play_arrow درباره بالسکرو

(نمایش توضیحات) (بستن توضیحات)

بال اسکرو یا بالسکرو چیست؟

بال اسکرو (Ball screw) یک محرک خطی مکانیکی است که حرکت چرخشی معمولا از یک موتور را با اصطکاک و سایش کم به حرکت خطی تبدیل می کند. علت کم بودن اصطکاک استفاده از ساچمه های غلتشی در داخل آن است. بال اسکرو مانند سیستم پیچ و مهره می باشد که در آن مهره با چرخش بر روی شفت رزوه شده به عنوان پیچ می تواند جلو و عقب شود. 
به طور کلی مجموعه بال اسکرو شامل یک پیچ و یک مهره است که هر دو دارای شیارهای مارپیچ (رزوه) منطبق برهم هستند. ساچمه هایی بین این شیارها می چرخند که تماس بین مهره و پیچ را کاهش می دهند.  بال اسکروها اغلب اولین انتخاب برای کاربردهای حرکت خطی هستند. 
در بال اسکرو ساچمه ها، حرکت غلتشی را بین محور پیچ و مهره انجام می دهند که باعث افزایش راندمان بالای (در حدود ٪۹۰) بال اسکرو می شود. در مقایسه با یک پیچ و مهره معمولی (مثلا لیداسکرو Lead screw)، این محصول دارای گشتاور حرکتی یک سوم یا کمتر و دقت و موقعیت یابی بالاتری است که آن را برای صرفه جویی در قدرت موتور محرک مناسب تر می کند. 

اجزای بال اسکرو

اجزای بال اسکرو بصورت زیر می باشد:

(َA) ساچمه

(B) شافت (پیچ) بال اسکرو

(C) مهره بال اسکرو

(D) آببند یا گردگیر

(E) مسیر چرخش ساچمه ها

کاربردهای بال اسکرو

بال اسکروها معمولاً برای کاربردهایی مناسب هستند که نیاز به حرکت مداوم و طولانی مدت با سرعت و دقت بالا دارند.
از محرک های خطی بال اسکرو بیشتر در ساخت ماشین ابزار استفاده می شود. به طور مثال تغذیه و حرکت سریع در ماشین های تراش و فرز که در آن چرخش به یک حرکت خطی برای قرار دادن ابزار و قطعات کار تبدیل می شود. بال اسکرو به ویژه در ماشین‌آلات CNC، فرمان برقی خودرو، ربات‌ها و تجهیزات مونتاژ دقیق، تجهیزات تولید نیمه‌هادی‌ها و در صنایع هوایی و موشکی و دیگر دستگاه‌های تولید در صنایع کاربرد دارد.

مزایا بال اسکرو نسبت به لید اسکرو (Lead screw)

لید اسکرو مجموعه ای از یک مهره و یک پیچ است که حرکت چرخشی مهره بر روی رزوه های پیچ باعث تبدیل حرکت چرخشی به خطی می شود. بال اسکرو سیستم مشابهی دارد با این تفاوت که بین مهره و پیچ ساچمه های بکار رفته است که مزایای زیر را منتج میشود:

• عدم وجود اصطکاک لغزشی بین مهره و پیچ بدلیل وجود ساچمه ها که باعث افزایش طول عمر بال اسکرو نسبت به لید اسکرو می شود و زمان خرابی، تعمیر و تعویض قطعات را کاهش می دهد و همچنین باعث می شود تا گرمای کمتری تولید کنند.
• بازده مکانیکی، سرعت و دقت بالاتر در مقایسه با لید اسکرو
• امکان تحمل بارهای سنگین

لید اسکرو ساچمه ندارد، ولی بین مهره و پیچ در بال اسکرو ساچمه های ریزی قرار دارد.

