Uvod
Navojna vretena u industrijskim primjenama i dalje daju dokazane rezultate kada se koriste za odgovarajući dizajn i pravilno održavaju. Pouzdano podižu, pozicioniraju, podržavaju i drže industrijska opterećenja. Nakon što se razumije dizajn vretena i potrebe za primjenom, jednostavno je ugraditi ih u industrijske sisteme za pakiranje, liftove za održavanje, rukovanje materijalom, svemirsku tehnologiju, itd.
Dizajn navojnog vretena
Osnovne komponente navojnih vretena uključuju vijak za podizanje, prijenosnik i aksijalni ležaj.
Korištenjem ovih komponenti, vreteno se može ugraditi u tri funkcionalna dizajna:
- za pravolinijsko kretanje,
- sa ključem za ne-rotaciju i
- sa ključem za pokretnu maticu (KFTN – Keyed for Traveling Nut)
Razumijevanje svakog dizajna osnovno je za odabir najboljeg vretena za određene primjene. Kada se odabere dizajn vretena, mogu se izvršiti proračuni za specifična svojstva zupčanika i nosivost.
Dizajn navojnog vretena za pravolinijsko kretanje
Navojna vretena za pravolinijsko kretanje su najčešće i idealna za pojedinačne i višestruke sisteme navojnih vretena. Ovim dizajnom gonjeni puž djeluje na unutrašnji zupčanik koji pokreće vijak za podizanje kako bi se produžio i uvukao. Kako se vijak za podizanje kreće kroz tijelo dizalice, inherentno okretanje vijka sprečava se pričvršćenim teretom ili montažnom konstrukcijom, koja je učvršćena i odupire se rotaciji.
Kako bi se spriječila rotacija vijaka obično se pričvršćavaju opterećenja koristeći jednu od sljedećih tehnika:
- Teret je pričvršćen na fiksnu ploču ili zavaren na vrh vijka za podizanje. Višestruka navojna vretena pričvršćena na jednu ploču za teret sprečavaju rotaciju vijka.
- Teret je navrnut na obrađene navoje na kraju vijka.
- Vanjske vodilice koriste se za podupiranje tereta i sprečavanje neželjenog okretanja.
Dizajn navojnog vretena sa ključem za ne–rotaciju
Neka opterećenja ne sprečavaju okretanje vijaka za podizanje. To zahtijeva dizajn navojnog vretena za ne–rotaciju. Za vreteno sa vijcima, ključ, pričvršćen na kućište vretena i umetnut u utor za urezivanje urezan u dužinu vijka za podizanje, prisiljava vijak da se kreće bez rotacije. Budući da se vijak ne može rotirati u odnosu na kućište vretena, dizajneri moraju paziti da montažne rupe ili orijentaciju čahure usklade s opterećenjem na koje će biti pričvršćen.
Rjeđe se koriste od vretena za pravolinijsko kretanje, jer su dostupni samo za mašinska navojna vretena. Vretena s kugličnim vijcima i ključem rijetko se koriste, a drugačiji dizajn koristi se kako bi se ograničilo okretanje vijka za podizanje.
Dizajneri bi trebali razmotriti upotrebu navojnih vretena za sljedeće vrste primjena:
- Primjene s jednim priključkom gdje se teret može okretati.
- Primjene s jednim ili više vretena koje zahtijevaju da se vijak za podizanje produži da zadovolji opterećenje. Na primjer, produženje vijka za podizanje prema gore kako bi se uhvatio teret.
Dizajn navojnog vretena sa ključem za pokretnu maticu (KFTN)
KFTN vretena (koja se ponekad nazivaju i rotirajuća navojna vretena) imaju vijak za podizanje koji je pričvršćen na zupčanik kao jedna cjelina, što prisiljava vijak da se okreće umjesto da se kreće pravolinijski. Priključna matica s prirubnicom, pričvršćena na teret, pokreće se okretanjem vijka za podizanje. Ova vrsta dizalice idealna je za primjene kojima je potreban nosač u ravni.
Dizajneri prilikom dizajniranja KFTN vretena moraju u obzir uzeti sljedeće:
- Dizajn mora odgovarati ukupnoj dužini vijka za podizanje od baze vretena do kraja vijka.
- Vretena montiraju u ravni s površinom za montiranje.
- Drugi završetak rotirajućeg vijka obično je montiran na nosač ležaja kako bi se smanjilo trenje na tom kraju.
Vijci za podizanje
Vijci za podizanje mogu biti mašinski ili kuglični.
