UNIVERZITET U NIŠU

MAŠINSKI FAKULTET KATEDRA ZA PROIZVODNO MAŠINSTVO

KOMPONENTE NUMERIČKI UPRAVLJANIH

ALATNIH MAŠINA (4.deo)

Niš, jun 2002.god.

4.2 ZAVOJNO VRETENO SA RECIRKULACIONOM NAVRTKOM 4.2.1 Osnovne preporuke za montažu zavojnog vreteno sa recirkulacionom

navrtkom

a) Za kretanje bez mrtvog hoda (zazora) svi montirani delovi kao što je sklop

zadnjeg ležaja, sklop navrtke treba da budu kruti

b) Zavojno vreteno sa recirkulacionom navrtkom treba da ima dobru aksijalnu

krutost i torzionu čvrstoću.

c) Predopterećenje zavojnog vretena sa recirkulacionom navrtkom mora da bude

optimalno, tako da to ne utiče na karakteristike kretanja i ne prouzrokuje

preterano zagrevanje tokom brzog kretanja.

d) Na kraju montiranja ležajevi treba da imaju ispravan aksijalni hod. Ležajeve treba

optimalno predopteretiti zbog krutosti i rada bez mrtvog hoda.

e) Kretanje treba da je sa konstantnom vučnom silom, bez stick-slip efekta i da

obezbedi precizno pozicioniranje.

f) Održavati tačnost tokom dužeg perioda

g) Lako sastavljanje i rastavljanje

h) Jednostavno održavanje i bešuman rad

i) Dug servisni vek

4.2.2 Tehnike montaže zavojnog vretena sa recirkulacionom navrtkom

Paralelnost između zavojnog vretena sa recirkulacionom navrtkom i vođica

Kada se zavojno vreteno sa recirkulacionom navrtkom koristi u sklopu sa vođicama sa

kružnom putanjom kuglica, putanjom po krivoj ili sa turcitom, neophodno je obratiti

pažnju na paralelnost montiranog zavojnog vretena sa recirkulacionom navrtkom u

odnosu na vođice. Ako paralelnost nije ispoštovana doći će do zavojnog opterećenja a

potom i do povećanja temperature i do gubitka tačnosti.

Uticaj na greške pri montaži

Ekscentrično opterećenje (moment ili radijalno opterećenje) nepovoljno utiče na zavojno

vreteno sa recirkulacionom navrtkom i to ne samo na operativnost već i na zamor

materijala. Na slici 4.13 je prikazan tipičan proračun zamora kada na zavojno vreteno sa

recirkulacionom navrtkom deluje moment. Slika pokazuje da je sračunatu vrednost

uzimajući u obzir krutost montirane sekcije (zavojno vreteno, uležištenje suporta, i

vođice) beskonačno velika.

Ekscentrično opterećenje

Zavojno vreteno sa recirkulacionom navrtkom prikazuje svoje potpune performanse kada

je raspodela opterećenja na čelične kuglice koje se kotrljaju između zavojne osovine i

vijka najbolja moguća. Moment koji opterećuje zavojno vreteno sa recirkulacionom

navrtkom može da prouzrokuje koncentrično opterećenja na mali deo čeličnih kuglica što

utiče na operativne karakteristike i na samnjenje veka trajanja. Takođe je veoma bitno da

se izbegne i radijalno opterećenje koliko god je to moguće.

Generalno, greška nagiba od 1/2000 (težiti ka 1/5000) ili manje i neuravnjenost

centra za oko 20µm ili manje, preporučuju se kao vrednosti za preciznu klasu zavojnih

vretena.

Glavne demenzije Prečnih vratila : 40 mm Prečnik kuglica : 6.35 mm Kruženje : 2.5 okretanja Zazor : 20µm Aksijalno opterećenje : 5000N Radijalno pomeranje : 0

odno

s L/L

0

nagib θx10-4

slika 4.13

L: Vek trajanja pod dejstvom stvarnog opterećenja (broj obrtaja koje zavojno vreteno

načini u odnosu na navrtku pre nego što dođe do prve pojave oštećenja na kuglicama ili

njihovoj putanji)

L0: Normirani vek trajanja (za pojedinačna zavojna vretena ili za grupu sličnih

zavojnih vretena koja rade pod istim uslovima, vek trajanja sa 90% mogućnosti za

održavanje forme)

4.2.3 Osnovne preporuke za montažu zavojnog vretena sa recirkulacionom

navrtkom

a) Nosač zavojnog vretena sa recirkulacionom navrtkom zahteva poravnanje u

odnosu na obe vertikalne i horizontalnu vođicu. U praksi se toleriše greška od

0.02mm/m u razmaku.

