بال اسکرو چیست و چه کاربردی دارد ؟

بال اسكرو(ball screw)چيست؟

بال اسکرو ball screw  يك وسیله مکانیکی كه برای تبدیل حرکت چرخشی به حرکت خطی در ماشین های صنعتی به ويژه در دستگاه هاي CNC و اتوماسیون صنعتي به كار مي رود .

نحوه کارکرد سیستم بالسکرو چیست ؟

هنگامی که پیچ ( در بعضی موارد مهره ) شروع به چرخش میکند ، ساچمه ها درون مهره بر روی شیار های پیچ يا مهره شروع به حرکت میکنند و توسط سیستم بازگردان ساچمه داخل مهره ، در یک مسیر پیوسته حرکت میکنند و ساچمه ها مداوم پس از عبور از سیستم بازگشت به مسير حركت بر روي پيچ باز مي گردند كه اين امر باعث حركت بال اسكرو به سمت جلو و عقب و تبديل حركت چرخشي اسكرو به حركت خطي آن مي شود.

در مهره بال اسكرو ball nut ، ساچمه ها درون شيار هاي موجود در مهره جاي گذاري شده اند .شيار هاي موجود در مهره بايد مطابق بر شيارهاي شفت با همان پيچ قرار بگيرند تا حركت به درستي ايجاد شود.
شفت رزوه دار مارپیچی، مسیر حرکت ساچمه هایی را فراهم می سازد که قسمت لغزنده بال اسکرو (مهره) بر روی آنها به حرکت در می آید.

گوی يا مهره در بال اسکرو به گونه ای ساخته شده است که امکان چرخش ساچمه ها را در داخل خود فراهم میکند. به طوری که در مدت حرکت گوی بر روی شفت ، ساچمه ها در داخل گوی به گردش در می آیند.
به دليل وجود سيستم بازگشت ساچمه (ساچمه برگردان) درون مهره بال اسکرو ، بالسكرو از ليد اسكرو بزرگتر است.

بال اسکروها علاوه بر اینکه در برابر اعمال بارهای فشاری مقاومت می کنند، می توانند با کمترین اصطکاک داخلی کار کنند. با توجه به اینکه این ابزار باعث ایجاد تلرانس های دقیق می شود، در موقعیت هایی که نیاز به دقت بالایی لازم است مناسب هستند.
بال اسکرو در عین کاهش اصطکاک، می تواند با مقداری پیش بار کار کند که باعث حذف لقی بین ورودی (چرخش) و خروجی (حرکت خطی) می شود.

مهره بالسكرو ball nut مهم ترين بخش بالسكرو مي باشد. بال اسكرو ها از نظر مهره به دو دسته بال اسكرو با مهره هاي يك پارچه و بال اسكرو با مهره هاي دو تكه (مهره دوبل) تقسيم بندي مي شوند.
در مهره هاي بال اسكرو چندين شيار براي تماس ساچمه ها با پيچ يا شفت كه باعث درگيري پيچ و مهره با هم مي شود، وجود دارد ، بدين صورت فضاي خالي بين پيچ و مهره با ساچمه ها پر مي شود.
نكته مهم در اين شيار ها وجود قسمت هايي براي استراحت و سيستم بازگشت ساچمه ها ، كه ساچمه ها با يك دور چرخش به دور پيچ ، در آنجا براي چند لحظه توقف مي كنند تا ساچمه ها حرارت خود را از دست داده و دچار تنش حرارتي نشوند.
اين سيستم مي تواند درون و يا بيرون مهره بال اسكرو طراحي شود. بالسكروها از نظر نحوه مهار ، به دو گروه بال اسكرو هاي يك سر مهار يا دو سر مهار تقسيم بندي مي شوند.

کاربردهای بال اسكرو :

از بال اسكرو علاوه بر ماشین آلات صنعتی در هواپیما و موشک ها برای كنترل حركت سطوح ، فرمان خودرو، برای انتقال حرکت چرخشی از یک موتور الکتریکی به حرکت محوری رینگ فرمان استفاده می شود.
همچنین از آنها در روبات ها و تجهیزات مونتاژ دقت استفاده می شود.
این ویژگی زمانی لازم است که از آنها در سیستم های کنترل حرکت کامپیوتری نظیر ماشین ابزار CNC و کاربردهای حرکت بسیار دقیق مانند wire bonding استفاده می شود.

اصطکاک کم در بال اسکروها بازده مکانیکی بالایی را در مقایسه با دیگر ابزارها دارد. یک نمونه بال اسکرو در مقابل بازده 50 درصدی یک لید اسکرو (پیچ انتقال قدرت ساده) با همان ابعاد، می تواند 90 درصد بازدهی داشته باشد.

