عامل الأمان للبرغي الكروي ذي الرصاصة الكبيرة

يتطلب تحديد عامل الأمان للمسمار الكروي ذو الرصاص الكبير أكثر من مجرد تقسيم حمل الفشل الفردي على حمل العمل العادي. يجب فحص سعة التحميل الثابتة، وعمر الكلال، وانبعاج العمود، والسرعة الحرجة، وسرعة دوران الكرة، وعزم دوران المحرك بشكل منفصل.

في هذه المقالة، يشير مصطلح "البرغي ذو الرصاص الكبير" إلى اللولب الكروي ذو الحركة الخطية الكبيرة نسبيًا لكل دورة. تتعامل DLY بشكل عام مع الخيوط التي يبلغ طولها 10 مم وما فوق كخيارات عالية الرصاص. تختلف طريقة حساب المسمار اللولبي المنزلق شبه المنحرف أو ACME ولا ينبغي خلطها مع طريقة اللولب الكروي الموضحة أدناه.

لماذا لا يكفي عامل أمان واحد؟

تستخدم أوضاع الفشل المختلفة سعات تحميل وطرق حساب مختلفة. قد يكون لدى اللولب الكروي سعة تحميل ثابتة كافية ولكنه لا يزال غير مناسب لأن عموده يمكن أن يتشابك، أو أن سرعة دورانه تقترب من السرعة الحرجة أو أن عمر الكلال المحسوب قصير جدًا.

الخطوة 1: حساب الحد الأقصى للحمل المحوري

الخطوة الأولى هي تحديد أعلى قوة محورية قد يتعرض لها اللولب الكروي. لا تستخدم فقط كتلة المكون المتحرك.

اعتمادًا على الماكينة، قد يشمل الحد الأقصى للحمل المحوري ما يلي:

• الجاذبية على محور عمودي أو مائل
• قوة التسارع والتباطؤ
• التصنيع أو الضغط أو قوة المعالجة
• دليل وختم ومقاومة سلسلة الكابل
• ثقل الموازنة أو قوة التوازن
• تباطؤ توقف الطوارئ
• التأثير أو الاصطدام أو عدم اليقين في التحميل حيثما ينطبق ذلك

يمكن تقدير قوة التسارع باستخدام:

ف_أ= م × أ

أينمهي الكتلة المتحركة بالكيلو جرام وأهو التسارع الخطي بالمتر في الثانية المربعة.

بالنسبة لمحور الرفع العمودي، تكون القوة الدافعة التقريبية للأعلى قبل المقاومة الإضافية هي:

و = م × (ز + أ)

يجب حساب الحمل أثناء الحركة الهبوطية والكبح والتوقف في حالات الطوارئ بشكل منفصل لأن الاتجاه والحجم قد يتغيران.

الخطوة 2: التحقق من عامل أمان الحمل الثابت

تصنيف الحمل المحوري الثابت الأساسي، والذي يُعرف عادةً بـ C_0أ، يتعلق بالتشوه الدائم عند ملامسات الكرة والمجرى المائي. إنه ليس مثل "حمل الكسر النهائي".

يمكن التعبير عن عامل الأمان الثابت الأساسي على النحو التالي:

و_ق= ج_0أ÷ ف_الأعلى

أين:

• و_ق= عامل أمان الحمل الثابت
• ج_0أ= تصنيف الحمل المحوري الثابت الأساسي
• ف_الأعلى= الحد الأقصى للحمل المحوري المكافئ

يجب أن يتبع العامل الأدنى المطلوب البيانات الفنية للشركة المصنعة وحالة تحميل الماكينة. يتطلب التشغيل السلس والاهتزاز والتأثير والتوقف في حالات الطوارئ وعواقب السلامة هوامش مختلفة. لا ينبغي تطبيق قيمة عالمية مثل 1.2 أو 2 أو 3 دون الرجوع إلى المواصفات الفعلية.

إذا تم تطبيق الحمل بشكل لا مركزي، فلا ينبغي اختيار اللولب الكروي بمجرد زيادة هذا العامل. يجب أن يتم حمل الحمل الجانبي والعزم بواسطة الأدلة الخطية، بينما يظل المسمار والجوز في محاذاة بشكل صحيح.

الخطوة 3: حساب الحمل الديناميكي المكافئ

لا يتم حساب عمر التعب من أعلى حمل منفرد ما لم يعمل هذا الحمل طوال دورة التشغيل بأكملها. عندما يتغير الحمل أثناء التسارع والسفر بسرعة ثابتة والمعالجة وحركة العودة، يجب حساب حمل ديناميكي مكافئ.

بالنسبة للعديد من مراحل الحمل الثابت، يمكن التعبير عن الحمل المكافئ الموزون للدورة المبسط للمسمار الكروي على النحو التالي:

ف_م= ∛[(ف₁³ن₁+ ف₂³ن₂+…) ÷ (ن₁+ ن₂+…)]

أينف_مهو الحمل المحوري الديناميكي المكافئ ونيمثل عدد الثورات المكتملة تحت كل حمل.