b) Za nivelaciju se koristi precizno vreteno a ne zavojno vreteno sa recirkulacionom

navrtkom. Oslonac preciznog vretena treba da bude izrađen tako da je podesan

osloncu zavojnog vretena sa recirkulacionom navrtkom. Predopterećenje ležajeva

oslonca treba obezbediti pre povezivanja. Bilo koja greška u poravnanju može biti

podešena nakošenjem oslonaca zavojnog vretena. Pre nivelacije mora da se

osigura predopterećenje nosećih ležajeva. Svaka greška u nivelaciji može da se

otkloni turpijanjem oslonca ležaja, a u suprotnom mora da bude podešen unutar

zazora otvora za navoj u ležaju ili podupiraču.

t Pojava Mom. opterećenja

Pojava efektizmeđu 0.01-

Slik

c) Površina nale

to uzimajući

iskošenje tok

interferencijom

recirkulaciono

d) Rupe za pričv

kuglica. Bilo

momenta na k

vretena sa rec

Uticaj na neporavna

Ako se zavojno vrete

opterećenje utiče na z

a) Gubitka tačno

b) Rasta tempera

c) Zamora mater

d) Kretanja sa le

Ekcentričnos

pri odsustvu paralelnosti

a 0.02 a 4.14 Ekcentrično opterećenje kod zavojnog vretena

ganja kućišta kuglica mora da bude pripremljena tok

površinu naleganja kao glavnu referencu. Dozvo

om montaže je 1/5000. Svako odstupanje po o

i radijalnim neravnomernim opterećenjem zavojn

m navrtkom i kućišta kuglica.

ršćavanje treba da se podudaraju sa zazornim rupa

koje nasilno povezivanje neuparenih otvora dove

ućištu kuglica što će uticati na tačnost i na vek tra

irkulacionom navrtkom.

nje zavojnog vretena sa recirkulacionom navrtkom

no sa recirkulacionom navrtkom ne uravna sa vođica

avojno vreteno sa recirkulacionom navrtkom što dov

sti

ture

ijala

pljenjem i neravnomernim kretanjem na kraju suporta

Nagib od1/2000

om montaže, i

ljeni nagib ili

si rezultovaće

og vretena sa

ma na kućišta

šće do pojave

janja zavojnog

(Slika 4.15)

ma, momentno

odi do:

4.2.4 Tehnike montaže uležištenja zavojnog vretena sa recirkulacionom navrtkom

Da bi objasnili proceduru montaže zavojnog vretena sa recirkulacionom navrtkom i

montiranog uležištenja dalji deo teksta sadrži skice kao osnovne reference koje daje

poznati proizvođač ležajeva (INA Nemačka). Za montažu ležajeva zavojnog vretena sa

recirkulacionom navrtkom tolerancije i preporučeni kvalitet površina kućišta i zavojnog

vretena su od kritične važnosti. Ove veličine su prikazane na sl. 4.16. Vrednosti

tolerancija i kvalitet površine zavise od veličine ležaja i aplikacije, i obe ove vrednosti

daje proizvođač u svojim katalozima.

Slika 4.15 Dozvoljena odstupanja zavojnog vretena

Podešavanje i demontiranje

Ugaoni aksijalni kontakt kugličnih ležajeva Prilikom montaže ležajeva treba obratiti

pažnju na to da sila montiranja ne deluje direktno na kotrljajne elemente i zaptivni prsten.

Zavrtnje za pričvršćivanje ležajeva za ivicu treba stezati naizmenično i unakrsno. Ovi

zavrtnji mogu da budu napregnuti na vrednost od 70% od njihove elastične granice.

Za brzo i lako demontiranje INA ležajeva serije ZKLF...2RS izrađen je žljeb za

izvlačenje na spoljašnjoj površini spoljašnjeg prstena.

Slikal 4.16 Tolerancije i preporučeni kvalitet obrade površine osovine i kućišta

Ležajevi sa igličastim valjcima i sa cilindričnim aksijalnim valjcima Pre

montiranja ležajeva čepove za zatvaranje treba steviti u otvore za prekomerno

podmazivanje(slika 4.17).

Tokom montaže treba obrediti pažnju na to da ne dođe do mešanja pojedinih delova

ležajeva. Takođe treba naizmenično i unakrsno pritezati zavrtnje za povezivanje ležajeva

za spoljašnju ivicu. Ovi zavrtnji mogu da budu napregnuti na vrednost od 70% od njihove

elastične granice.