شفت بال اسکرو ممکن است از طریق نوردکاری که پر بازده، کم دقت، ارزان و محصول حاصل از آن از دیدگاه مکانیکی مقرون به صرفه است، ساخته شده باشد. بال اسکروهای نوردکاری شده دارای دقت چند هزارم اینچ در یک فوت هستند.

 

مشخصات بال اسكرو

جنس پيچ بال اسكرو از فلزات مقاوم تهيه مي شود تا در برابر سایش مقاوم باشد.
براي شناخت مشخصات فني بال اسكرو بايد به مدل و مد شناسايي آن توجه شود.از جمله اين مشخصات مي توان به قطر بال اسكرو ،سختي ، مقداربار پايه ديناميكي و استاتيكي ، تعداد دوران ، دقت و سرعت حركت خطي اشاره كرد.

براي خريد بال اسكرو مناسب مي توانيد با شماره تماس هاي موجود در سايت سی ان سی یدک تماس حاصل فرماييد.

 

مهره بالسکرو داراي دو نوع سيستم هاي بازگشت ساچمه (ساچمه برگردان) مي باشند :

سيستم بازگشت ساچمه خارجي External Ball Return System : در اين نوع سيستم بازگشت ،ساچمه در جهت مخالف مسير حركت در انتهاي مدار از طريق يك لوله باز ساچمه برگردان ، بيرون در بالاي قطر مهره ،حركت مي كند.

 

٢) سیستم بازگشت ساچمه داخلیInternal Ball Return System :  در اين نوع  سيستم (شكل هاي مختلفي از اين نوع سيستم بازگشت وجود دارد ) ساچمه از ميان يا در امتداد ديواره مهره ،در زير قطر بيروني ديواره مهره ،حركت مي كند .

برخي از بال اسكرو ها فقط يك دوره گردش ساچمه دارند،ساچمه ها توسط سيستم بازگشت ،جايي كه مجبور به حركت به سوي ديگر، در قله شيار بر روي پيچ مي باشند .

اين نوع از مهره بالسکرو را عبور از شيار منحرف كننده ،از نوع سيستم بازگشت دروني مي شناسند .در اين نوع ،ساچمه يك جهت چرخش دارد و مدار چرخش به دليل شيار منحرف كننده ايجاد شده در مهره، بسته است . و ساچمه از طريق شيار منحرف كننده، بين دو شيار عبور مي كند .

اجزاي چرخشي مهرهRotating Ball Nut :زماني كه يك پيچ بلند با سرعت بالا مي چرخد ،مي تواند یکباره شروع به لرزش کند ،ميزان انعطاف پذيري ان بستگي به سايز شفت دارد .و به ان سرعت بحراني مي گويند و مي تواند براي يك بال اسكرو بسيار مخرب باشد .

سرعت ايمن اعمال شده نبايد بيش از٨٠٪؜ سرعت بحراني پيچ باشد . در برخي از كاربرد ها به شفت ها با طول هاي بيشتر و سرعت بالا لازم است .اينجاست كه احتياج به طراحي مهره چرخشي(rotating ball nut )است .

 

مزایای بال اسکرو :

از مزاياي بال اسكرو اصطكاك پايين و دقت بالای آن مي باشد كه بسيار مورد توجه مصرف كنندگان قرار گرفته و جايگزين ليداسكرو شده است . بالسکرو براي مواقعي كه دقت بالا لازم است بسيار مناسب است.
ساختار ظاهری بال اسکرو مشابه یک مجموعه پیچ ومهره است که گوی به عنوان مهره و شفت رزوه شده به عنوان پیچ عمل می کند.

فناوری بال اسکرو دارای 4 مزیت اصلی می باشد:

تحمل بارهای سنگین

بال اسکرو دارای ظرفیت حمل بار بالاتری در مقابسه با لید اسکرو است ، لید اسکرو با مهره های برنجی بارهای سنگین تری را می تواند تحمل کند. ولی با افزایش بار، اصطکاک ایجاد می شود و اصطکاک بیشتر به معنای عمر کمتر است.

دقت بالا

بر خلاف لید اسکروها، که یک واکنش شدید ( پس زدن، عقب گرد ) بین مهره و پیچ وجود دارد، بال اسکروها اغلب برای از بین بردن واکنش شدید نصب شده اند. این عمل به طور معمول با استفاده از ساچمه هایی که دارای قطرهای کمی بزرگ تر از فضای بین محل عبور پیچ و مهره هستند انجام می شود. به علاوه، بال اسکرو با استانداردهای ISO ، DIN ، JIS  و با توجه به راهنمای انحراف طبقه بندی شده اند. بنابراین انتخاب بال اسکرو با دقت مناسب راحت است.

