บอลสกรู 4/BALL SCREW 4
การคำนวณเลือกขนาดบอลสกรูที่ใช้งานในแนวดิ่ง
Cartesian Coordinates type Robot Z Axis
เงื่อนไขในการออกแบบ
ข้อกำหนดแบบ
มวลชิ้นงานที่ต้องเคลื่อนที่ : m = 300 kgs
ระยะเคลื่อนที่มากสุด : Smax = 1500 mm
ความเร็วสูงสุด : Vmax = 10000 mm/min
ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งซ้ำ : 0.3 mm
อายุที่ต้องการ : Lt = 24000 h (16 ซม x 300 วัน x 5 ปี)
ระบบรองรับเพลา : Fixed = Simple Support
นัต : นัตเดี่ยวแบบหน้าแปลน
รางวิ่ง (ลูกกลิ้ง) : µ – 0.01 (สัมประสิทธิ์ความเสียดทาน)
มอเตอร์ขับ : AC Servo motor (Nmax = 1000 rpm)
สภาพแวดล้อม : มีฝุ่นเล็กน้อย
สภาวะการทำงาน
เลือกระดับความแม่นยำ
ตารางที่ 1 จะเห็นว่าไม่มีรายการที่เกี่ยวข้องกับระบบที่ออกแบบเลย จึงเลือกบอลสกรูรีด (Rolled Ball Screw) ซึ่งเป็นสต็อกมาตรฐานของผู้ผลิต โดยจะต้องมี
ความสามารถในการกำหนดตำแหน่งซ้ำ 0.3 mm
และรับมวลที่เคลื่อนที่ได้ 2940 N
เลือกลีด
จากความเร็วสูงสุดของ AC มอเตอร์
I≥V_max/N_max =10000/1000=10 mm
เลือกลีดที่โตกว่า 10 มม.
ตารางที่ 1 ระดับความแม่นยำของบอลสกรูและการใช้งาน
เลือกขนาดของบอลสกรู
ตารางที่ 3 เส้นผ่านศูนย์กลางที่มีลีดโตกว่า 10 มม. จะอยู่ในช่วง 12-50 มม.
เลือกระยะชัก
เส้นผ่านศูนย์กลางที่ใช้กับระยะเคลื่อนที่สูงสุด 1500 มม. อยู่ระหว่าง 15 มม. และ 50 มม. ผลเลือกขั้นต้น
ตารางที่ 4 ช่วงระยะชัก มากสุดของบอลสกรูรีดสต็อกมาตรฐาน
บอลสกรูรีดที่เป็นมาตรฐาน
ขนาดเพลา : 15~50 mm.
ลีด : 10 mm.
ระยะชัก : 1500 mm.
เลือกรายการที่ต้องการจากสต็อกมาตรฐาน
เลือกมาตรฐาน R series (บอลสกรูรีด) นัตเดี่ยวแบบหน้าแปลน
ขนาดเพลา : 15, 16, 20, 25, 32, 36, 40, 45, 50 มม.
ลีด : 10 mm
ระยะชัก : 1500 mm
ตรวจสอบความปลอดภัยพื้นฐาน
ตรวจสอบแรงในแนวแกนที่ยอมได้
ความเร่งในช่วงเวลาเร่งและลดความเร่งคือ
∝_1=V/(60 t_1 )=〖10×10〗^3/(60×0.2)=833 mm/s^2
=833 mm/s^2
ช่วง 1 . 6
F_1=mg-ma=2690 N
2 . 5
F_2=mg =2940 N
3 . 4
F_1=mg+ma=3190 N
Bucking Load
P = 3190 N, L = 1600 mm
จุดรองรบแบริ่งเป็นแบบ Fixde-Simple
จาก 〖_〗≥=[(P.L^2)/m×〖10〗^(-4)]¼ =[〖^〗/×〖^〗]¼
=16.8 mm
ตรวจสอบความเร็วรอบที่ยอมได้
ความเร็ววิกฤติ
N = 1000 rpm L = 1600 mm
d_r≥=〖N.L〗^2/f×〖10〗^(-7)=〖1000×1600〗^2/15.1×〖10〗^(-7)=17 mm
สำหรับกำหนดตำแหน่ง (เกรด C5 หรือสูงกว่า)
สำหรับขนส่งลำเลียง (เกรด Ct7) รุ่นมาตรฐาน
รุ่นความเร็วสูง d_m.n≤70000
d_m.n≤100000
สำหรับขนส่งลำเลียง d_m.n≤50000
ค่า dmn
จากตาราง d_m≤50000/n=50000/1000=50 mm
เลือกความยาวสกรู
L_s= ระยะชัก+ความยาวนัต+ระยะเผื่อ + ความยาวปลายเพลา
ความยาวภาคตัดสกรู
=1500+100+100+200=1900≤2000 mm
โดยปกติแล้วควรใช้อัตราส่วน L_s/d=((ความยาวสกรู))/((Ø เพลา))≤70
d≥L_s/d=1900/70=27.1
ต่อไปเลือกบอลสกรูรีดจากสต็อกมาตรฐาน ครั้งที่ 3
Ø เพลา : 32, 36, 40, 45, 50 mm
ลีด : 10 mm
ระยะชัก : 1500 mm
ตรวจสอบอายุ (พิกัดแรงพลวัตประเมิน) พิจาระณาความสามารถในการรับภาระจากสภาวะแรง
สภาวะการทำงาน ภาระในแนวแกน (N) ความเร็วรอบเฉลี่ย (rpm) เวลาที่ใช้(s)
1 . 6
2 . 5
3 . 4 F1 = 2690
F2 = 2940
F3 = 3190 N1 = 500
N2 = 1000
N3 = 500 t_a=1.4
t_b=13.0
t_c=1.4
F_m=[(F_1^3 N_1 t_a+F_2^3 N_2 t_b+F_3^3 N_3 t_c)/(N_1 t_a+N_2 t_b+N_3 t_c )]1/3
N_m=(N_1 t_a+N_2 t_b+N_3 t_c)/t=288 rpm
C_a≥(60N_m.〖L_t)〗_^(1/3) F_m.fw×〖10〗^2
=(60×288×24000)^(1/3)×2940×1.2×〖10〗^(-2)
= 26300 N
ตรวจสอบพิกัดแรงสถิตประเมิน
C_oa=F_max×f_3=3190×2=6380 N
เลือก บอลสกรูรีดที่เป็นสต็อกมาตรฐาน
ขนาดเพลา : 30 mrn
ลีด : 10 mm
ระยะชัก : 1500 mm
จำนวนกลับและวงจร : 2.5 x 2
ความยาวสกรู : 2000 mm
พิกัดแรงพลวัตประเมิน : 35700 N
นัต
เลือกนัตแบบหันหน้าแปลนพร้อมซีล (แบบมี brush-seals อยู่ภายใน) ขึ้นอยู่กับความจำเป็นและสภาพการใช้งาน ดังนั้นเลือกบอลสกรู ดังนี้
ชุดนัต RNFTL 3210 a5S
เพลาสกรู RS3210 A 20