Uvodni otvor za ulje

Slika 4.17 Montiranje aksijalnog kugličnog ležaj

Stezno kućište Ležajevi se predopterećuju pritezanjem steznog k

pritezanja steznog kućišta treba da je u skladu sa preporukama proizv

Nakon pritezanja steznog kućišta oba seta gnezda zavrtnja treb

Preporučuje se da se ovi zavrtnji pritežu alternativno. Da bi sprečil

prerporučuje se da se stezno kućište tri puta steže na preporučen

Nakon toga stezno kućište treba ponovo pritegnuti u skladu sa prep

pritezanja.

Tokom demontiranja, prvo treba odviti oba seta gnezda. Ako se

razmontiraju stezna kućišta mogu da se koriste i više puta. Unutr

ležajeva su upareni tako da se pritezanjem steznog kućišta

predopterećenje u ležajevima koje je za većinu primena adekvatna.

Ako merimo trenje uvrtanje ležajeva, dobijenu vrednost treba up

koja se preporučuje za dati tip ležaja.

Podmazivanje Ležajevi kod navojnog vretena mogu da rade sigur

uljanim podmazivačem ( metod za podmazivanje: recirkulacion

ubrizgavanjem ulja). Treba zabeležiti da se pri podmazivanju maz

ulja ne sme rasipati temperatura sa ležaja i da radna temperatu

mašinama ne sme da pređe 50°C.

Odvodni otvorza ulje

a

ućišta. Vrednost sile

ođača ležajeva.

a pričvrstiti ključem.

i fenomen naleganja

u vrednost i odvija.

oručenom vrednošću

adekvatno podese i

ašnji prstenovi INA

proizvodi određeno

orediti sa vrednošću

no sa mazivom ili sa

o ulje, uljna kada,

ivom ili brizganjem

ra ležaja u alatnim

4.2.5 Greške pri montaži zavojnog vretena sa recirkulacionom navrtkom

Problemi sa zavojnim vretenom sa recirkulacionom navrtkom

Preveliki zazor u navrtci Preveliki zazor se javlja kada nema predopterećenja ili kad je

predopterećenje nedovoljno. Stezno kućište će se rotirati i kretati naniže pod dejstvom

svoje težine kada se nepredopterećeno zavojno vreteno sa drži uspravno. Značajan mrtvi

hod može da se pojavi kod zavojnog vretena koje nije predopterećen tako da se zavojno

vreteno sa recirkulacionom navrtkom nad kojim nije izvršeno predopterećenje koristi

samo kod onih mašina kod kojih je mali otpor radu i gde poziciona tačnost nije od velike

važnosti.

Nepodesno postavljanje ležajeva U daljem delu teksta biće dati neki primeri:

a) Kada vijak nije adekvatno vezan za navojno vreteno dolazi do aksijalnog kretanja

pod dejstvom opterećenja. Do ovog problema može doći kada je rukavac ležaja na

navojnom vretenu predugačak ili kad je navojni deo navojnog vretena prekratak.

b) Do zakošenja ležaja dolazi kada se normalnost između sedalne površine i zavojne

ose ležaja nut zatvarača nalazi izvan dozvoljenih granica a i kada nema

paralelnosti između naspramnih površina zatvornog čistača. Da bi se osigurala

normalnost između zavojnice i sedalne površine treba ih izraditi u jednom setu.

Još bolja mogućnost je kada bi oni mogli da budu izrađeni na osnovi.

c) Dva nut zatvarača i čistač treba koristiti pri postavljanju ležaja da bi se izbeglo

njihovo popuštanje (odlabavljivanje).

Nepravilna montaža kućišta kuglica i kućišta ležaja

a) Zbog vibracije komponente mogu da se odlabave.

b) Zavrtnji za pritezanje kućišta kuglica ne prijanjaju čvrsto zbog korišćenja dužih

zavrtnjeva ili zbog manje dubine rupe u kućištu.

c) Tokom vibracuje mogu da se odlabave zavrtnji

Paralelnost i uravnjenost su izvan tolerancija Za potrebe uravnanja pri montaži

mašine se često koristi precizno vreteno. Zazor pokretnog stola može da ima različitu

vrednost na različitim mestima ako je paralelnost i uravnjenost odgovarajućih

komponenti izvan tolerancije.

Odstupanje od saosnosti motora i spojnice osovine zavojnog vretena

a) Ako osovina motora i osovina zavojnog vretena nisu čvrsto spojene uz pomoć

spojnice i ako spojnice nisu dovoljno čvrste doći će do relativne rotacije između

njih.

b) Ako se pogonski zupčanici ne uparuju adekvatno ili ako pogonski mehanizam nije

uskljađen. Ako se vijak stavlja u pogon uz pomać kaiša, da bi sprečili spadanje

treba koristiti sinhroni kaiš.