معایب بال اسکرو نسبت به لید اسکرو (Lead screw) 

• عدم کارکرد مناسب در حالت عمودی به دلیل اصطکاک کم و سر خوردن آن بر اثر نیروی جاذبه
• نیاز به یک سیستم جداگانه به منظور توقف 
• نیاز به روغن‌کاری مداوم و منظم برای حفظ دقت بالا و روان‌سازی
• نیاز شدید به محافظت در برابر ذرات گرد و غبار 
•  نامطلوب بودن برای ماشین ابزارهای دستی 
• قیمت و هزینه بسیار بالاتر نسبت به لیداسکرو

لقی یا پس زنی (Backlash) بالسکرو چیست؟

به حرکت اضافی، یا بازی کردن و یا عقب جلو شدن مهره بر روی بالسکرو در جهت محور گفته میشود، وقتی که مهره یا بالسکرو هیچ کدام نچرخند. وقتی گفته میشود که ماکزیمم لقی بالسکرو 0.001 اینچ می باشد، این بدان معنا است که مهره بر روی بالسکرو به اندازه 0.001 می تواند عقب جلو شود بدون هیچ گونه چرخش مهره و یا بالسکرو.

تفاوت بالسکرو تک مهره و بالسکرو دو مهره چیست؟

در ساده ترین حالت، مهره در بالسکرو دو مهره  (Double Nut) از دو مهره تکی تشکیل شده است که نسبت به هم تحت کشش قرار دارند. این کشش معمولا با یک فاصله دهنده یا پرکننده (Spacer) بین دو مهره ایجاد می شود. کشش ایجاد شده باعت می شود که مهره و اسکرو فقط در دو نقطه با یکدیگر در تماس باشند به آن تماس دو نقطه (Two-point contact) گفته می شود. این در حالی است که در بالسکرو تک مهره (Single Nut)، مهره و اسکرو در چهار نقطه با یکدیگر تماس دارند که به آن تماس چهار نقطه (Four-point contact) گفته می شود. وجود تماس چهار نقطه باعث ایجاد لغزش بین مهره و بالسکرو می شود که این باعث ایجاد گرما و همچنین سایش می گردد. بنابراین انتظار می رود که تماس چهار نقطه در بالسکرو تک مهره باعث کاهش طول عمر آن نسبت به بالسکرو دو مهره گردد.

مقایسه بالسکرو تک مهره  (راست) و بالسکرو دو مهره (چپ)

مورد مهم دیگر این است که تصور می شود بالسکرو دو مهره چون دو مهره دارد می تواند بار بیشتری را تحمل کند. اما این باور نادرست است و بالسکرو دو مهره ظرفیت تحمل بار بالاتری نسبت به بالسکرو تک مهره ندارد. چون فشار ناشی از spacer بین دو مهره، آنها را به دو جهت مخالف بر روی محور فشار میدهد، همواره فقط یکی از مهره ها باری که به بالسکرو وارد می شود را تحمل میکند. بنابراین مقدار باری که بالسکرو دو مهره تحمل می کند هم اندازه بالسکرو تک مهره می باشد.

مزیت مهم بالسکرو دو مهره نسبت به بالسکرو تک مهره این است که بدلیل فشاری که فاصله دهنده به دو مهره وارد می کند باعث می شود که لقی مهره ها نسبت به بالسکرو تک مهره کم تر باشد. در نتیجه بالسکرو دو مهره برای کاربردهایی که نیاز به دقت بالا موقعیت یابی و لقی بسیار کم دارند مثل دستگاه های تراش سی ان سی با محور C مناسب می باشند.

روش های اولیه چرخش مجدد ساچمه در بالسکرو

از نظر طراحی، مهمترین معیار هنگام انتخاب مجموعه بال اسکرو، روشی است که برای چرخش مجدد ساچمه های حامل باراستفاده می شود. روش چرخش ساچمه یک عامل تعیین کننده برای نرمی حرکت و اندازه مجموعه مهره اسکرو است. همچنین تأثیر قابل توجهی بر حداکثر سرعت پیچ یا مقدار DN بر اساس طراحی مکانیزم برگشت و توانایی کنترل نیروهایی که هنگام تغییر سرعت و جهت مهره ها ایجاد می شود دارد.

سه روش اولیه چرخش ساچمه وجود دارد:

1.گردش خارجی:

ویژگی ها:

• طراحی بار سنگین برگشت خارجی، راه حل بهتری برای بار سنگین و سرعت بالا.
• طراحی کم نویز.
• بدون لقی، استحکام بالا.

