前言
隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)的工業(yè)自動化程度提高,客戶對自動化、高效率和高精度傳動的要求越來越多。很多傳統(tǒng)的傳動方式已不適合當前產(chǎn)業(yè)的需要,滾珠絲杠這種高精度的傳動產(chǎn)品在市場上的需求越來越大。滾珠絲杠是工具機和精密機械上最常使用的傳動元件,其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成線性運動,或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力,同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點。
傳統(tǒng)制藥行業(yè)壓片機上調(diào)整藥片壓模的間隙基本為手動操作,調(diào)整精度差,效率低,嚴重制約了制藥廠的生產(chǎn)產(chǎn)能,客戶更改該結構的意愿非常強烈。對于設計工程師而言,如何選配合適的定位精度,選配高性價比的滾珠絲杠,是一項非常重要并且勢在必行的工作。
絲杠的基本要求
1.運動方向:垂直方向
2.負載大小F:無外加壓力狀況:20-30KG
外加壓力大?。?000KG
3.運行速度Nm:勻速運行,10rpm
4.絲杠導程P:5mm
5.精度要求E:50mm內(nèi)累積偏差<0.02mm
6.有效行程L:120mm
客戶之前結構
客戶之前結構主要采用手動方式進行動力傳動和定位。
機構的工作原理:在蝸桿的一端裝有手輪,轉(zhuǎn)動手輪帶動蝸桿轉(zhuǎn)動,再由蝸桿帶動斜齒輪,該斜齒輪在軸向上下兩端被限制住,只能作旋轉(zhuǎn)運動,且同螺母聯(lián)為一體,通過斜齒輪和螺母的旋轉(zhuǎn)運動,帶動直徑為M22mm的升降桿作上升或下降的直線運動。運動到要求的工藝位置后,升降桿就停止不動了,壓藥動作開始進行,壓藥運行期間,壓輪的最大壓力為1噸。而當壓藥品種需要更換時,再手動調(diào)節(jié)升降桿上升或向下做直線運動到另一工位。
從運動機理上分析,該機構設計合理,能滿足使用要求。但不足之處也非常明顯:
1.靠人工來調(diào)整上升或下降距離,自動化程度很低。
2.外協(xié)加工的升降桿與斜齒輪為非標產(chǎn)品,制造精度難以保證。
3.工作效率低。因藥片本體比較小,要求的厚薄精度比較高,只能通過多次的試驗來進行調(diào)整。
改進要求
基于以上存在不足,客戶期望提升設備檔次,操作更加靈活快捷,達到以下要求:
1.提升設備的柔性生產(chǎn)能力,快速應對不同規(guī)格的藥片生產(chǎn)。
2.提高調(diào)整效率,減少試驗次數(shù),提高成功率。
3.定位精度要求≤0.02mm
改進后結構
針對客戶的改進要求,客戶對結構進行了調(diào)整:擯棄手動操作裝置,改為完全自動化操作和控制的裝置,同時實現(xiàn)更精確的定位要求。為此,客戶對設備進行了結構改進。
運動機理分析:改進后通過伺服電機11帶動連接間15,再通過鍵與螺母3的連接,帶動螺母旋轉(zhuǎn),螺母沿軸向被限位,不能作直線運動,從而帶動滾珠絲杠8作直線運動。進而達到調(diào)節(jié)滾輪與壓板的間隙,控制藥片厚薄的目的。
以上結構的好處也非常明顯:
1.通過伺服電機帶動滾珠絲杠運動,代替手動搖輪,操作簡單方便,自動化程度得到提升。
2.通過選用高精度滾珠絲杠,達到更高的傳動精度。
3.應對不同的藥片,可比較快捷達到生產(chǎn)要求,柔性化得到加強。
結構改進的主要難點在于:
1.裝配絲杠的空間比較狹小。
2.不同于傳統(tǒng)的絲杠旋轉(zhuǎn),螺母作直線運動;客戶要求螺母旋轉(zhuǎn),絲杠作直線運動。
滾珠絲杠的選型計算
1.滾珠絲杠軸向負荷的確定
a.基本額定靜負荷C0定義
即絲杠軸向靜止的負荷,是指絲杠承受絲杠溝槽與鋼珠接觸點(即螺母與絲杠軸)的永久變形量和鋼珠本身的永久變形量的總和達到鋼珠直徑的0.01%時的最大軸向力。此負荷值即為基本額定靜負荷。
b.受力分析
無外力狀況時,軸向負載為30KG,即30kgf
施加外力時,軸向負載為1噸,即1000kgf
考慮到設備實際工作狀況,滾珠絲杠在運動狀態(tài)(即調(diào)節(jié)間隙大小時)只受負載平臺自身重力作用,該重量非常小,可不用考慮。施加外力時,因外力較大,需重點考慮,此時絲杠處于靜止狀態(tài),因而我們參考滾珠絲杠的額定靜負荷值即可。
c.螺帽形式的選定
對應施加1000kgf外力工況,參考滾珠絲杠樣本,可查到對應直徑25mm,導程5mm,鋼珠回流圈數(shù)4,滾珠絲杠的額定靜負荷值為4100kgf。如圖表1中的數(shù)據(jù)所示。
由此,初步可選R25-5T4系列滾珠絲杠。
2.滾珠絲杠受力安全系數(shù)
因滾珠絲杠僅在靜態(tài)時受力,只要受力大小有一定的安全余量即可滿足要求,該安全余量S推薦選3倍以上。根據(jù)以下公式進行核算:
故R25-5T4系列滾珠絲杠滿足預期使用要求。
3.滾珠絲杠長度的確定
客戶在滾珠絲杠軸向運動的調(diào)整距離比較小,不超過120mm,同時考慮螺母自身的長度,客戶絲杠長度選為183mm。
4.滾珠絲杠精度的確定
滾珠絲杠的精度可根據(jù)圖表2中的數(shù)據(jù)來確定。
客戶的有效行程在120mm以內(nèi),要求的累積導程偏差在0.02mm以內(nèi)。根據(jù)以上表格,選取精度等級C4即可滿足使用要求。
5.滾珠絲杠型號的最終確定
綜上核算及精度確認,根據(jù)中達滾珠絲杠型號編碼規(guī)則,最終滾珠絲杠的型號確定為:R25-5T4-FSI-183-183-C4。
結束語
在此次藥片機的機構升級改進項目中,主要協(xié)助客戶對原手動機構進行了自動化改進,實現(xiàn)了客戶的預期要求;同時對滾珠絲杠的選型、計算進行了詳細分析,選擇了合適的產(chǎn)品。通過此次結構改型成功,客戶在后續(xù)的常規(guī)機型上,將參考本案全部更換為滾珠絲杠傳動的自動化操作結構。
相信隨著國內(nèi)自動化水平的提高,滾珠絲杠這種高端傳動產(chǎn)品將會被越來越多的應用到各行業(yè),進一步滿足客戶對高速、高精的需求。
參考文獻
[1]滾珠絲杠的選擇與應用–《現(xiàn)代零部件》2004年Z2期
[2]高速滾珠絲杠副綜合性能測試系統(tǒng)開發(fā)與應用網(wǎng)絡百度文庫2010.5.22
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