Strani objekti se nalaze na putanji kuglica

a) Materijal za pakovanje je zarobljen na putanji kuglica Prilikom isporuke zavojno

vreteno sa recirkulacionom navrtkom se pakuje u različite papire za zaštitu od rđe.

Moguće je da se neki od stranih materijala ili neki objekat zarobi na putanji

kuglica ako nije praćena adekvatna procedura za montiranje vijka sa kuglicama.

Ovo može da dovede do toga da kuglice ležaja klize umesto da se rotiraju, ili da

čak dovedu i do toga da kućište kuglica iskoči sasvim.

b) Mašinska strugotina je zarobljena na putanji kuglica Strugotina ili prašina

nastala tokom obrade može da bude zarobljena na putanji kuglica ako se ne koristi

oprema za čišćenje. Ova nečistoća može da izazove nemirno kretanje kvarenje

tačnosti i smanjenje servisnog života.

Prelaz (Over-travel) Prelaz se može javiti tokom procedure smeštanja u mašinu, ili kao

rezultat neispravnosti krajnjeg prekidača ili ako dođe do udara na mašinu. Da bi sprečili

dalje oštećenje, vijak koji je prešao treba pre ponovne instalacije odneti proizvođaču na

proveru i opravku.

Pojedini prelazi mogu da dovedu do oštećenja, rušenja pa čak i do loma povratne

cevi. Ako se ovo desi ležajne kuglice neće mirno da cirkulišu i mogu da slome i oštete

žljeb na kućištu kuglica ili da oštete osovinu vijka sa kuglicama.

Neporavnanje Ako se osa kućišta kuglica i navojno vreteno ne poravnaju kako treba,

postoji mogućnost da dođe do pojave radijalnog opterećenja. Kompletan vijak sa

kuglicama može da se savije na oba kraja svoje putanje ako se prevaziđe granica

neporavnanja. Ako je neporavnanje malo da izazove savijanje može doći do povećanog

trošenja. Tačnost vijka sa kuglicama će brzo opadati ako neporavnanje ostane. što je veće

opterećenja potrebna je i veća tačnost u poravnanju.

Neporavnanje pri montaži kućišta kuglica

Kućište kuglica će biti izloženo velikom optrećenju ako je nagnuto ili nije uravnjeno. U

slučaju da se ovaj problem ne reši doći će do preopterećenja motora u oba pravca rotacije.

Razlozi i predostrožnosti koje treba sprovesti da ne dođe do loma zav. vretena i

navrtke

Slomljena kuglica Ako se sistem za zavojnim vretenom ne podmazuje dovoljni ili se

uopšte ne podmazuje, dolazi do rasta temperatur tokom obrade. Rastom temperature

kuglica postaje krta pa čak može i da se slomi, što može da dovede do oštećenja navoja

zavojnog vretena ili samog vretena. Da ne bi došlo do ovakvih pojava treba obezbediti

automatsko podmazivanje sistema ukoliko je to moguće. Ukoliko ovo nije moguće,

potrebno je povremeno zameniti sredstvo za podmazivanje sistema.

Lom povratne cevi Prelaz kućišta za kuglice iz radnog prostora, ili udar može da dovede

do loma povratne cevi, što za posledicu ima blokiranje puta kuglicama čime se njihovo

kretanje kotrljanjem zamenjuje kretanjem klizanjem. Pri tom obično dolazi do loma

kuglica.

Slika 4.18 Krajevi zavojnog vretena

Lom krajeva zavojnog vretena Nepravilna konstrukcija krajeva - Da ne bi došlo do

koncentracije napona u zavojnom vretenu treba konstruisati vreteno sa oštrim uglovima

na krajevima i zarezima. Na slici je dat primer ispravnog konstruisanja krajeva zavojnog

vretena (Slika 4.18).

Savijanje krajeva zavojnog vretena – Postoji mogućnost da sedalna površina i osa

zavojnice nisu upravne jedna na drugu. Ova pojava može da dovede do savijanja, a

možda čak i do loma zavojnog vretena. Vrednost savijanja na krajevima zavojnog vretena

ne treba da prelazi 0.01 mm nakon što se zavojno vreteno postavi u oslonce(Slika 4.19).

