Śruba pociągowa - Leadscrew

Trzy rodzaje gwintów stosowanych w śrubach pociągowych:
3 i 4: gwint wsporczy
5: gwint okrągły
6: gwint kwadratowy

Napęd DVD ze śrubą pociągową i silnikiem krokowym .

Napęd dyskietek ze śrubą pociągową i silnikiem krokowym.

Śruby pociągowej (lub śruba ), znany również jako śruby zasilania lub śruby translacji , jest śruba wykorzystywana jako łącznika w maszynie, aby przetłumaczyć toczenia ruch w ruchu liniowym . Ze względu na dużą powierzchnię styku ślizgowego między ich męskimi i żeńskimi elementami, gwinty śrubowe mają większe straty energii tarcia w porównaniu z innymi połączeniami . Nie są one zwykle używane do przenoszenia dużej mocy, ale raczej do przerywanego stosowania w mechanizmach siłownika i pozycjonera małej mocy. Śruby pociągowe są powszechnie stosowane w siłownikach liniowych , prowadnicach maszynowych (takich jak obrabiarki ), imadłach , prasach i podnośnikach . Śruby pociągowe są powszechnym elementem elektrycznych siłowników liniowych.

Śruby pociągowe są produkowane w taki sam sposób jak inne formy gwintów (mogą być walcowane, cięte lub szlifowane ).

Śruba pociągowa jest czasami używana z nakrętką dzieloną, zwaną również półnakrętką, która umożliwia odłączenie nakrętki od gwintu i przesunięcie osiowe, niezależnie od obrotu śruby, w razie potrzeby (np. w przypadku gwintowania jednopunktowego na tokarce ręcznej). Nakrętka dzielona może być również używana do kompensacji zużycia poprzez ściskanie części nakrętki.

Hydrostatyczne śruby pociągowej eliminuje wiele wad normalnej śruby pociągowej, o wysokiej dokładności pozycjonowania, bardzo niski współczynnik tarcia, i bardzo małe zużycie, ale wymaga ciągłego zasilania płynem o wysokiej ciśnienia i wysokiej precyzji produkcji prowadzi do wyraźnie większej niż koszt większości połączeń liniowa .

Rodzaje

Śruby napędowe są klasyfikowane według geometrii ich gwintu . Gwinty V są mniej odpowiednie dla śrub pociągowych niż inne, takie jak Acme, ponieważ mają większe tarcie między gwintami. Ich gwinty są zaprojektowane tak, aby wywoływać to tarcie, aby zapobiec poluzowaniu łącznika. Z drugiej strony śruby pociągowe są zaprojektowane tak, aby zminimalizować tarcie. Dlatego w większości zastosowań komercyjnych i przemysłowych unika się gwintów V w przypadku śrub pociągowych. Niemniej jednak, gwinty V są czasami z powodzeniem stosowane jako śruby pociągowe, na przykład w mikrotokarkach i mikrofrezarkach .

Kwadratowy gwint

Gwinty kwadratowe są nazywane po ich geometrii kwadratu. Są najbardziej wydajne , mają najmniejsze tarcie , dlatego często są używane do śrub przenoszących dużą moc. Ale są też najtrudniejsze w obróbce, a przez to najdroższe.

Gwint Acme / Gwint trapezowy

Śruba Acme

Gwinty Acme mają kąt gwintu 29° , który jest łatwiejszy w obróbce niż gwinty kwadratowe. Nie są tak wydajne jak gwinty kwadratowe, ze względu na zwiększone tarcie wywołane kątem gwintu. Gwinty Acme są na ogół również mocniejsze niż gwinty kwadratowe ze względu na ich trapezoidalny profil gwintu, który zapewnia większą nośność.

Wątek podporowy

Nici podporowe mają kształt trójkąta. Są one stosowane, gdy siła obciążenia na śrubę jest przykładana tylko w jednym kierunku. W tych zastosowaniach są tak wydajne, jak gwinty kwadratowe, ale są łatwiejsze w produkcji.

Zalety wady

Śruby pociągowe służą do podnoszenia i opuszczania przednich drzwi samolotu Boeing 747-8F Freighter.

Zalety śruby pociągowej to:

• Duża nośność
• Kompaktowy
• Prosty w projektowaniu
• Łatwy w produkcji; nie są wymagane specjalistyczne maszyny
• Duża przewaga mechaniczna
• Precyzyjny i dokładny ruch liniowy
• Gładkie, ciche i łatwe w utrzymaniu
• Minimalna liczba części
• Większość z nich jest samoblokująca (nie może być cofnięta)

Wadą jest to, że większość z nich nie jest zbyt wydajna. Ze względu na niską sprawność nie mogą być stosowane w aplikacjach ciągłego przesyłu mocy. Charakteryzują się również wysokim stopniem tarcia na nitkach, co może powodować ich szybkie zużycie. W przypadku gwintów kwadratowych należy wymienić nakrętkę; w przypadku gwintów trapezowych można zastosować nakrętkę dzieloną, aby skompensować zużycie.

