrotne „5” w kaŜdej z nakrętek, a więc i cztery niezaleŜneobiegi kulek. KaŜdy obieg kulek zamyka się w granicach jednego zwoju gwintu, poniewaŜRys.1.Budowaśrubowejprzekładnitocznej: a) z kanałem powrotnymwewnętrznym, b) z kanałem ze-wnętrznym, c) geometria gwintu zzarysem jednołukowymdrogi przemieszczania się kulek nie mogą się przecinać. Drugie rozwiązanie charakteryzujesię tym,Ŝekulki „4”, wchodzące do kanału powrotnego tracą kontakt ześrubą,zaś odpowied-nio ukształtowany kanał „5” znajduje się w korpusie nakrętki „2” lub na zewnątrz tego korpu-su. Kanał taki mają nakrętki, w których jeden obieg obejmuje kilka zwojów gwintu (najczę-ściejtrzy zwoje). Jednoobiegową przekładnię toczną z takimi kanałami powrotnymi przed-stawiono na rys.1b. Kanały te są wykonane we wkładkach 5, przytwierdzonych do korpusównakrętek „2”. Z uwagi na łukowy kształt bieŜni nakrętek iśrubyprzedstawioną przekładnięnazywa się przekładnią z zarysem jednołukowym.Jeśli w pokazanej na rys.1 przekładni nastąpi zmiana zwrotu osiowych sił „F” (p. rys.1c)to nakrętka przemieści się względemśrubyo wartość luzu „x+y”, wynoszącego kilka dziesią-tych części milimetra, a styk kulek z bieŜniami będzie następował nie w punktach „A-A”, leczw „B-B”. PoniewaŜ przekładnia taka, szczególnie w obrabiarkach sterowanych numerycznie,spełnia nie tylko rolę mechanizmu zamiany ruchu obrotowego na prostoliniowy lecz uczestni-czy najczęściej takŜe w pomiarze połoŜenia przemieszczanego zespołu (stołu, sań, suportu) towystępowanie takiego luzu jest niedopuszczalne. Aby zapobiec przemieszczaniu się nakrętekwzględemśrubyw granicach występującego luzu wprowadza się „wstępne napięcie” prze-kładni. W tym celu stosuje się dwie nakrętki „2” i „3”, rozdzielone pierścieniem „6” (p.rys.1a, 1b) i dociskane do niegośrubami„7”. Grubość pierścienia „6” dobiera się tak, aby za-23pewnić określoną wartość luzu lub wywołać wstępne odkształcenie kulek i bieŜni w punktach„A-A”. Usuwanie luzu i wstępne odkształcanie elementów przekładni nosi nazwę „napięciawstępnego”. WyraŜa się je najczęściej w jednostkach siły wzajemnego oddziaływania nakrę-tek na siebie, gdy przekładnia nie jest obciąŜonaŜadnąsiłą zewnętrzną. Wartość siły wstępne-go napięcia nakrętek powinna być dobrana tak, by przy działaniu największego zewnętrznegoobciąŜenia przekładni nie nastąpiło „otwarcie nakrętek”, równoznaczne ze spadkiem naci-sków w punktach „A-A” w jednej z nakrętek do zera i z pojawieniem się luzu w przekładni.Znanych jest co najmniej kilkanaście róŜnych mechanizmów umoŜliwiających wprowadzeniewstępnego napięcia nakrętek przekładni.Wprowadzenie wstępnego napięcia przekładni wymaga stosowania dwóch nakrętek, cowymaga zwiększenia długościśrubylub ogranicza drogę przemieszczania nakrętek i zespołumaszyny. W niektórych przypadkach nie moŜna stosować dwóch nakrętek. Aby wprowadzićwtedy wstępne napięcie stosując jedną tylkonakrętkę moŜna wykonać zarys gwintu jakodwułukowy, przedstawiony na rys.2. PomiędzybieŜnięśrubyi nakrętki wprowadza się wtedy„kulki nadwymiarowe”, które odkształcają sie-bie i bieŜnie w punktach styku „A-A” i „B-B”.Średnicekulek powinny być dobrane tak, byRys.2.Geometria gwintu z zarysem dwu-łukowymnastawiona siła wstępnego napięcia zapewniałaciągłe występowanie nacisków we wszystkichczterech punktach styku kulek z bieŜniami, czyli by nakrętka nie uległa „otwarciu”. W przy-padku zuŜywania się elementów przekładni wprowadzone napięcie będzie się zmniejszać i popewnym okresie eksploatacji przekładni konieczna będzie wymiana kulek na większe. Zatemnapięcie to moŜe być zmieniane tylko w sposób stopniowy. W przypadku przekładni przed-stawionej na rys.1 dla zmiany siły wstępnego napięcia nakrętek wystarczy zaś przeszlifowaniepierścienia „6” na odpowiedni wymiar grubości i ponowne skręcenie nakrętekśrubami„7”.PowaŜny problem w wykonaniu nakrętek przekładni stanowią kanały powrotne. Stawiasię im wysokie wymagania dotyczące dokładności wykonania. Powinny one wprowadzać kul-ki dokładnie w oś zarysu gwintu, mieć odpowiednie wymiary zapobiegające zakleszczaniu sięw nich kulek jak i zapewniać łagodne zmiany kierunku prowadzenia kulek. MoŜna jednakzbudować taką przekładnię bez kanału powrotnego.Śrubamusi być wtedy wielozwojna, a conajmniej trzyzwojna. Nakrętkę stanowi zaś tuleja z pierścieniowymi rowkami (wybraniami),34rozstawionymi w odległości równej podziałce gwintuśruby.Przekładnię taką przedstawia rys.3. Przekładnia tazawiera trzyzwojnąśrubę„1”, kulki „2” oraz „nakrętkꔄ3”, nie z rowkami gwintowymi lecz z rowkami pier-ścieniowymi.W kaŜdej płaszczyźnie przekroju promie-Rys.3.