Tornillo de bola Operación de alta velocidad del umbral invisible: análisis de velocidad crítica y programa innovador
I . Velocidad crítica: la "línea de advertencia" de la transmisión de alta velocidad
Los tornillos de bola tienen un valor umbral crítico cuando giran a alta velocidad -- Velocidad crítica . Cuando la velocidad de rotación está cerca o excede este valor, el tornillo se debió a su propia distribución de masa desigual y características de vibración estructural, lo que provoca un agitación lateral violente {}}} esta vibración conduce a un aumento de la balanza y los impactos de riel de la bald Desde el nivel de microna hasta el nivel de diez micrones, pero también puede acortar drásticamente la vida útil del tornillo e incluso causar falla del equipo . Por ejemplo, en centros de mecanizado de alta velocidad, si la velocidad del tornillo excede el valor crítico, la superficie de mecanizado puede parecer un patrón de vibración obvio, la velocidad de recortes aumentó significativamente.
En segundo lugar, los factores centrales que afectan la velocidad crítica
(1) La longitud y el grosor del tornillo
Cuanto más largo sea el tornillo, más pequeño es el diámetro, menor es la velocidad crítica . es como un polo de bambú delgado, más fácil es más fácil de sacudir .
(2) Rigidez del apoyo
Cuanto más rígido sea el soporte en ambos extremos del tornillo, mayor es la velocidad crítica . simplemente pon:
El método de soporte con un extremo fijo y colgante de un extremo es el más inestable y tiene la velocidad crítica más baja;
Ambos extremos se fijan firmemente de la manera más rígida, en las mismas condiciones, la velocidad crítica puede ser 5-10 veces más alta que la primera .
(3) Precisión de fabricación y propiedades del material
La precisión insuficiente del procesamiento (como la superficie del tornillo no es suave, el residuo de estrés interno) o la pobre rigidez del material, hará que la reducción de la velocidad crítica ., por ejemplo, el uso de material de aleación de aluminio reforzado con fibra de carbono, más ligero que el acero tradicional, más rígido, la velocidad crítica se puede aumentar en más del 40%.}
Tercero, ¿cómo determinar si está cerca de la velocidad crítica?
(1) Método de monitoreo de vibraciones
Observe el cambio de vibración cuando el tornillo se ejecuta a través del medidor de vibración láser o toca a mano:
Cuando se ejecuta a baja velocidad normal, la vibración es suave sin agitación obvia;
Cerca de la velocidad crítica, la vibración se intensificará repentinamente, e incluso se puede escuchar el ruido anormal (como el "silbido" de alta frecuencia) .
(2) Velocidad - Prueba de precisión
Aumente gradualmente la velocidad del tornillo, mientras prueba la precisión del posicionamiento:
Si la precisión se deteriora repentinamente (E . G . El error original ± 0 . 005 mm de posicionamiento aumenta a ± 0.05 mm), significa que la velocidad crítica se ha acercado o excedida.
IV . Estrategias prácticas para romper la velocidad crítica
(1) Fortalecer la estructura de soporte
Rodamientos de actualización: Adopte los rodamientos aerostáticos o los rodamientos de levitación magnética para soportar los tornillos de una manera no contacta, que reduce el desgaste mecánico y mejora la rigidez al mismo tiempo . Por ejemplo, los rodamientos aerostáticos pueden formar una película de aire 10- espeluznante, duplicando la velocidad crítica {}}}
Diseño fijo en ambos extremos:Asegura que los tornillos estén firmemente montados en ambos extremos, reduciendo la longitud del voladizo, que es especialmente adecuado para equipos de accidente cerebrovascular .
(2) Optimización de la estructura del tornillo
Diseño de sección transversal de engrosamiento o variable: Aumente el diámetro en la parte media del tornillo que es fácil de vibrar para mejorar la rigidez general . Por ejemplo, engrasar la parte media del tornillo de 30 mm a 40 mm puede aumentar la velocidad crítica en un 30%.
Hueco y liviano:Use estructura hueca o material de fibra de carbono para reducir la inercia rotacional y mejorar la amortiguación (reducir la amplitud de vibración) .
(3) Proceso avanzado de fabricación y equilibrio
Proceso de equilibrio dinámico de precisión:El equipo profesional se utiliza para ajustar el equilibrio dinámico del tornillo para mantener la desigualidad a un nivel muy bajo (E . G ., por debajo de 5 gramos/mm/kg) para evitar vibraciones excéntricas al girar .}
Procesamiento de alta precisión:Asegúrese de la rugosidad de la superficie (E . G . RA menos o igual a 0 . 4 micrones) y la coaxialidad (resplandor radial ＜ 0.005 mm) de los tornillos para reducir la fricción y el impacto durante la operación.
(4) Control de vibración activa
Algoritmo de evitación de vibración inteligente:A través del monitoreo en tiempo real de los datos de velocidad y vibración por parte del sistema de control, la estrategia de aceleración del motor y desaceleración se ajusta automáticamente para omitir el intervalo de velocidad crítico ., por ejemplo, al acercarse a la velocidad crítica, deje que el equipo reduzca brevemente la velocidad a través de .
Supresión de vibración cerámica piezoeléctrica:La hoja de cerámica piezoeléctrica se instala en el asiento de soporte, cuando se detecta la vibración, la hoja de cerámica genera inmediatamente la vibración inversa para compensar la resonancia, y el control de precisión puede ser de hasta 0 . 001 nivel de milímetro.
V . Casos de aplicación práctica
(1) Actualización de la máquina herramienta CNC de alta velocidad
A factory's gantry milling machine uses a 1.5-meter-long traditional screw, with a critical speed of 15,000 rpm and a maximum feed speed of 45 meters/minute. By replacing the fixed support at both ends, thickening the screw diameter and adopting aerostatic bearings, the critical speed was increased to 30,000 rpm, the feed La velocidad superó los 70 m/min, la eficiencia del mecanizado aumentó en más del 50%y el ruido de vibración se redujo en 15 dB .
(2) Optimización del servo mecanismo de aviación
El tornillo en un equipo de aviación debe funcionar a alta velocidad en un entorno de vacío, y la velocidad crítica de diseño original es 20, 000 revoluciones / min, que no pueden satisfacer la demanda . mediante la adopción de la aleación de titanio Hueck + soporte de levitación magnética, la velocidad crítica excede 50, {{5} revoluciones / minuto, y la vibración de la vibración se controla a la 5 m / 5 m / 5. ², pasando con éxito la prueba de entorno extremo .
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