Mašinski vijci najbolji su za sporo, rijetko kretanje, a njihova efikasnost je obično 30% do 40%. To se može činiti niskim, ali upravo neefikasnost čini većinu mašinskih vijaka samozaključavajućim, uklanjajući potrebu za kočnim motorima i drugim vanjskim uređajima za zaključavanje. Kapacitet dizanja zajedno s inherentnom neefikasnošću i nižom cijenom najveće su prednosti, čineći ih jednostavnim, robusnim i isplativim rješenjem za podizanje.
Kuglični vijci, koji su obično 90% efikasni, omogućavaju brže i češće rukovanje vretenima u koja su ugrađeni uz manje snage od njihovih mašinskih vijaka. Imaju dodatnu prednost izračunatog vijeka trajanja za svoje kuglične ležajeve. Ovaj pokazatelj dolazi statističkim izračunom. Devedeset posto kugličnih matica ispunit će ili premašiti izračunati vijek trajanja pri određenom opterećenju. Vretena s kugličnim vijcima nisu samoblokirajuća i potrebni su kočni motori.
Set unutrašnjih zupčanika
U upotrebi su dvije vrste setova unutrašnjih zupčanika: pužni i konusni.
Pužni zupčanici su najčešće korišteni, a projektni kapaciteti mogu se kretati od nekoliko stotina kilograma do nekoliko stotina tona. Sve veličine obično su dostupne u nekoliko omjera prijenosa, kako bi se omogućila optimizacija brzine i pogonskog momenta za svaku primjenu.
Pri odabiru motora za napajanje, treba imati na umu da se ocjene efikasnosti daju za određeni ulazni broj obrtaja u minuti. Rad navojnih vretena pužnog prijenosnika pri malim brzinama može zahtijevati veći moment.
Spiralni konusni zupčanici koriste se u statičkim kapacitetima do 100 tona. Nude povećanu efikasnost reduktora pri okretanju unutrašnje matice ili navojnog vretena. Konusna vretena povezana sa mašinskim vijcima općenito zadržavaju svoje samozaključavanje zbog neefikasnosti mašinskog vijka.
Kada se setovi koničnih zupčanika spajaju s kugličnim vijcima, efikasnost se povećava omogućavajući im gotovo kontinuiranost radnih ciklusa. Uz to, za razliku od pužnih zupčanika, spiralni konusni zupčanici imaju predvidljiv životni vijek.
Upravljanje navojnim vretenom
Ručno podešavanje navojnog vretena obično zahtijeva 3 do 100 obrtaja na ulaznoj osovini za svaki centimetar linearnog hoda. To se razlikuje od vretena do vretena, zavisno od omjera prijenosa i vijka. Kako se opterećenja povećavaju, ulazni moment potreban za njihovo pomicanje proporcionalno se povećava. Ručno podizanje nekih tereta može zahtijevati dodatno smanjenje brzine, što će zahtijevati još više obrtaja po centimetru hoda. Dizajneri moraju uzeti u obzir veličinu tangencijalne sile potrebne na prečniku ručnog točka.
Većina vretena pokreće se indukcijskim motorima naizmjenične struje, koji nude veliki obrtni moment koji je poželjan za rad navojnih vretena. Uz motore naizmjenične struje, sisteme navojnih vretena često pokreću servo motori, hidraulični motori i pneumatski motori. Slijedite upute proizvođača kako biste dimenzionirali ove motore.
Većina konstrukcija nije kruta i može se pojaviti neravnomjerna raspodjela opterećenja. Važno je to razumijeti tokom instalacije sistema jer relativni položaji neopterećenih vretena možda neće odgovarati stvarnom opterećenju svakog vretena.
Jednostavan test za raspodjelu tereta je provjera radne temperature svakog vretena dok se teret kreće. Na primjer, u sistemu s četiri vretena, dva vretena u suprotnim uglovima mogu raditi na 150⁰ F, dok su vretena u suprotnim uglovima na samo 80⁰F. Sigurno se može pretpostaviti da dva koji rade na višim temperaturama podupiru veći dio tereta, a ostala dva jednostavno pružaju ravnotežu. Da biste promijenili ovu situaciju, jednostavno otpustite i zakrenite neke spojnice kako biste prilagodili relativni položaj vretena tako da podnose jednake dijelove opterećenja sistema.
Efekat vodiča je još jedan faktor koji treba uzeti u obzir u dizajnu sistema. Često se koriste vodiči kako bi se spriječio prijenos bočnog tereta na navojno vreteno. Ispravno dizajnirani sistemi vodilica neće dodati značajnije opterećenje. Međutim, loše dizajnirani sistemi vodilica mogli bi povećati otpor, povećavajući zahtjeve za snagom sistema.