Śrubowaprzekładniatoczna bez kanału po-wrotnegoniowego rowka nakrętki moŜna umieścić liczbę kulekrówną zwojności gwintuśruby.Liczba kulek jest wtedyokoło 10 razy mniejsza niŜ w przekładni pokazanejwcześniej, zatem mniejsza jest jej nośność i sztywność, stąd taka przekładnia nie znajdujeszerszego zastosowania w budowie obrabiarek. Przekładnia ta nie wymaga jednak stosowaniakanału powrotnego, a kulki nie wytaczają się z nakrętki, bowiem nie posiada ona rowka gwin-towego.Śruboweprzekładnie toczne budują przede wszystkim znane firmy łoŜyskowe np. japoń-skie f-my NSK, THK, niemieckie FAG, INA. W Polsce producentem takich przekładni jestFabryka Obrabiarek Precyzyjnych „AVIA”. Znane są równieŜ inne przekładnieśrubowetocz-ne. Np. f-ma SKF buduje przekładnie planetarne, w których zamiast kulek pomiędzyśrubąinakrętkami (nakrętką) znajdują się rolki, wykonujące ruch obiegowy wokół osiśruby,podob-nie jak satelity w mechanizmie planetarnym. Wymiary elementów takiej przekładni i zwojno-ścigwintów moŜna wtedy dobrać tak by rolki nie wytaczały się z nakrętek, zatem nie ma po-trzeby stosowania „kanałów powrotnych”. Katalogi takich przekładni będą dostępne do wglą-du w czasie zajęć.Śruboweprzekładnie toczne znane są juŜ od ponad stu lat. Początkowo znalazły zastoso-wanie w budowie mechanizmów kierowniczych cięŜkich pojazdów. Dziś stosowane są przedewszystkim w napędach posuwu obrabiarek dokładnych i sterowanych numerycznie. Ponadtoznane są ich zastosowania w budowie mechanizmu podnoszenia i opuszczania szyb samocho-dowych, w budowie przyrządów pomiarowych i transportowych, w lotnictwie i w nawigacji.2. Zalety i wadyśrubowejprzekładni tocznejStosowanieśrubowychprzekładni tocznych w budowie obrabiarek zostało wymuszonekoniecznością bezluzowej pracy mechanizmów napędowych, uczestniczących jednocześnie wpomiarze połoŜenia przemieszczanego zespołu. Ich zalety, w porównaniu do przekładniśli-zgowych, wynikają ze zmniejszenia tarcia pomiędzy elementami wykonującymi ruch względ-ny, a to dzięki prawie całkowitemu wyeliminowaniu tarciaślizgowegoi zastąpieniu go tar-ciem tocznym. Zalety te są następujące:45- małe straty energii i małe nagrzewanie się przekładni. Ma to znaczenie szczególnie wtedygdy przekładnia realizuje szybkie przesuwy, wolne ruchy robocze i ruchy ustawcze,- wysoka sprawność, dla stosowanych skoków iśrednicgwintu wynosi ona ponad 0,9, nato-miast dlaśrub ślizgowych0,2 do 0,4. Porówna-nie sprawności obu przekładni przedstawiarys.4,- prawie zupełna niezaleŜność siły tarcia toczne-go od prędkości ruchu, co wraz z małą warto-Rys.4.Porównanie sprawności przekładniśrubowych- tocznej iślizgowej,wowy zespołu maszyny, nawet przy bardzo ma-przy zamianie ruchu obrotowego naprostoliniowyłej jego prędkości (brak skłonności do stick-ściątej siły zapewnia równomierny ruch posu-slipu),- moŜliwość całkowitego usunięcia luzu pomiędzyśrubąi nakrętkami oraz wywołaniawstępnego napięcia elementów składowych. Zapewnia to znaczną sztywność przekładnioraz moŜliwość uzyskania duŜej dokładności ustalania połoŜenia stołów, sań lub suportówmaszyn,- wysoka trwałość i niezawodność, podobnie jak łoŜysk tocznych.Do wad omawianej przekładni moŜna zaliczyć:- konieczność bardzo dokładnego wykonania i utwardzania (powyŜej 60HRC) powierzchnibieŜni nakrętek iśruby.Przy małejśrednicy śrubyi znacznej jej długości zwiększa to kosz-ty wykonania, a ponadto producenci ograniczają długościśrubw zaleŜności odśrednicyiwymaganej dokładności gwintuśruby,- brak samohamowności. Szczególnie gdy przekładnia napędza zespoły po prowadnicachusytuowanych pionowo to konieczne jest stosowanie blokad uniemoŜliwiających samo-czynne opadanie zespołu.3. Odkształcenia zespołuśrubowejprzekładni tocznejJak wspomniano wyŜejśrubowaprzekładnia toczna najczęściej spełnia w obrabiarce po-dwójną rolę. SłuŜy ona do zamiany ruchu obrotowego na prostoliniowy i jednocześnie uczest-niczy w pomiarze połoŜenia przemieszczanego zespołu. Przykład takiego zastosowania prze-kładni w obrabiarce sterowanej numerycznie ilustruje schemat napędu posuwu z rys.5a. Wtym przypadku silnik „2” o ruchu obrotowym napędzaśrubę,która nadaje saniom 3 ruch pro-stoliniowy wzdłuŜ osiśruby.Pomiar przemieszczenia zespołu „3” odbywa się metodą pośred-5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]