دارای بهره وری بالا

عوامل چرخنده به عنوان مثال ساچمه ها در بال اسکرو بر نقطه تماس در تحمل بار متکی هستند. در حالی که عناصر کشویی مانند پیچ و مهره در مونتاژ لید اسکرو بر خط تماس متکی هستند. نقطه تماس اصطکاک کمتری تولید می کند در نتیجه بهره وری بالاتری به همراه دارد . بهره وری بال اسکرو تقریبا همیشه 90 درصد یا بیشتر است. در حالیکه بهره وری لید اسکرو به طور نرمال زیر 50 درصد است. راندمان بالا به معنای کاهش نیاز به گشتاوری موتور است، به این معنی که یک موتور کوچک ( و اجزای مرتبط) ممکن است برای کاربرد مناسب باشد.

چرخه وظیفه مورد تقاضا

ماکسیمم سرعت هر دو لید اسکرو و بال اسکرو به وسیله سرعت بحرانی پیچ محدود می شود به هر حال، اصطکاک کمتر ذاتی در طراحی بال اسکرو به این معنی است، که گرمای کمتری تولید می کند. بنابراین ایستادگی و مقاومت بیشتری دارند ، و چرخه عمر بیشتری نسبت به لیداسکرو دارا می باشند . به عبارت دیگر در زمان انتخاب لید اسکرو باید چرخه و تولید گرما مد نظر قرار گیرد.

 

معایب بال اسکرو

اما بال اسکرو بی عیب هم نیست. در اینجا به معایب این سیستم اشاره می کنیم

 اصطکاک کم

بین پیچ و مهره، مکانیزم خود قفل نیست. به این معنا که می توان با حرکت دادن خطی مهره بر روی پیچ، پیچ را به گردش وادار کرد. در حالی که در پیچ انتقال قدرت ساده ( لید اسکرو ) فقط چرخش شفت می تواند باعث حرکت خطی مهره شود و حرکت معکوس آن ممکن نیست.

پیچ و مهره

از معایب دیگر بال اسکرو که آن نیز به دلیل اصطکاک کم بین پیچ و مهره است، آن است که اپراتور به صورت دستی نمی تواند به راحتی چرخشی را ایجاد کند که باعث حرکت مهره با سرعت ثابت بشود. لذا معمولا از بال اسکرو در ماشین هایی استفاده می شود که گردش شفت به کمک موتور با سرعت گردش ثابت تأمین شود.

هزینه بالا

هزینه بالای بال اسکرو نسبت به پیچ ساده نیز از معایب بال اسکرو است، هر چند که این هزینه با نیاز به انرژی کمتر برای انجام کار جبران می شود.

تعمیر و نگه داری

بال اسکرو نیازمند به روغن کاری دائم و همچنین محافظت در برابر گرد و خاک و ذرات خارجی است.

آسیب دیدن

قطعات آن باعث ایجاد اشکال در عملکرد می شود. در حال پیچ انتقال قدرت ساده، انعطاف عملکردی بیشتری در برابر آسیب دیدگی فیزیکی دارد.

 

عوامل موثر در انتخاب بال اسکرو

• میزان بار مکانیکی که قرار است بر سیستم اعمال شود
• میزان دقت مورد نیاز
• تجهیزات مورد استفاده برای جاسازی و نصب
• شرایط محیطی و محل استفاده

 

برخی از شرکت­های تولید­کننده بال ­اسکرو

شرکت THK

نام شرکت THK از کلمات «Toughness» استحکام،   «High Quality» کیفیت بالا و  «Know-how» دانش در انجام کار گرفته شده است. هدف این شرکت آن است که با تکیه بر این سه اصل در توسعه تکنولوژی و ساخت محصولات خود، به بهبود کیفیت زندگی در جامعه و توسعه صنعت کمک کند.

شرکت HIWIN

در سال 1975، یک کارخانه آلمانی تولید بال­ اسکرو با دقت بالا برای بازارهای اروپا تاسیس شد. بال­ اسکروهایی با کیفیت بالا، خرید سریع، به مقدار فراوان در صنعت ساخته شده بود. هر چند، در مواجه شدن با درخواست مشتری و نداشتن سرمایه و بهره­ وری کافی منجر به زیان شد.

 

شرکت TBI

شرکتTBI  یک تولید کننده تخصصی ساخت محصولات حرکت خطی در تایوان می­باشد، که با در اختیار داشتن تکنولوژی و تمرکز بر توسعه محصول دارای طراحی نوآورانه است. محصولات این شرکت تحت ثبت اختراع ISO 9001:2008 می­باشد. محصولات TBI MOTION در زمینه های صنعتی برجسته هستند، و این شرکت حمایت فنی و تجزیه و تحلیل مورد نیاز را بنا بر خواسته مشتری انجام می­دهد.