يمكن أن يؤثر اتجاه التحميل والتحميل المسبق وتسلسل التشغيل على الحساب الصحيح. استخدم طريقة حساب العمر الافتراضي للشركة المصنعة عند الانتهاء من التصميم.

الخطوة 4: حساب عمر التعب الاسمي

عادة ما يتم حساب عمر التصنيف الاسمي للبرغي الكروي من تصنيف الحمل المحوري الديناميكي الأساسي C_أوالحمل المحوري الديناميكي المكافئ F_م:

ل₁₀= (ج_أ÷ ف_م)³× 10⁶الثورات

يعد هذا عمرًا إحصائيًا لتصنيف التعب المتدحرج، وليس ضمانًا بأن كل برغي سيعمل لهذا العدد بالضبط من الثورات. يمكن أن يؤدي التلوث وسوء التشحيم واختلال المحاذاة والصدمات والتحميل المسبق غير الصحيح إلى فشل مبكر.

إذا كان متوسط ​​سرعة الدوران معروفًا، فيمكن تحويل الدورات إلى ساعات تشغيل تقريبية:

الحياة بالساعات = L₁₀÷ (60 × متوسط ​​دورة في الدقيقة)

يجب تحديد تصنيف الحمل الديناميكي المناسب من العمر المطلوب، وليس عن طريق تطبيق مضاعف للأغراض العامة على حمل العمل.

الخطوة 5: التحقق من التواء تحت الضغط

يمكن أن يصبح اللولب الكروي الطويل تحت الحمل الانضغاطي غير مستقر وينحني حتى عندما يكون تصنيف الحمل الثابت لصمولة الكرة كافيًا. وهذا مهم بشكل خاص على محاور الرفع الرأسية والمحاور الأفقية الطويلة التي تدفع الحمولة بدلاً من سحبها.

يرتبط حمل إبزيم أويلر النظري بما يلي:

ص_كر= π²لا ÷ (كل)²

أين:

• و= معامل المرونة للمادة اللولبية
• أنا= اللحظة الثانية من المساحة بناءً على قطر جذر المسمار
• ل= طول المسمار غير مدعوم
• ك= عامل الطول الفعال الذي تحدده ظروف الدعم النهائية

لقسم دائري:

أنا = ط د_ص⁴÷ 64

وينبغي استخدام قطر الجذر، وليس فقط القطر الخارجي الاسمي. يجب أن يتضمن حمل الضغط الفعلي المسموح به هامشًا مناسبًا أسفل حمل الإبزيم النظري وأن يتبع طريقة حساب الشركة المصنعة.

تتغير مقاومة الالتواء بشكل كبير مع الطول غير المدعوم لأن الحمل الحرج يتناسب عكسيا مع مربع هذا الطول.

الخطوة 6: التحقق من السرعة الحرجة

يمكن للمسمار الدوار الطويل أن يهتز أو يخفق عندما تقترب سرعة دورانه من التردد الطبيعي. تعتمد السرعة الحرجة بشكل أساسي على:

• قطر الجذر المسمار
• المسافة بين الدعامات الفعالة
• شروط نهاية ثابتة أو مدعومة أو حرة
• الاستقامة ومحاذاة التثبيت

يجب أن تظل سرعة التشغيل أقل من السرعة المسموح بها المحسوبة باستخدام عامل حالة الدعم الخاص بالمورد والهامش الموصى به.

يمكن أن يؤدي الرصاص الكبير إلى تقليل عدد دورات المحرك في الدقيقة المطلوبة لسرعة خطية معينة:

دورة في الدقيقة المطلوبة = السرعة الخطية ÷ الرصاص

على سبيل المثال، يتطلب تحقيق 20000 مم/دقيقة حوالي 2000 دورة في الدقيقة بسلك 10 مم، ولكن 800 دورة في الدقيقة فقط بسلك 25 مم. يمكن أن يساعد هذا في التغلب على قيود السرعة الحرجة، على الرغم من أن عمليات التحقق الأخرى تظل ضرورية.

الخطوة 7: التحقق من قيمة DN وحد تداول الكرة

حتى عندما يظل العمود اللولبي أقل من سرعته الحرجة، فقد يكون للجوز الكروي حد سرعة دوران خاص به. يولد دوران الكرة التأثير والاحتكاك والحرارة عندما تدخل الكرات وتخرج من مجرى السباق المحمل.

قد تحدد الشركات المصنعة السرعة المسموح بها أو قيمة DN بناءً على قطر المسمار وسرعة الدوران. ينبغي أخذ التعريف الدقيق والقيمة المسموح بها من مواصفات المنتج المحدد.

لا تفترض أن كل صامولة كبيرة الرصاص مناسبة للسرعة العالية. هيكل الإرجاع، حجم الكرة، التشحيم، التحميل المسبق ودقة التجميع كلها تؤثر على سرعة التشغيل المسموح بها.

الخطوة 8: حساب عزم الدوران المطلوب للقيادة

يمكن تقدير عزم الدوران التقريبي المطلوب لتوليد قوة محورية من خلال المسمار الكروي على النحو التالي:

تي = و × ف ÷ (2πη)

أين:

• ت= عزم الدوران
• ف= القوة المحورية
• ص= الرصاص الكرة اللولبية
• η= الكفاءة الميكانيكية

بالنسبة لنفس القوة المحورية، يتطلب السلك الأكبر بشكل عام عزمًا أكبر للقيادة، على الرغم من أنه ينتج المزيد من الحركة الخطية لكل دورة.

