Kuulkruvi

Allikas: Vikipeedia
Mine navigeerimisribale Mine otsikasti
Kuulkruvi detailvaade
Kuulkruvi visualiseeritud tööpõhimõte

Kuulkruvi on keermesülekande alamliik, mille ülesanne on muuta pöördliikumine kulgliikumiseks. Masinaehituses on kuulkruvid üheks alternatiiviks traditsioonilistele käigukruvidele. Kuulagregaat käitub sellises koostus mutrina ja keermelatt kruvina. Energiat kannavad kuullaagri kuulid, mis liiguvad keermestatud lati soontes. Disaini järgi eristatakse eelkoormatud ehk lõtkuta mehhanisme ja koormamata ehk lõtkuga mehhanisme.

Kuulkruvid on kasutusel paljudes erinevates jõuülekande mehhanismides, kus kontrollmehhanismid ei ole otseses mehaanilises kontaktis täiturmehhanismidega, nagu näiteks hüdrauliliselt kontrollitavad juhtpinnad lennundustehnikas. Samuti kasutatakse neid palju tööstuses tootmistehnikas, nagu APJ tööpinkides telgede kontrollimiseks ja robootikas.

Puudused[muuda | muuda lähteteksti]

Madala hõõrdetakistuse tõttu ja sõltuvalt keerme juhtnurgast võib kuulkruvi juhitava mehhanismi mõjul tagasi vajuda, mistõttu pole kuulkruvid sobilikud kasutamiseks konventsionaalsetes tööpinkides ja tööriistades. Ehituselt on need mahukamad, kui traditsioonilised käigukruvid, kuna vajavad mehhanismi kuulide tagastuseks. Samuti vajab kuulmehhanism tihendamist väliskeskkonna eest, kuna saastumine tekitab süsteemis hõõrdumist, mis omakorda põhjustab kulumist ja vähendab eluiga. Lisaks sellele on nad käigukruvidest oluliselt kõrgema hinnaga, kuna nende tootmine on keerulisem ja töömahukam.

Eelised[muuda | muuda lähteteksti]

Suurim eelis sellisel süsteemil on väga madal hõõrdetegur, mis tõstab mehhanismi eluiga ja vähendab töötamisel müra. Traditsioonilisel käigukruvil on teoreetiliseks kasuteguriks kuni 90%, praktikas langeb see tavaliselt vahemikku 20-40%[1], seevastu on kuulkruvide disainil eesmärgiks saavutada efektiivsus kõrgem kui 90%[2] . Tööstuses aitab madal hõõrdetegur energiat kokku hoida ning ka hoolduse ja remondi arvelt säästa. Ühtlasi vajavad kuulmehhanismid vähem määrimist. Kuulkruvi hooldevaba olemus aitab vähendada ka seisakuid tootmises. Lõtkude puudumine kuulkruvides on suureks eeliseks täppismehhanismides. Lisaks taluvad nad väga suuri teljesuunalisi koormuseid.

Tootmine ja täpsus[muuda | muuda lähteteksti]

Traditsioonilisi kuulkruve toodetakse valtsimise teel. Selline kruvi on mehaaniliselt vähem efektiivne ja madalama täpsusastmega, aga oluliselt odavam. Kõrgendatud täpsusega latid lõigatakse töötlusvaruga mõõtu, tõstetakse termotöötluse abil pindmise kihi kõvadust ja seejärel lihvitakse nimimõõtu. Selline protsess aitab vähendada kõrgtemperatuurilisest töötlusest tingitud sisemisi moonutusi.

Kõige kõrgema täpsusega kruvid lõiketöödeldakse spetsiaalsetes täppistööpinkides. Materjalina on kasutusel spetsiaalne raua ja nikli sulam FeNi36 (ühtlasi tuntud, kui InVar), mis on väga heade termostabiilsusnäitajatega.