Alternatywy

Alternatywy do uruchamiania za pomocą śruby pociągowej obejmują:

• Śruby kulowe i śruby rolkowe (czasami klasyfikowane jako typy śrub pociągowych, a nie w przeciwieństwie do nich)
• Energia płynów (tj. hydraulika i pneumatyka )
• Przekładniowe pociągi (np napędy ślimakowe , rack-i-tryb napędy)
• Uruchamianie elektromagnetyczne (np. solenoidy )
• Uruchamianie piezoelektryczne

Mechanika

Schemat „rozwiniętego” gwintu śrubowego

Moment obrotowy wymagany do podniesienia lub opuszczenia ładunku można obliczyć, „odwijając” jeden obrót gwintu. Najłatwiej jest to opisać dla gwintu kwadratowego lub przyporowego, ponieważ kąt gwintu wynosi 0 i nie ma wpływu na obliczenia. Rozwinięta nić tworzy trójkąt o kącie prostym, w którym podstawa jest długa, a wysokość jest ołowiem (na zdjęciu po prawej). Siła obciążenia jest skierowana w dół, siła normalna jest prostopadła do przeciwprostokątnej trójkąta, siła tarcia jest skierowana w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu (prostopadle do siły normalnej lub wzdłuż przeciwprostokątnej) i urojona siła „wysiłku” działa poziomo w kierunku przeciwnym do kierunku siły tarcia. Korzystając z tego wykresu swobodnych ciał, można obliczyć moment obrotowy wymagany do podniesienia lub opuszczenia ładunku: ${\ Displaystyle \ pi d_ {\ tekst {m}}}$

${\ Displaystyle T_ {\ tekst {podniesienie}} = {\ Frac {Fd_ {\ tekst {m}}} {2}} \ lewo ({\ Frac {l+ \ pi \ mu d_ {\ tekst {m}}} {\pi d_{\text{m}}-\mu l}}\right)={\frac {Fd_{\text{m}}}{2}}\tan {\left(\phi +\lambda \ dobrze)}}$

${\ Displaystyle T_ {\ tekst {niższy}} = {\ Frac {Fd_ {\ tekst {m}}} {2}} \ lewo ({\ Frac {\ pi \ mu d_ {\ tekst {m}}-l }{\pi d_{\text{m}}+\mu l}}\right)={\frac {Fd_{\text{m}}}{2}}\tan {\left(\phi -\lambda \dobrze)}}$

gdzie

• ${\ Displaystyle T}$ = moment obrotowy
• ${\ Displaystyle F}$ = obciążenie śruby
• ${\displaystyle d_{\tekst{m}}}$ = średnia średnica
• ${\ Displaystyle \ mu \,}$ = współczynnik tarcia (wspólne wartości znajdują się w sąsiedniej tabeli)
• ${\displaystyle l}$ = ołów
• ${\displaystyle \phi \,}$= kąt tarcia
• ${\ Displaystyle \ lambda \,}$ = kąt prowadzenia

Na podstawie równania można stwierdzić, że śruba jest samohamowna, gdy współczynnik tarcia jest większy od stycznej kąta natarcia. Równoważne porównanie ma miejsce, gdy kąt tarcia jest większy niż kąt wyprzedzenia ( ). Jeśli tak nie jest, śruba cofnie się lub opadnie pod ciężarem ładunku. ${\displaystyle T_{\tekst{niższy}}}$${\displaystyle \phi>\lambda}$

Efektywność

Sprawność obliczona przy użyciu powyższych równań momentu obrotowego wynosi:

${\ Displaystyle {\ mbox {wydajność}} = {\ Frac {T_{0}} {T_ {\ tekst {podniesienie}}}} = {\ Frac {Fl} {2 \ pi T_ {\ tekst {podniesienie}} }}={\frac {\tan {\lambda }}{\tan {\left(\phi +\lambda \right)}}}}$

Niezerowy kąt gwintu

W przypadku śrub o kącie gwintu innym niż zero, takich jak gwint trapezowy, należy to skompensować, ponieważ zwiększa siły tarcia. Poniższe równania uwzględniają to:

${\ Displaystyle T_ {\ tekst {podniesienie}} = {\ Frac {Fd_ {\ tekst {m}}} {2}} \ lewo ({\ Frac {l + \ pi \ mu d_ {\ tekst {m}}} sec {\alpha }}{\pi d_{\text{m}}-\mu l\sec {\alpha }}}\right)={\frac {Fd_{\text{m}}}{2}} \left({\frac {\mu \sec {\alpha }+\tan {\lambda }}{1-\mu \sec {\alpha }\tan {\lambda }}}\right)}$

