Кіріспе

Төмен сүргіштік сызықтық іске қосу құрылғысы Шарық бұранда (немесе шарық бұрандасы) - айналу қозғалысын аз сүргіштікпен сызықтық қозғалысқа аударатын механикалық сызықтық іске қосу құрылғысы. Қылқанды білік дәлдік бұрандасы ретінде әрекет ететін шарлы подшипниктер үшін спиральді жүгіру жолын қамтамасыз етеді. Олар жоғары итермелі жүктемелерді қолдануға немесе төтеп беруге қабілетті болумен қатар, мұны ішкі сүрінудің ең аз мөлшерінде жасай алады. Олар толеранттылығы өте аз болып жасалған, сондықтан жоғары дәлдікті қолдануға жарамды. Шарық құрамасы түйіршік ретінде, ал өткізгіштік білік - бұранда ретінде жұмыс істейді. Әдеттегі жетекті бұрандалардан айырмашылығы, шарларды қайта айналдыратын механизмнің қажеттілігіне байланысты шарлы бұрандалар өте үлкен болады.

Тарих

Шарық бұранданы 1898 жылы 601,451 және 610 044 патент алған Х. М. Стивенсон мен Д. Гленн өз бетінше ойлап тапты. Алғашқы дәл бұрандалы білік төмен дәлдігі бар бұрандалы білікпен басталып, содан кейін білікті бірнеше пружинамен толтырған ұңғымалық білікпен айналдыру арқылы жасалды. Ұңғымалардың ұзындығы мен ұзындығы бойынша қателіктерді қайта орналастыру және бұру арқылы ұңғымалардың ұзындығы мен ұңғыма ошағының орташасы анықталды. Содан кейін, қайталанатын оқпанның қиылысы қашықтық стандартына сәйкес өлшенеді. Осыған ұқсас процесс кейде қазіргі кезде стандартты бұрандалы біліктерді өндіру және бұрандалы біліктерді өндіру үшін қолданылады.