Slika 4.19 Savijanje krajeva zavojnog vretena

Radijalno ili promenljivo opterećenje – Neporavnanje zavojnog vretena sa

recirkulacionom navrtkom može da dovede do abnormalne torzije ili do pojave

promenljivog opterećenja. Da bi se lociralo mesto pojave ovih opterećenja potrebno je

pridržavati se sledećih pravila o lokaciji mernih instrumenata.

• Prisloniti kuglicu mernog instrumenta na središnji otvor, na jednom kraju

zavojnog vretena. Uz mernog instrumenta proveriti aksijalno pomeranje

kuglice tokom rada zavojnog vretena (Slika.4.20-a). Ako su oslonci zavojnog

vretena pravilno montirani pomeranje ne bi trebalo da bude veće od 0.003

mm.

• Uz pomoć mernog instrumenta proveriti relativno pomeranje između kućišta

i glavčine ležaja tokom okretanja zavojnog vretena (Slika 4.20-b). Ako merni

instrument pokazuje neko odstupanje onda znači da ili kućište ležaja nije

dovoljno pričvršćeno ili nije postavljeno kako treba.

• Proveriti relativno kretanje između mašinskog stola i kućišta navrtke(Slika

4.20-c).

• Proveriti relativno kretanje između kućišta zavojnog vretena i dela koji spaja

navrtku sa radnim stolom (Slika 4.20-d).

Slika 4.20 Lociranje mernih instrumenata

4.2.6 Termička dilatacija zavojnog vretena sa recirkulacionom navrtkom

Kada zavojno vreteno radi u uslovima velikih brzina, i sa prisustvom predopterećenja

dolazi do povećanja temperature zavojnog vretena, a povećanje temperature dovodi do

termičke dilatacije što na kraju dovodi do pozicione netačnosti zavojnog vretena sa

recirkulacionom navrtkom. Da bi se smanjio uticaj temperature potrebno je pridržavati se

sledećih preporuka:

a) Optimiziranje predopterćenja zavojnog vretena i ležajeva u osloncima

b) Izbor sredstva za podmazivanje sa dobrim karakteristikama

c) Koristiti zavojno vreteno sa velikom nosivošću, da bi se smanjila rotaciona brzina

d) Koristiti zavrtnja sa otvorima po sredini i sredstvo za podmazivanje pod pritiskom

e) Rashlađivati spoljašnje zavrtnjeve vazduhom

Na slici je dato poređenje hlađenja zavojnog vretena sa sredstvom za hlađenje pod

pritiskom i bezpritiska.

Prečnik osovine : 32 mm Vođenje :10 mm Predopterećenje :1500N

0

Ras

t tem

pera

ture

(°C

)

Slik

3

Brzina pri kretanju : 10m/min Rastojanje koje može da se pređe :500 mm 0

10

2

)

a 4.21 Hlađenje zavojnog vretena rash

2

1

ladni

Vreme (h

m sredst

Sredstvo nijepod pritiskom

Sredstvo je podpritiskom

vom pod i bez pritiska

5. ZAKLJUČAK

Zahtevi koji se postavljaju u pogledu optimalnog iskorišćenja materijala i energije,

kvaliteta, smanjenje vremena izrade u uslovima male i srednje serijske proizvodnje, u

proizvodnim organizacijama male i srednje veličine dovode do potrebe za korišćenjem

NUMA. Ova potreba ograničava upotrebu konvencionalnih delova mašina, i zahteva

potpuno drugačiji vid izrade i drugačije karakteristike delova mašina alatki.

Zbog povećane brzine pokretnih delova i učestalijeg kretanja, za klizne vođice se

postavljaju strožiji zahtevi a jedan od osnovnih zahteva za klizne površine je otpornost na

habanje, visoka krutost i dobre karakteristike prigušenja. Usled nedovoljne tačnost

konvencijalnog zavojnog vretena i zbog velikog mrtvog hoda, prelazi se od trenja

klizanjem na trenje kotrljnjem Zatim zavojno vreteno i navrtka treba da imaju precizno

izrađene zavojne žlebove po kojima recirkulišu kuglice.

6. LITERATURA 1. Mechatronics cheif editor – S. Karunakaran, New

Delhi, 1998. god

2. Miodrag T. Manić, Dušan N. DSpasić Numerički upravljane mašine, Niš,

1982. god

3. Dr. Aleksandar Pavlović Mašine za obradu rezanjem,

Niš,1998. god.

4. Katalog firme THK

5. Katalog firme SKF Electronic Handbook –Bearings in

Machine Tools, 1997. g.

6. Katalog firme Ondrives Mechanical Drive Components,

Chesterfield, 2002. god.