Bagaimana cara mengukur kekakuan bantalan ulir bola?

Kekakuan sekrup bola mempengaruhi keakuratan posisi, stabilitas pemesinan, dan respons sistem gerak linier di bawah beban aksial. Namun, nilai yang diukur pada sumbu rakitan tidak ditentukan oleh mur bola saja. Poros sekrup, bantalan pendukung, rumah bantalan, braket mur, dan perlengkapan uji semuanya dapat berkontribusi pada perpindahan terukur.

Oleh karena itu, mengukur kekakuan aksial sekrup bola memerlukan lebih dari sekadar menerapkan gaya dan mencatat nilai perpindahan tunggal. Arah pembebanan, pramuat, kondisi pemasangan, suhu dan deformasi alat uji juga harus dikontrol.

Apa itu Kekakuan Aksial Sekrup Bola?

Kekakuan aksial menggambarkan ketahanan rakitan sekrup bola terhadap perpindahan elastis di bawah beban aksial. Dalam rentang beban tertentu, dapat dinyatakan sebagai:

Kekakuan sekrup bola biasanya dinyatakan dalam N/μm atau N/mm. Nilai yang lebih tinggi berarti perpindahan elastis yang lebih kecil terjadi pada beban aksial yang sama.

Hubungan beban-perpindahan pada kontak bola-ke-alur tidak linier sempurna. Oleh karena itu, kekakuan biasanya harus dilaporkan untuk rentang beban tertentu dan bukan sebagai satu nilai universal. Tergantung pada tujuan pengujian, teknisi dapat menggunakan:

• Kekakuan garis potong:perubahan beban dibagi dengan perubahan perpindahan total selama selang waktu tertentu.
• Kekakuan tangen:kemiringan lokal kurva beban-perpindahan pada beban operasi tertentu.

Komponen Yang Mempengaruhi Kekakuan Terukur

Ketika sumbu sekrup bola lengkap diuji, hasil yang diukur mewakili gabungan kekakuan beberapa komponen:

• Mur sekrup bola dan kontak bola-ke-balapan
• Ekstensi aksial atau kompresi poros sekrup
• Susunan bantalan sisi tetap dan sisi pendukung
• Rumah mur dan braket pemasangan
• Rumah bantalan dan struktur mesin
• Perlengkapan pengujian, sel beban, dan pengaturan pemasangan sensor

Elemen-elemen ini berperilaku kira-kira seperti pegas yang dihubungkan secara seri. Kekakuan aksial gabungan dapat diwakili oleh:

Hal ini menjelaskan mengapa sumbu rakitan mungkin memiliki kekakuan yang jauh lebih rendah daripada nilai kekakuan teoritis yang tercantum untuk mur bola saja.

Pengujian Beban Statis

Pembebanan aksial statis adalah metode paling langsung untuk mengukur kekakuan sekrup bola. Sekrup bola dipasang pada perlengkapan uji atau dalam susunan mesin sebenarnya, dan gaya aksial terkontrol diterapkan saat perpindahan yang dihasilkan dicatat.

Peralatan Diperlukan

• Kerangka uji yang kaku
• Perangkat pemuatan hidrolik, pneumatik, digerakkan oleh sekrup atau elektromekanis
• Sel beban yang dikalibrasi
• LVDT, sensor perpindahan laser, atau indikator dial resolusi tinggi
• Sensor suhu ketika efek termal dapat mempengaruhi hasil

