Operação de alta velocidade do parafuso de bola do limiar invisível: análise de velocidade crítica e programa de avanço
I . Velocidade crítica: a "linha de aviso" da transmissão de alta velocidade
Ball Screws have a critical threshold value when rotating at high speed -- critical speed. When the rotational speed is close to or exceeds this value, the screw will be due to its own uneven mass distribution and structural vibration characteristics, triggering violent lateral shaking. This vibration leads to increased ball and rail impacts, which can not only cause accuracy to plummet from the O nível de mícrons para o nível de dez microns, mas também pode diminuir drasticamente a vida útil do parafuso e até causar falhas no equipamento ., por exemplo, em centros de usinagem de alta velocidade, se a velocidade do parafuso exceder o valor crítico, a superfície da usinagem pode parecer óbvia padrão de vibração, a taxa de sucata aumentou significativamente.}
Segundo, os principais fatores que afetam a velocidade crítica
(1) o comprimento e a espessura do parafuso
Quanto mais tempo o parafuso, menor o diâmetro, menor a velocidade crítica . isso é como um pólo de bambu fino, mais fácil de agitar .
(2) rigidez do suporte
Quanto mais rígido o suporte nas duas extremidades do parafuso, maior a velocidade crítica . simplesmente coloque:
O método de suporte com uma extremidade fixo e uma extremidade pendurada é a mais instável e tem a menor velocidade crítica;
Ambas as extremidades são firmemente fixadas da maneira mais rígida, nas mesmas condições, a velocidade crítica pode ser 5-10 vezes maior que a anterior .
(3) Precisão de fabricação e propriedades do material
A precisão insuficiente do processamento (como a superfície do parafuso não é lisa, resíduo de tensão interna) ou uma má rigidez material, fará com que a redução de velocidade crítica ., por exemplo, o uso da fibra de carbono reforçada com o material de liga de alumínio, mais leve que o aço tradicional, mais rígido, mais rígida, pode ser aumentada em mais de 40%{2}}
Terceiro, como determinar se está próximo da velocidade crítica?
(1) Método de monitoramento de vibração
Observe a mudança de vibração quando o parafuso estiver funcionando através do medidor de vibração a laser ou tocando manualmente:
Ao funcionar em baixa velocidade normal, a vibração é suave sem agitação óbvia;
Perto da velocidade crítica, a vibração repentinamente se intensificará e até o ruído anormal (como alta frequência "assobia") pode ser ouvido .
(2) Teste de Velocidade - Precisão
Aumente gradualmente a velocidade do parafuso, ao testar a precisão do posicionamento:
Se a precisão se deteriorar repentinamente (E . g . o original ± 0 . 005 mm O erro de posicionamento aumenta para ± 0,05 mm), significa que a velocidade crítica foi abordada ou excedida.
Iv . estratégias práticas para romper a velocidade crítica
(1) fortalecer a estrutura de suporte
Rolamentos de atualização: Adote rolamentos aerostáticos ou rolamentos de levitação magnética para suportar os parafusos de uma maneira não contact, o que reduz o desgaste mecânico e melhora a rigidez ao mesmo tempo ., por exemplo, os rolamentos aerostáticos podem formar a 10- micron-thick-shick filmes, dobrando a velocidade crítica.}
Projeto fixo nas duas extremidades:Garante que os parafusos sejam firmemente montados nas duas extremidades, reduzindo o comprimento da saliência, o que é especialmente adequado para equipamentos de longo prazo .
(2) otimização da estrutura do parafuso
Design de espessamento ou seção transversal variável: Aumente o diâmetro na parte média do parafuso que é fácil de vibrar para melhorar a rigidez geral ., por exemplo, espessando a parte média do parafuso de 30 mm para 40 mm pode aumentar a velocidade crítica em 30%.
Oco e leve:Use estrutura oca ou material de fibra de carbono para reduzir a inércia rotacional e aprimorar o amortecimento (reduzir a amplitude da vibração) .
(3) Processo avançado de fabricação e equilíbrio
Processo de equilíbrio dinâmico de precisão:O equipamento profissional é usado para ajustar o balanceamento dinâmico do parafuso para manter a desigualdade em um nível muito baixo (E . g ., abaixo de 5 gramas/mm/kg) para evitar vibração excêntrica ao girar .}
Processamento de alta precisão:Verifique se a rugosidade da superfície (e . g . ra menor ou igual a 0 . 4 mícron) e coaxialidade (escala radial ＜ 0,005 mm) dos parafusos para reduzir o atrito e o impacto durante a operação.
(4) Controle de vibração ativa
Algoritmo inteligente de prevenção de vibração:Através do monitoramento em tempo real dos dados de velocidade e vibração pelo sistema de controle, a estratégia de aceleração e desaceleração do motor é ajustada automaticamente para pular o intervalo de velocidade crítico ., por exemplo, ao abordar a velocidade crítica, deixe o equipamento reduzir brevemente a velocidade através de .
Supressão de vibração em cerâmica piezoelétrica:A folha de cerâmica piezoelétrica é instalada no assento de suporte, quando a vibração é detectada, a folha de cerâmica gera imediatamente a vibração reversa para compensar a ressonância e o controle de precisão pode ser de até 0 . 001 milímetros.
V . casos de aplicação práticos
(1) Atualização de máquina-ferramenta CNC de alta velocidade
A máquina de moagem de pórtico de uma fábrica usa um parafuso tradicional 1.5-} metro de comprimento, com uma velocidade crítica de 15, 000 rpm e uma velocidade máxima de alimentação de 45 metros/minuto ., substituindo o suporte fixo em ambas as extremidades, foi necessário que o pano foi o que foi aumentado e a aermeter e adotar a aeróstica.}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} A velocidade da alimentação excedeu 70 m/min, a eficiência da usinagem foi aumentada em mais de 50%e o ruído de vibração foi reduzido em 15 dB .
(2) otimização do mecanismo de servo da aviação
O parafuso em um equipamento de aviação precisa ser executado em alta velocidade em um ambiente de vácuo, e a velocidade crítica do design original é de 20, 000 revoluções / min, que não podem atender à demanda . ao adotar o parafuso de titânio oco, o minuto de levitação magnético, o minuto, a velocidade crítica e a vibração de 50,000}} revoluções de soco / revolução000}}}}} Passando no Extreme Environment Test .
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