Дизайн

Шарық бұрандалардың төмен сүргіштік әсері баламаларға қарағанда жоғары механикалық тиімділікті қамтамасыз етеді. Әдеттегі шарлы бұранда 90 пайыз тиімділікпен, ал Acme қорғасын бұрандасының 20-25 пайыз тиімділігімен бірдей болуы мүмкін. Шырша мен бұранда арасындағы сүргіштің болмауы бұранда құралының ұзақ өмір сүруіне (әсіресе кері әсері жоқ жүйелерде) мүмкіндік береді, техникалық қызмет көрсету мен бөлшектерді ауыстыру үшін тоқтап қалу уақытын қысқартады, сонымен қатар майлау сұранысын азайтады. Бұл, олардың жалпы өнімділік артықшылықтары мен төменгі қуат талаптарымен бірігіп, шарлы бұрандаларды пайдаланудың бастапқы шығындарын өтеуі мүмкін. Бұрандалы бұрандалар сонымен қатар қорғасын бұранда мен түйіршік комбинацияларында жиі кездесетін кері әсерді азайтады немесе жояды. Шарықтар алдын ала жүктелуі мүмкін, сондықтан шар бұрандасы мен шар ұрығы арасында "көтеріліс" болмайды. Бұл әсіресе бұранданың жүктемесі тез өзгеретін, мысалы, құрал машиналары сияқты қолданбаларда қажет. Олардың механикалық тиімділігі өте жоғары болғандықтан, әсіресе дәстүрлі қорғасын бұрандалармен салыстырғанда, шар бұрандаларды кері айдап әкетуге болады (яғни, тікелей ұнтаққа қолданылатын сызықтық күш білік айналуын тудырады, бұл әсер көпшілік пайдалану үшін кері әсер етеді). Бұл әдетте моторлы қолданбаларға шектеулі әсер етсе де, кейбір жағдайларда тіпті әлсіз қорғаныс әсерін де қамтамасыз етеді, бұл оларды қолмен іске қосылатын жүйелерде, мысалы, қолмен қоректендірілген машиналарда қолдануға жарамсыз етеді. Тиісті сервомотордың статикалық айналым күші мен цифрлық басқаруын қарсы тұру және өтемақы жасау мүмкін, бірақ қолмен бұрылатын механизмдерге жағымсыз мінез-құлықты болдырмау үшін қосымша механизмдер қажет болады. Мұндай жағымсыз мінез-құлық машинаны басқаруды жоғалтудан бастап, өздігінен тамақтануға дейін (машинаның құралы оператордың басқару кірісісіз осьтердің қозғалысына әкеледі) және күтпеген күш оператордың аяқ-қолдарына дейін жеткізілуі мүмкін және жарақат алу қаупі бар қауіпті жағдайларда болуы мүмкін. Қарапайым қорғасын бұрандалар кері жұмыс істеуге қарсылық танытады немесе тіпті тыйым салады, сондықтан олар қолмен жұмыс істегенде әлдеқайда қауіпсіз және сенімді. Acme қорғасын бұрандасын кері қозғауға қажетті күштің мөлшері механизмді жоюға, машинаны қозғалмайтын етіп, операторға қауіп төндіруден бұрын қауіпті күшті сіңіруге жеткілікті. Айналып жатқан шарлар бұранда мен түйіршіктің жіп түрінде жүреді, ал шарлар әр түрлі қайтару механизмдері арқылы қайта айналады. Егер шарлы түйіршікте қайту механизмі болмаса, онда шарлар түйіршіктің соңына жеткенде, түйіршіктің соңына түсіп кетеді. Осы себепті бірнеше түрлі қайта айналым әдістері әзірленді. Сыртқы шарлы жаңғақ кішкентай саусақты пайдалану арқылы жарыс жолынан шарларды алатын мөрленген түтікшеден тұрады. Шақтар түтік ішінде жүреді, содан кейін қайтадан жіптің жолағына орналасады. Ішкі түймелі шаршаудың машинамен немесе құймалы түймелі стилі бар, ол шарлардың жарыс жолынан шығуына және бір жіпті жылжытып, кейін жарыс жолына қайта кіруге мүмкіндік береді. Аяқтағы қақпақ қайтарым шаршақшаның аяғында қақпақ болады. Қақпақ түйіршіктің ұшынан шығатын шарларды жинап, оларды түйіршіктің астына көлденең бұрылатын тесіктерге бағыттауға арналған. Қамырдың екінші жағындағы толығымен жабылатын қақпақ доптарды қайтадан жарысқа бағыттайды. Қайта оралатын шарлар елеулі механикалық жүктемеге ұшырамайды және қайта оралу жолы инъекциялық қалыпталған төмен сүргіш пластмасса бөлшектерін қамти алады. Шарық бұранда көптеген ұқсас жүйелерге қарағанда айтарлықтай көп бөлшектерді және беткі өзара әрекеттестіктерді қамтиды. Негізгі қорғасынды бұранда тек қатты білік пен қарапайым жұптасу геометриясы бар қатты түйіршіктен тұрады, ал шар бұрандасы арқалық шарлардың әрекетін жеңілдету үшін дәл қалыптастырылған қисық контурлар мен көп бөлшекті құрастырмаларды қажет етеді. Бұл оларды өндіруді және кейде күтіп-ұстауды қымбат етеді және егер аппаратқа дұрыс күтім жасалмаса, бұзылуға мүмкіндік береді.

Операция

Олардың нақтылығын сақтап, ұзақ өмір сүру үшін лас заттар мен абразивті бөлшектерден аулақ болу үшін үлкен күтім қажет. Бұл жұмыс беттерін толық немесе ішінара қоршау үшін резеңке немесе былғарыдан жасалған балғаларды пайдалану арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Басқа шешім - оларды жартылай жабық немесе ашық корпуста қолданғанда, сүзгіленген ауаның оң қысымын қолдану. Ығысуды азайта отырып, шарлы бұрандалар кейбір алдын ала жүктемемен жұмыс істей алады, бұл кіріс (айналма) мен шығыс (сызықтық қозғалыс) арасындағы кері әсерді (керісін) тиімді болдырмайды. Бұл ерекшелік оларды компьютерлік басқарудағы қозғалыс басқару жүйелерінде, мысалы, CNC машина құралы және жоғары дәлдікті қозғалыс қолданбаларында (мысалы, сымдарды біріктіру) қолданғанда өте маңызды. Шарлардың қалыпты шарлы подшипниктегідей дұрыс айналу әрекеті үшін шар бір бағытта жүктелген кезде бір нүктеде түйіршікпен, бір нүктеде бұрандамен жанасуы қажет. Іс жүзінде, көпшілігі шар бұрандалар жарық жүктемесімен жабдықталған, сондықтан шарда төрт нүктеде, екеуі түйіршікпен жанасатын және екеуі бұрандамен жанасатын, кем дегенде, аз жүктеме болады. Бұл шардан сәл үлкен радиусы бар жіп профилін қолдану арқылы жүзеге асырылады, радиустардағы айырмашылық шағын сақталады (мысалы, жазық беттері бар қарапайым V жіп жарамсыз), сондықтан байланыс нүктесі айналасындағы серпімді деформация кішкентай, бірақ нөлдік емес байланыс алаңы алуға мүмкіндік береді, кез келген басқа да доңғалақты элемент подшипниктері сияқты. Осы мақсатта, жіптер әдетте "готикалық арка" профилі ретінде өңделеді. Егер қарапайым жартылай шеңберлі жіп профилі қолданылса, онда тек екі нүктеде ғана, сыртқы және ішкі жиектерде, олар осьтік жүктемеге төтеп бере алмайды. Белгілі бір қолданба үшін кері әсерді жою және оңтайлы қаттылық пен тозу сипаттамаларын алу үшін әдетте алдын ала жүктеменің бақыланатын мөлшері қолданылады. Бұл кейбір жағдайларда бөлшектерді құрастыру арқылы орындалады, сондықтан шарлар құрастырылған кезде "жапсырмалы" болады; дегенмен, бұл алдын ала жүктемені нашар бақылайды және тозуға мүмкіндік беру үшін реттей алмайды. Шарық түйіршікті механикалық тығыз байланысқан екі бөлек түйіршік ретінде жобалау, бір түйіршікті екіншісіне қатысты айналдыру арқылы, яғни салыстырмалы осьтік орын ауыстыруды жасау арқылы, немесе екі түйіршікті де осьтік түрде тығыз ұстап, бірін екіншісіне қатысты айналдыру арқылы, оның шарлар жиынтығы алдын ала жүктемені жасау үшін осьтік түрде орын ауыстыру арқылы реттеу.