Prosedur Tes yang Direkomendasikan

1. Pasang sekrup bola pada susunan penyangga yang diinginkan.Catat apakah menggunakan pemasangan tetap–tetap, didukung tetap, atau tetap–bebas.
2. Sejajarkan sumbu pemuatan.Gaya yang diterapkan harus konsentris dengan sumbu sekrup untuk mencegah tekukan agar tidak dimasukkan dalam pembacaan perpindahan.
3. Pasang sensor perpindahan dekat dengan antarmuka yang diukur.Mengukur seluruh komponen perlengkapan yang tidak perlu akan menambah deformasi pada hasilnya.
4. Terapkan beban tempat duduk kecil.Hal ini membantu menyelesaikan kontak dan mengurangi kesalahan yang disebabkan oleh penempatan yang tidak lengkap atau jarak pemasangan.
5. Muat rakitan secara bertahap.Catat gaya dan perpindahan pada setiap langkah tanpa melebihi beban operasi yang ditentukan atau beban aksial yang diijinkan.
6. Bongkar rakitan dengan jumlah yang sama.Membandingkan kurva bongkar muat dapat mengungkapkan reaksi balik, histeresis, gesekan, atau pergerakan pada perlengkapan.
7. Ulangi pengujian dengan arah aksial yang berlawanan.Hasil dua arah penting untuk mengevaluasi preload dan jarak bebas aksial.
8. Hitung kekakuan pada rentang beban yang relevan.Kisaran yang dipilih harus sesuai dengan beban kerja mesin yang sebenarnya.

Bagaimana Menafsirkan Kurva Beban–Perpindahan

Sekrup bola yang dimuat sebelumnya biasanya menghasilkan kurva perpindahan beban yang mulus dengan perpindahan yang relatif kecil di dekat titik pembalikan beban. Zona mati yang terlihat di sekitar beban nol mungkin menunjukkan jarak bebas aksial, bagian pemasangan yang longgar, atau pergerakan antara mur dan braketnya.

Jika kurva bongkar muat tidak mengikuti jalur yang sama, perbedaannya adalah histeresis. Kemungkinan penyebabnya termasuk gesekan segel, resistensi pelumas, sedikit ketidaksejajaran, pengendapan kontak, atau deformasi dalam struktur pemasangan.

Karena kekakuan berubah seiring dengan beban, laporan pengujian harus mencakup kurva beban-perpindahan lengkap jika memungkinkan. Setidaknya harus menyatakan:

Kekakuan dan satuan yang diukur

Kisaran beban yang digunakan untuk perhitungan

Arah pemuatan

Model sekrup bola dan kondisi pramuat

Panjang sekrup dan posisi mur

Susunan bantalan pendukung

Suhu pengujian dan kondisi pelumasan

Memisahkan Kekakuan Sekrup Bola Dari Deformasi Perlengkapan

Kesalahan pengukuran yang umum adalah memperlakukan pergerakan total kerangka uji sebagai deformasi sekrup bola. Bahkan perlengkapan yang tampak kaku pun dapat membelok karena beban aksial yang besar.

Kesesuaian perlengkapan dapat ditentukan melalui kalibrasi atau dengan menguji komponen referensi dengan kekakuan yang jauh lebih tinggi. Perpindahan perlengkapan pada setiap beban kemudian dapat dikurangkan dari total perpindahan terukur:

Untuk poros mesin rakitan, sensor juga dapat diposisikan pada antarmuka berbeda untuk mengidentifikasi di mana perpindahan terjadi. Misalnya, pengukuran antara poros sekrup dan rumah mur lebih berfokus pada rakitan mur, sedangkan pengukuran pergerakan meja relatif terhadap dasar mesin mencakup seluruh struktur umpan.

Pengujian Kekakuan Dinamis

Pengujian statis mengevaluasi deformasi di bawah beban yang diterapkan secara perlahan. Pengujian dinamis digunakan ketika getaran, resonansi, dan respons servo penting. Rakitan dapat digerakkan menggunakan palu tumbukan, pengocok, atau masukan motor yang dikontrol saat gaya, percepatan, atau perpindahan diukur.

Analisis modal dapat mengidentifikasi frekuensi natural, redaman dan bentuk mode. Namun, frekuensi alami saja tidak memberikan kekakuan sekrup bola kecuali massa bergerak efektif dan kondisi batas juga diketahui. Untuk sistem derajat kebebasan tunggal yang disederhanakan:

Di Sini,Madalah massa efektif danF_Nadalah frekuensi natural. Sistem umpan sekrup bola yang sebenarnya biasanya memiliki beberapa mode getaran, sehingga hasil dinamis harus diinterpretasikan menggunakan model sistem yang sesuai.