يجب أن يتضمن حساب المحرك أيضًا القصور الذاتي للبرغي، والوصلة، والبكرة، والمحرك، والحمل المتحرك. يجب فحص ذروة عزم التسارع، وعزم الدوران المستمر، وعزم دوران التوقف في حالات الطوارئ، وحدود سرعة المحرك بشكل منفصل.

الخطوة 9: التحقق من المعالجة النهائية ومحامل الدعم

إن اختيار صمولة كروية ذات معدلات تحميل كافية لا يضمن أن التجميع الكامل آمن. يجب أن تنقل نهايات اللولب المُشكَّلة ومحامل الدعم نفس الحمل المحوري وعزم الدوران.

يفحص:

• تصنيف الحمل المحوري ذو الجانب الثابت
• تحمل التحميل المسبق والصلابة
• قطر مقعد التحمل وقوة الكتف
• قوة الخيط والجوز
• اتصال Keyway أو مسطح أو اقتران
• الجمع بين الإجهاد المحوري والالتوائي في نهاية المسمار

قد تصبح أقطار النهاية الصغيرة المُشكَّلة آليًا هي القسم الأضعف حتى عندما يكون لعمود اللولب الرئيسي والجوز سعة كافية.

عرض DLYوحدات دعم الكرة اللولبيةعند التحقق من ترتيب المحمل والتركيب.

الخطوة 10: إضافة تدابير السلامة للمحاور الرأسية

تتمتع البراغي الكروية عمومًا بكفاءة ميكانيكية عالية ويمكن دفعها للخلف. وبالتالي قد ينزل الحمل الرأسي ويدور المسمار إذا تمت إزالة عزم دوران المحرك.

يجب أن يشتمل النظام العمودي على فرامل محرك مناسبة أو موازنة أو جهاز تثبيت ميكانيكي أو أي إجراء آخر للتحكم في المخاطر. زيادة عامل أمان الكرة اللولبية لا تجعل الآلية ذاتية القفل.

يجب أن يأخذ تصميم السلامة في الاعتبار فقدان الطاقة، وفشل الاقتران، وفشل الفرامل، والتوقف في حالات الطوارئ، وظروف الصيانة - وليس فقط التشغيل العادي للمحرك.

المعلومات المطلوبة للاختيار

قم بإعداد المعلومات التالية قبل حساب الكرة اللولبية ذات الرصاص الكبير:

• تحريك الكتلة واتجاه التركيب
• الحد الأقصى للعملية والقوى الخارجية
• التسارع والتباطؤ ومعدل التوقف في حالات الطوارئ
• السرعة الخطية المطلوبة والرصاص المسمار
• إجمالي طول المسمار ومسافة الدعم
• ترتيب نهائي ثابت أو مدعوم أو مجاني
• التحميل والسرعة خلال كل جزء من دورة التشغيل
• وقت التشغيل اليومي وعمر الخدمة المطلوب
• الدقة المطلوبة أو التخليص أو التحميل المسبق
• التشحيم ودرجة الحرارة وظروف التلوث
• معلومات المحرك والاقتران والدعم الحامل

الأخطاء الحسابية الشائعة

• استخدام الحمل العادي بدلاً من الحمل الأقصى للتسارع أو حمل التوقف في حالات الطوارئ
• التعامل مع تصنيف الحمل الثابت باعتباره حمل كسر نهائي
• استخدام عامل أمان واحد للحمل الساكن والتعب والالتواء
• التحقق من قدرة الجوز مع تجاهل التواء العمود
• استخدام القطر الاسمي بدلا من قطر الجذر
• تجاهل السرعة الحرجة على المسمار الدوار الطويل
• تجاهل سرعة الدوران المسموح بها لصمولة الكرة
• نسيان قدرة الدعم والنهاية الآلية
• بافتراض أن الكرة اللولبية العمودية ذاتية القفل
• خلط كيلوغرامات الكتلة مع كيلوغرامات القوة أو النيوتن

خاتمة

لا يمكن تمثيل سلامة اللولب الكروي ذو الرصاص الكبير بعامل عالمي واحد. يجب التحقق بشكل منفصل من سلامة التلامس الثابت، وعمر الكلال، والانبعاج الانضغاطي، والسرعة الحرجة، وقيمة DN، وعزم دوران المحرك، وقدرة تحمل الدعم.

يؤدي الرصاص الكبير إلى تقليل سرعة الدوران المطلوبة لسرعة خطية معينة، ولكنه بشكل عام يزيد من عزم الدوران المطلوب لنفس القوة المحورية. يجب أن يوازن الاختيار النهائي بين السرعة وعزم الدوران والحمل والصلابة والعمر ومساحة التثبيت.

عرض DLYمنتجات الكرة اللولبيةللأقطار المتاحة، الخيوط، أنواع الجوز وخيارات الدقة.

← الرجوع إلى مدونة DLY