Өндiру

Шарлы бұрандалы біліктерді дөңгелету арқылы жасауға болады, бұл азырақ дәл, бірақ арзан және механикалық тиімді өнімді береді. Бұрандалы шарлы бұрандалардың бір аяққа бірнеше мыңда бір дюймдік дәлдіктері бар. Шарық бұрандалар "дәлдігі" С0 (ең дәл) -дан С10-ға дейінгі "дәлдігі" бойынша жіктеледі. Жоғары дәлдігі бар бұрандалы біліктер әдетте бір сантиметрге бір мыңдығына (830 нанометр) немесе одан да жақсы дәлдікте болады. Олар тарихи түрде ірі пішінді, қаптаманы қатайтып, содан кейін ұнтақталған. Үш қадамдық процесс қажет, өйткені жоғары температурада өңдеу жұмыс бөлігін бұзады. Қатты айналдыру - бұл жұмыс отынның қызуын азайтатын және қаптамасы қатайтылған штангадан дәл бұрандалар шығаратын соңғы (2008) дәлдікті өңдеу әдісі. Құрал сапалы бұрандалы біліктері әдетте сантиметрге 250 нанометрге дәл келеді. Олар оптикалық қашықтықты өлшейтін құралдармен және арнайы құралдармен жабдықталған дәлдікті фрезерлік машиналарда шығарылады. Осыған ұқсас машиналар оптикалық линзалар мен айналарды өндіруде қолданылады. Құралдың бұрандалы біліктері, әдетте, температураның толеранттылықты тым өзгертуіне жол бермеу үшін Инвардан жасалады.

Қолданбалар

Шарық бұрандалар ұшақтар мен зымырандарда басқару беттерін, әсіресе электрлі ұшқыштарда, электр қозғалтқышынан рульдің осьтік қозғалысына айналу қозғалысын аудару үшін автомобиль серверлік басқаруда қолданылады. Олар сондай-ақ машина құралында, роботтарда және дәл құрастыру жабдықтарында қолданылады. Жоғары дәлдікті шар тәрізді бұрандалар жартылай өткізгіштерді өндіру үшін қадамдық құрылғыларда қолданылады. Джеймс Вебб ғарыш телескобындағы Деплойбель мұнарасының құрамын (DTA) кеңейту үшін шарлы бұранда қолданылады. Сонымен қатар, TerraPower-тің натрий реакторында бақылау таяқшасы механизмі ретінде шарлы бұранданы пайдалану жоспарланып отыр.

Ұқсас жүйелер

Айналатын таяққа негізделген сызықтық іске қосудың тағы бір түрі - жіпсіз шар тәрізді бұранда немесе "өңдеулі сақиналық қозғалтқыш". Бұл конструкцияда үш немесе одан да көп дөңгелекті подшипниктер сымметриялық түрде тегіс (тігіссіз) іске қосушы таяқшаны немесе білінді қоршап тұрған корпуста орналастырылады. Берингтер таяққа қарай бұрышта орнатылады, ал бұл бұрыш таяқтың айналуындағы сызықтық қозғалыстың бағыты мен жылдамдығын анықтайды. Бұл конструкцияның дәстүрлі шарлы немесе жетекті винттерге қарағанда артықшылығы - алдын ала жүктелетін ұңғымалардан туындаған кері әсер мен жүктемені практикалық түрде жою.