Opcije montaže
Odabir vrste montaže zavisi od konfiguracije i načina pričvršćivanja na teret i nepokretni okvir.
Dostupni prostor ograničit će izbor konfiguracije. Kod izvedbe za pravolinijsko kretanje ili izvedbe sa ključem za ne–rotaciju, vreteno se može postaviti ispod tereta, a postolje se obično postavlja na nepokretni okvir. Ispod tijela vretena mora postojati udubljenje kako bi prihvatio uvučeni vijak.
U izvedbi s ključem za pokretnu maticu (KFTN), podnožje vretena postavlja se na čvrstu površinu, a slobodni kraj obično je poduprt u ležaju prirubnice. Dizajneri trebaju osigurati prostor za vijak za fiksiranje, zakretanje i podizanje.
Postoje posebne mogućnosti ugradnje za nosače s dvostrukim cijevima ili nosačima kada vretena moraju raditi po luku. Ove su opcije najprikladnije za sisteme s jednim vretenom s kraćim dužinama putovanja.
Za višestruke sisteme vretena koja se kreću po luku ili kada je potreban dugi uspon potrebna su dodatna razmatranja o dizajnu.
Tipični raspored sistema
Pojedinačna vretena često su dovoljno jaka da podignu potreban teret. Međutim, podrška velikom opterećenju obično zahtijeva drugačiji pristup. Većina sistema navojnih vretena sastoji se od više vretena povezanih nizom osovina i mitralne kutije (služe za vođenje sredstava za rezanje prilikom izrade preciznih rezova), što pomaže pojednostaviti sinhronizaciju kretanja vretena. Slika ispod, prikazuje tipični sistem pužnih vijaka s pužnim prijenosnikom. Imajte na umu da su za kompletiranje ovog sistema potrebne mitralne kutije.
Sistemi s više vretena koji koriste konične zupčanike zahtijevaju manje komponenti. Vretena se mogu postaviti na uglove sistema, eliminirajući potrebu za mitralnim kutijama. Pri odabiru više koničnih zupčanika za međusobno povezan sistem, dizajneri moraju obratiti pažnju na rotaciju izlazne osovine kako bi osigurali da se vretena složno podižu i spuštaju. Da bi se to postiglo, vretena s lijevim navojem naizmjenično se izmjenjuju s vretenima koja imaju desni navoj. Pogledajte sliku ispod.
Dodatna razmatranja
Dizajneri moraju uzeti u obzir izvijanje stupca. Za procjenu izvijanja stupca potrebno je uzeti u obzir prečnik vijka, dužinu hoda, veličinu tereta i način podupiranja. Za primjenu se ponekad mogu odabrati vretena većeg kapaciteta, jer imaju vijke za podizanje većeg prečnika i mogu izdržati opterećenja veće dužine hoda bez izvijanja.
Ostali faktori poput brzine hoda i radnog ciklusa ponekad dolaze u obzir kod dimenzionisanja vretena za veća opterećenja i kraće vrijeme ciklusa.
Zaključak
Ovaj vodič je namijenjen inženjerima i dizajnerima kako bi brzo „prošli“ kroz postupak odabira pravilnog dizajna vretena, tipa vijka za podizanje i odabira seta zupčanika. Primjena ovih temeljnih principa u praksi poboljšat će efikasnost gotovog dizajna.
Sažetak
Navojna vretena i dalje nude robusna rješenja u modernoj industriji. Izgrađena sa samo tri primarne komponente, nude jednostavnost dizajna i beskrajno su prilagodljive za podizanje i postavljanje svega, od transportera i ergonomskih dizala, do solarnih panela i antena Zemaljske stanice.
Ključ postizanja dokazanih rezultata pomoću navojnih vretena u modernoj industriji je razumijevanje osnova. Pozivamo vas da ponovno pogledate jednostavne i pouzdane principe dizajniranja vijaka koji i dalje donose iznimne rezultate.
Pomoću osnovnih dijelova prijenosnika, aksijalnog ležaja i vijka za podizanje, vretena su ugrađena u tri izvedbe.
Naučite kada odabrati dizajn: za pravolinijsko kretanje, s ključem za ne–rotaciju ili s ključem za pokretne matice (KFTN), te kada odabrati mašinski vijak ili kuglični vijak i koji je odabir zupčanika najbolji: pužni ili konusni zupčanik.
Shvatite kako vretena djeluju u sistemima i kako ih pravilno montirati. Saznajte šta pametni dizajneri traže i izbjegavaju pri dimenzionisanju vijaka.
Originalan članak možete pročitati na linku.