Kuulkruvide täpsust hinnatakse kahanevalt täpsusklassides C0-C10[3]. Kuulkruvide detailide tootmiseks on kasutusel ISO 286-1:2010 standardi järgi täpsusklasse IT0, IT1, IT3, IT5, IT7 ja IT10. Lõtkuta kuulkruvid toodetakse ISO standardi järgi tolerantsijärgus IT0-IT05, lõtkuga kuulmehhanismid aga järgus IT05 ja IT07[4].

Keermeprofiil ja eelkoormus[muuda | muuda lähteteksti]

Selleks, et saavutada kuulide eesmärgipärane töö, peab kuul olema üheaegselt kontaktis nii mutri ehk kuulimehhanismi keermega kui ka kruvi keermega. Enamus kuulkruve on ehitatud selliselt, et neile on rakendatud kerge eelkoormus nii, et kuul on üheaegselt kontaktis nelja erineva punktiga, millest kaks kuuluvad mutrile ja kaks kruvile. Eelkoormuse saavutamiseks on kaks põhilist meetodit, laagrikuulid toodetakse suurema diameetriga, kui kruvisoon või kruvisoone diameeter ületab kuuli diameetri ja asetseb kuuli suhtes nihke all.

Soone profiil on kaarjas, tagamaks teljesuunalise koormuse ühtlase jaotuse. Soone vastavuseks nimetatakse kuuli ja soone raadiuse omavahelist suhet, seajuures vastavustegur 0.5 tähendab, et kuuli ja soone profiilid kattuvad ideaalselt. See on ühest küljest soovitav, kuna tagab suurima koormustaluvuse aga teisalt põhjustab liigset libisemist kuuli ja soone vahel , mis tähendab, et seda täppismehhanismides kasutada ei saa. Optimaalne vastavustegur on vahemikus 0.52 ja 0.56, optimaalne kontaktnurk on 45°. Kui sooneprofiil on ühtlase raadiusega poolkaar, liiguvad kuulid ainult soone ühel poolel. See ühtlasi tähendab, et kuulid peavad olema väiksemad, kui sooneraadius, mis omakorda tähendab, et seda keeret pole suuremate kuulidega võimalik eelkoormata. Selline mehhanism põhjustab ka vastavusteguri 0.5. Eelkoormust on võimalik sellisel keermel saavutada vaid nihkega mutri ja lati keerme vahel, kasutades topeltmutrit. Nihked võib disainida otse soonde teravkaare ehk nn gootikaare profiili abil, mille puhul on soonel kaks erinevat, nihkes tsentritega raadiust. Selline geomeetria lubab kuulil olla kontaktis samaaegselt soone mõlema küljega, mis tagab kõrgema vastavusteguri, kui 0.5. Sellise profiiliga on võimalik saavutada nii nelja punkti eelkoormust, kasutades suurema diameetriga kuule või kahe punkti eelkoormust, kasutades nihet [5] [6].

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. Richard Crowder (2020). Electric Drives and Electromechanical Systems (Second Edition). School of Electronics and Computer Science, University of Southampton, Southampton, United Kingdom: Elsevier ltd.. Lk 82. 
  2. Chang-Guang Zhou, Hu-Tian Feng, Yi Ou. "A new model for predicting the mechanical efficiency of ball screws based on the empirical equations for the friction torque of rolling bearings". Sage Journals, 20. september 2018. Vaadatud 24.12.2021.
  3. "Accuracy of the Ball Screw". THK.com. Vaadatud 24.02.2021.
  4. "Ball screws — Part 1: Vocabulary and designation". iso.org, Juuni 2006. Vaadatud 24.02.2021.
  5. Miles Budimir. "Ball screw basics". machinedesign.com, 11. detsember 2003. Vaadatud 24.02.2021.
  6. Huaxi Zhou, Changguang Zhou, Yi Ou, Zeng-Tao Chen. "Recalculation of the basic static load of ball screws". Sage Journals, 13. Juuli 2019. Vaadatud 24.02.2021.