Estimasi Analitik

Kekakuan sekrup bola juga dapat diperkirakan sebelum pengujian fisik. Perhitungannya dapat mencakup deformasi kontak Hertzian antara bola dan lintasan, deformasi aksial poros sekrup, kekakuan bantalan pendukung, dan deformasi struktur pemasangan.

Analisis elemen hingga dapat berguna untuk mengevaluasi rumah dan braket yang kompleks, namun keakuratannya bergantung pada kondisi kontak realistis, sifat material, beban awal, dan kondisi batas. Oleh karena itu, nilai analitis harus diverifikasi terhadap data uji ketika akurasi posisi sangat penting.

Faktor-Faktor Yang Harus Dikontrol Selama Pengujian

Pramuat dan Jarak Bebas Aksial

Preload mengurangi jarak bebas aksial dan meningkatkan kekakuan mur dengan mempertahankan kontak antara bola dan raceways. Namun, beban awal yang berlebihan akan meningkatkan gesekan, timbulnya panas, dan beban internal, yang dapat memperpendek masa pakai. Kondisi pramuat yang digunakan selama pengujian harus sesuai dengan kondisi pengoperasian yang diinginkan.

Panjang Sekrup dan Posisi Mur

Poros sekrup meregang atau menekan di bawah beban aksial. Kontribusinya terhadap perpindahan total meningkat seiring dengan panjang poros efektif dan menurun seiring dengan bertambahnya diameter akar. Akibatnya, kekakuan yang diukur dengan mur di dekat salah satu ujung sekrup mungkin berbeda dengan kekakuan yang diukur pada posisi lain.

Bantalan Pendukung

Jenis, susunan dan beban awal bantalan pendukung secara langsung mempengaruhi kekakuan sistem. Susunan tetap-tetap umumnya berperilaku berbeda dari pemasangan tetap-didukung atau pemasangan tetap-bebas. Kekakuan rumah bantalan dan kesesuaian ujung poros juga harus dipertimbangkan.

Persediaan DLY cocokunit pendukung sekrup bolauntuk ujung poros dan pengaturan pemasangan yang berbeda.

Suhu

Perubahan suhu dapat mengubah beban awal, panjang sekrup, dan kesesuaian bantalan. Biarkan peralatan perakitan dan pengukuran mencapai suhu stabil sebelum pengujian. Suhu juga harus dicatat ketika membandingkan pengukuran yang dilakukan pada waktu yang berbeda.

Pelumasan

Pelumasan memiliki pengaruh langsung yang lebih besar terhadap gesekan, suhu dan histeresis dibandingkan dengan kekakuan elastis dasar komponen baja. Untuk mendapatkan hasil yang berulang, gunakan pelumas yang ditentukan dan jaga agar jenis, jumlah, dan distribusi pelumas tetap konsisten di antara pengujian.

Kesimpulan

Cara paling praktis untuk mengukur kekakuan aksial sekrup bola adalah dengan menerapkan beban aksial terkontrol dan mencatat perpindahan yang sesuai di kedua arah. Hasil yang akurat memerlukan penyelarasan yang cermat, sensor beban dan perpindahan yang dikalibrasi, rentang beban yang ditentukan dengan jelas, dan kompensasi untuk deformasi perlengkapan.

Ketika sumbu umpan lengkap diukur, hasilnya mewakili gabungan kekakuan mur bola, poros sekrup, bantalan pendukung, braket, dan struktur mesin. Komponen-komponen ini harus dievaluasi secara terpisah ketika kekakuan yang diukur lebih rendah dari yang diharapkan.

Untuk pemilihan sekrup bola, opsi pramuat, atau persyaratan pemesinan ujung poros, lihat DLYrentang sekrup bolaatau kirimkan kepada kami diameter sekrup, timah, kayuhan, beban, dan pengaturan pemasangan Anda.

← Kembali ke Blog DLY