کاربرد:

صنعتی با سرعت بالا، ماشین ابزار دقیق، کاربرد CNC و کاربرد الکترونیکی.

2.گردش داخلی:

هنگامی که مهره ها در طول چرخش مجدد در محفظه مهره باقی می مانند، این چرخش داخلی مهره در نظر گرفته می شود. دو روش اصلی برای دستیابی به گردش مجدد داخلی وجود دارد - استفاده از منحرف کننده ها یا استفاده از کلاهک های انتهایی.

با چرخش مجدد از طریق منحرف کننده ها، مهره ها در طول قطر بال اسکرو بلند می شوند و به مسیر مجاورهدایت می شوند. این طراحی دارای یک منحرف کننده در هر مدار مهره است که آن را به ویژه برای مجموعه های بال اسکرو با سرب های کوچک مناسب می کند. همچنین یک مهره توپی بسیار فشرده را برای کاربردهایی که فضا در آن ها مورد توجه قرار می گیرد، تولید می کند.

 

ویژگی ها:

• طراحی گردش داخلی باعث صرفه جویی در فضای بیشتری می شود.
• دقت بالا تضمین شده است.
• بدون لقی، استحکام بالا.

کاربرد:

برای کاربری های حساس درصنعت، ماشین ابزار و کاربرد اتوماسیون

3.گردش داخلی از طریق درپوش انتهایی:

مهره های فولادی توسط کلاهک های انتهایی که در هر انتها نصب شده اند، دوباره به گردش در می آیند. تونل های چرخش مهره در داخل مهره ساخته شده اند.

برای مجموعه‌های بال‌اسکرو که معمولاً با سرعت‌های بالاتر کار می‌کنند، درپوش‌های انتهایی بهترین گزینه برای چرخش مجدد مهره هستند. در این روش، مهره دارای یک سوراخ در طول خود است که در هر انتهای این مهره درپوش های انتهایی قرار دارد. کلاهک‌های انتهایی، توپ‌ها را از روی یک سر مهره برمی‌دارند و آن‌ها را در انتهای مقابل به داخل مسیر حرکت هدایت می‌کنند.

این طرح چرخشی کمتر برای تولید انبوه مناسب است و می تواند گرانتر از طرح های چرخش خارجی باشد.

ویژگی ها:

• طراحی برگشت درپوش انتهایی، سرعت بالا، نویز کم، مقدار Dm*N بالا.
• طراحی بازگشت منحصر به فرد حفظ صافی حتی با سرب بالا.
• طراحی ضد گرد و غبار پیشرفته.
• بدون لقی، استحکام بالا.

کاربرد:

برای کاربرد با سرعت بالا، فرز CNC، کاربرد دقیق، اتوماسیون کارخانه و صنعت پزشکی.

مقدار Dm*N

برای جلوگیری از رسیدن فرکانس طبیعی پیچ به رزونانس که سرعت بحرانی را ایجاد می کند، لازم است سرعت چرخش مجاز بال اسکرو (زیر 80 درصد سرعت بحرانی) را بررسی کنید.

 مقدار Dm*N سرعت چرخش مجاز را نشان می دهد که عبارت است از قطر دایره مرکزی توپ فولادی* سرعت چرخش  (rpm)  این رابطه سرعت محیطی را نیز بیان می کند.

نحوه انتخاب بالسکرو:

برای انتخاب بال اسکرو مناسب  بررسی الزامات اولیه ی سیستم نیاز است. از جمله‌ی این بررسی های اولیه می توان به دقت قرارگیری و مکان یابی، وزن کل بار، حداکثر سرعت سیستم و طول مسیر حرکت مورد نظر و تکرار پذیری سیستم و .. اشاره کرد.

از عوامل مهم در انتخاب بال اسکرو میتوان به موارد زیر اشاره کرد‪:

• میزان بار مکانیکی که قرار است بر سیستم اعمال شود‪.
• ‫دقت مورد نیاز
• ‫تجهیزات مورد نیاز برای جاسازی و نصب
• ‫شرایط محیطی محل استفاده

برندها معروف بال اسکرو در بازار ایران TBI Motion، HIWIN ،THK و KURODA می باشد.