${\ Displaystyle T_ {\ tekst {niższy}} = {\ Frac {Fd_ {\ tekst {m}}} {2}} \ lewo ({\ Frac {\ pi \ mu d_ {\ tekst {m}} \ s {\alpha }-l}{\pi d_{\text{m}}+\mu l\sec {\alpha }}}\right)={\frac {Fd_{\text{m}}}{2} }\left({\frac {\mu \sec {\alpha }-\tan {\lambda }}{1+\mu \sec {\alpha }\tan {\lambda }}}\right)}$

gdzie jest połowa kąta gwintu. ${\displaystyle \alfa \,}$

Jeśli śruba pociągowa ma kołnierz, na którym porusza się obciążenie, to siły tarcia między interfejsem muszą być również uwzględnione w obliczeniach momentu obrotowego. Dla poniższego równania zakłada się, że obciążenie jest skoncentrowane na średniej średnicy kołnierza ( ): ${\displaystyle d_{\tekst{c}}}$

Wykres wydajności kwadratowej śruby pociągowej w funkcji kąta wyprzedzenia dla różnych współczynników tarcia

${\ Displaystyle T_ {\ tekst {c}} = {\ Frac {F \ mu _ {\ tekst {c}} d_ {\ tekst {c}}} {2}}}$

gdzie jest współczynnikiem tarcia między kołnierzem na obciążeniu i jest średnią średnicą kołnierza. W przypadku kołnierzy z łożyskami oporowymi strata tarcia jest znikoma i powyższe równanie można zignorować. ${\ Displaystyle \ mu _ {\ tekst {c}}}$${\displaystyle d_{\tekst{c}}}$

Wydajność dla niezerowych kątów gwintu można zapisać w następujący sposób:

${\ Displaystyle \ eta = {\ Frac {\ cos \ alfa \ - \ \ mu \ tan \ lambda} {\ cos \ alfa \ + \ \ mu \ łóżeczko \ lambda}}}$

Współczynnik tarcia dla kołnierzy oporowych

Połączenie materiałów	Startowy ${\ Displaystyle \ mu _ {\ tekst {c}}}$	Bieganie ${\ Displaystyle \ mu _ {\ tekst {c}}}$
Miękka stal / żeliwo	0,17	0,12
Stal hartowana / żeliwo	0,15	0,09
Miękka stal / brąz	0,10	0,08
Stal hartowana / brąz	0,08	0,06

Prędkość biegu

Prędkość obrotowa śruby pociągowej (lub śruby kulowej) jest zazwyczaj ograniczona do co najwyżej 80% obliczonej prędkości krytycznej . Prędkość krytyczna to prędkość, która wzbudza częstotliwość drgań własnych śruby. W przypadku stalowej śruby pociągowej lub stalowej śruby kulowej prędkość krytyczna wynosi około

${\ Displaystyle N = {(4,76 \ razy 10 ^ {6}) d_ {\ tekst {R}} C \ nad L ^ {2}}}$

gdzie

• ${\ Displaystyle N}$ = prędkość krytyczna w obrotach na minutę
• ${\displaystyle d_{\tekst{r}}}$ = najmniejsza (korzeniowa) średnica śruby pociągowej w calach
• ${\ Displaystyle L}$ = długość między podporami łożyska w calach
• ${\ Displaystyle C}$ = 0,36 dla jednego końca stałego, jednego końca wolnego
• ${\ Displaystyle C}$ = 1,00 dla obu końców proste
• ${\ Displaystyle C}$ = 1,47 dla jednego końca ustalonego, jeden koniec prosty
• ${\ Displaystyle C}$ = 2,23 dla obu końców ustalone

Alternatywnie używając jednostek metrycznych:

${\ Displaystyle N = {\ Frac {Cd_ {\ tekst {R}} \ razy 10 ^ {7}} {L ^ {2}}}}$

gdzie zmienne są identyczne jak powyżej, ale wartości są w milimetrach i są następujące: ${\ Displaystyle C}$

• ${\ Displaystyle C}$ = 3,9 dla stałych podpór swobodnych
• ${\ Displaystyle C}$ = 12,1 dla obu końców obsługiwanych
• ${\ Displaystyle C}$ = 18,7 dla konstrukcji z podparciem stałym
• ${\ Displaystyle C}$ = 27,2 dla obu końców ustalone

Zobacz też

• Śruba kulkowa
• Dokładna śruba regulacyjna
• Śruba podnośnikowa

Bibliografia

Bibliografia

• Bhandari, VB (2007), Projektowanie elementów maszyn , Tata McGraw-Hill, ISBN 978-0-07-061141-2.
• Martin, Joe (2004), Obróbka stołowa: podstawowe podejście do wytwarzania małych części na miniaturowych obrabiarkach , Vista, Kalifornia, USA: Sherline, Inc., ISBN 978-0-9665433-0-8. Pierwotnie opublikowany w 1998; treść aktualizowana przy każdym nakładzie, podobnie jak w „poprawionej edycji”. Obecnie w czwartym nakładzie.
• Shigley, Józef E.; Mischke, Charles R.; Budynas, Richard Gordon (2003), Projekt Inżynierii Mechanicznej (7th ed.), McGraw Hill, ISBN 978-0-07-252036-1.

Linki zewnętrzne