Tutarlı bir biçimde daha yüksek hızlarda çalışma kapasitesi, sıklıkla hareket sistemi tasarlayıcıların kılavuz vida yerine bilyalı vidaları tercih etmesinin nedenlerinden biri olarak öne çıkmaktadır. Ancak bilyalı vidaların da hız sınırlamaları vardır ve bunların anlaşılması, küçük laboratuvar sıvı pompalarından büyük baş üstü kızaklar ve yüksek performanslı makinelere kadar değişen bir aralıktaki uygulamalarda bilyalı vida tertibatı performansını optimize etmenize yardımcı olacaktır.
Bilyalı vidaların temelleri
Bir bilyalı vida tertibatı devridaim bilyalı yataklar ile bir vida ve bir somundan oluşur. Vida ile somun arasındaki bağlantı somun ve vida şaftında eşleşen bilya biçiminde dönen bilyalı yataklar ile sağlanır. Bu, kuvvetleri birçok rulman üzerine dağıtarak bilya başına nispeten düşük bir yük ve düşük bir sürtünme katsayısı uygulanmasını sağlar; bu da daha yüksek hızda çalışma kapasitesine katkıda bulunur (Şekil 1).
Şekil 1. Yük, şaft döndükçe dolaşan birden fazla rulmana dağıtıldığından, bilyalı vidaların sürtünme katsayısı düşüktür.
Vida ve somunun genellikle benzersiz devir/dakika limitleri bulunur, dolayısıyla, en etkili bilyalı vida tertibatının seçilmesinde bunların ikisine de dikkat edilmesi gerekir.
Maksimum devir/dakika değerini etkileyen bilyalı vida tasarım özellikleri
Maksimum devir/dakika değerini etkileyen birincil vida şaftı tasarım özellikleri uç montajı, vida kılavuzu ve vida çapıdır.
Her bilyalı vidada kritik hız olarak bilinen, vidanın aşırı titreştiği bir doğal frekans mevcuttur. Uygulama hızı kritik hız ile uyumlu olduğunda, vida da bununla uyumlu olarak titreşir (Şekil 2). Daha sonra vida içinde bulundan dengesizlikler buna uyum sağlayarak aşırı bükülme, eğilme, titreşim ve nihayetinde arızaya neden olur.
Şekil 2. Vida şaftı yüksek devir/dakika seviyelerinde titreyebilir
Uç montajı
Montaj seçenekleri şunları içerir: bir ucu itiş rulmanına sabitleme, her iki ucu yüzer rulmanlarda desteklemek, bir ucu sabitlerken diğerini bir yüzer rulmanda desteklemek veya her iki ucu da itiş rulmanlarına sabitlemek. En yüksek hızlara, bilyalı vidalar her iki uçtan da sabitlendiğinde ulaşılabilir. Sabit uçlar bükülme momenti yüklerine direnç gösterir, bu şekilde, bilyalı vida destek rulmanlarının düzlemlerine dik durumda kalmaya çalışır.
Ancak her iki uçtan sabitleme daha pahalı bir seçenek olabilir ve kurulumu, diğer montaj seçeneklerinden daha zor olabilir. Her iki uçtan da sabitleme yapıldığında, destek blokları arasındaki mesafe ayarlanamaz ve bu da montaj deliklerinin hizalanmasını zorlaştırabilir.
Vida kılavuzu
Daha yüksek kılavuzlar, somunu sabit giriş hızını benimseyerek vida boyunca daha hızlı hareket ettirme yoluyla doğrusal hızı artıracaktır. Sabit doğrusal hızda farklı kılavuzlu iki vida karşılaştırıldığında, daha yüksek olan kılavuz, giriş motor hızını düşürecektir. Ancak daha yüksek kılavuzlar, vidayı çevirmek için gereken torku artırır.
Vida çapı
Daha büyük çaplı vidalar, yük kapasitesini ve maksimum devir/dakika derecelendirmesini artırır. Daha küçük çaplı uzun vidaların devir/dakika değeri daha düşüktür. Aynı kılavuza sahip daha büyük çaplı vida, daha yüksek bir hız derecelendirmesine sahip olacaktır.
Maksimum devir/dakika değerini etkileyen bilyalı somun özellikleri
Bilyalı somunun maksimum devir/dakika değeri, bilyalı somunda dolaşımda olan bilyalı rulmanların hızıyla sınırlıdır. Bilyalı somunun maksimum devir/dakika değerini aşmak, bilya devridaim bileşenlerinde kalıcı hasara yol açabilir. Bilyalı rulmanlar kırılabilir veya geri getirme sisteminde sıkışmaya neden olabilir ve bu da birimin tamamının arızalanmasıyla sonuçlanabilir.
Üç büyük geri getirme sistemi türü mevcuttur: dahili, düğme ve harici (Şekil 2). Geri getirmelerin amacı, bilyalı rulmanların somun içinde devridaimini sağlamaktır. Geri getirme sisteminin tasarımı, somunun hız sınırlamaları üzerinde etki sahibidir. Harici geri getirme sistemleri, genellikle bilyalı geri getirme yoluna yönlendirmek için bilya oluğuna uzanan küçük bir parmakla donatılmıştır. Yüksek hızlarda, bu parmak kendisine çarpan bilyalı rulmanlardan esneyerek en sonunda kırılabilir. Düğme tipi ve dahili tasarımlar genellikle daha sağlamdır ve tipik olarak harici geri getirme sisteminden daha yüksek hızlarda çalışabilir.
Şekil 3. Üç tip bilyalı dönüş sisteminin karşılaştırması (soldan sağa): dahili, düğme ve harici.
Sonuç
Diğer tüm unsurlardansa hız için optimize edilmiş sistemlerde aşağıdakilerin gerekmesi muhtemeldir:
- Vida tertibatı için sabit uç destekleri
- Doğrusal hızın artırılması için daha yüksek kılavuzlar
- Yük kapasitesinin ve maksimum devir/dakika derecelendirmesinin artırılmasın için daha büyük çaplı vidalar.
- Bilyalı somunlar için dahili geri getirme sistemleri
Ancak yük özellikleri, konum doğruluğu, yinelenebilirlik, gereken ömür beklentisi, boyutsal kısıtlamalar, giriş gücü gereklilikleri, çevre koşulları ve mevcut bütçeyi içeren birçok faktör daha etkilidir.
Hızı etkileyen çoğu faktörün etkisi hesaplanabilir. Bilyalı vida üreticileri tipik olarak ürünleri için maksimum hız önerisinde bulunur ve fiziksel taviz unsurlarını hassas bir biçimde ölçmenize yardımcı olacak araçlar sağlar.
Bunun gibi 1” çaplı bir vida için maksimum hız, uzunluğa bağlı olarak büyük oranda değişiklik gösterecektir – 36” için 2938 devir/dakika ile 144” için 184 devir/dakika arasında değişecek şekilde (kritik hızın 'inde, basit destekler ile derecelendirilmiş). Değerlere Makine El Kitabından başvurulabilir. Görsel, Motion Industries'in izniyle kullanılmıştır.