Come fa una semplice vite a trasformarsi in un preciso sistema di controllo utilizzato nella robotica e nel settore aerospaziale? Questo articolo esplora l'affascinante meccanica delle viti a ricircolo di sfere, componenti chiave che convertono il moto rotatorio in moto lineare con elevata efficienza e precisione. Approfondiamo la loro struttura, il loro funzionamento e il loro ruolo critico in vari settori. Leggendo, capirete come le viti a ricircolo di sfere migliorano le prestazioni di ogni tipo di dispositivo, dai dispositivi medici alle linee di produzione automatizzate.
Vite a ricircolo di sfere
La vite a ricircolo di sfere è composta da diversi componenti, tra cui la vite, la chiocciola, le sfere in acciaio, il pezzo di precompressione, l'invertitore e il dispositivo antipolvere. La sua funzione principale è quella di convertire il moto rotatorio in moto lineare, trasformando il moto di scorrimento in moto di rotolamento.
Nel 1898 è stato introdotto per la prima volta il concetto di utilizzare sfere d'acciaio tra la chiocciola e la vite per convertire il contatto di scorrimento di una vite tradizionale in contatto di rotolamento. Questa modifica dell'attrito, da strisciante a volvente, ha permesso di trasformare il movimento rotatorio delle sfere d'acciaio nella chiocciola in movimento lineare, ottenendo una migliore conversione della coppia e riducendo i problemi di posizionamento e i danni rispetto alle viti tradizionali.
L'invenzione della vite a ricircolo di sfere è attribuita al texano Rudolph G. Boehm, che ne ottenne il brevetto statunitense nel 1929. Quando viene utilizzata come componente attivo, la chiocciola viene convertita in movimento lineare con l'angolo di rotazione della vite, guidato da specifiche. Il pezzo passivo può essere collegato alla madrevite attraverso un supporto per la madrevite.
L'assemblaggio della vite a ricircolo di sfere è tipicamente in acciaio e consiste in un dado femmina e in una vite con una scanalatura elicoidale che corrisponde alla scanalatura della vite.
La scanalatura all'interno della chiocciola contiene molte piccole sfere in acciaio al cromo. Circolando all'interno della chiocciola, le sfere garantiscono un movimento fluido lungo la vite, mentre un deflettore o sistema di ritorno trattiene le sfere e ne consente la circolazione attraverso la chiocciola.
Se abbinata a un motore, l'efficienza di una vite a ricircolo di sfere può raggiungere i 90%. Sono estremamente accurate, con una precisione di pochi millesimi di pollice per piede.
Le viti a ricircolo di sfere sono utilizzate da diversi settori industriali per un controllo preciso, tra cui quello aerospaziale, informatico, elettronico, automobilistico e medico.
Le viti a ricircolo di sfere sono spesso utilizzate nei processi di produzione, ad esempio nei robot, nelle linee di assemblaggio automatizzate, nelle attrezzature per la movimentazione dei materiali, nei trasportatori, nelle macchine utensili, nel controllo dei fili e nelle attrezzature di assemblaggio di precisione.
Il gruppo vite a ricircolo di sfere è costituito da una vite e da un dado, ciascuno dotato di una scanalatura a spirale complementare. Le sfere rotolano all'interno di queste scanalature, fungendo da unico punto di contatto tra il dado e la vite.
Quando la vite o la chiocciola ruota, le sfere vengono indirizzate dal deflettore verso il sistema di ritorno delle sfere all'interno della chiocciola. Attraverso il sistema di ritorno, le sfere si muovono continuamente fino all'estremità opposta della chiocciola, per poi uscire nella pista filettata della vite e della chiocciola e circolare ripetutamente in un circuito chiuso.
La chiocciola svolge un ruolo fondamentale nel determinare il carico e la durata del gruppo vite a sfere. Il rapporto tra il numero di filetti del circuito della chiocciola e il numero di filetti della vite a ricircolo di sfere determina il componente che subirà il carico e la durata del gruppo. rottura per fatica (usura) prima.
I metodi di ritorno delle sfere utilizzati nelle chiocciole sono di due tipi: circolazione esterna e circolazione interna.
Nella circolazione esterna, le sfere ritornano all'estremità opposta del circuito attraverso un tubo di ritorno, che si estende oltre il diametro esterno della chiocciola.
dado a sfera con circolazione esterna
La circolazione interna prevede che le sfere passino o ritornino lungo la parete interna della chiocciola, che ha un diametro inferiore a quello esterno della chiocciola.
dado a sfera con circolazione interna
Nel caso della circolazione interna, la sfera segue un circuito rotante ed è costretta ad attraversare la parte superiore della filettatura della vite attraverso il sistema di ritorno. Si tratta di un sistema di ritorno interno del tipo a deflettore trasversale.
In una chiocciola con deflettore trasversale, le sfere ruotano una sola volta sull'albero e il circuito è chiuso da un deflettore (B) all'interno della chiocciola (C), che consente alle sfere di attraversare le scanalature adiacenti nei punti (A) e (D).
dado a sfera con circolazione interna
Quando una vite a sfere lunga ruota ad alta velocità, se il suo rapporto di snellezza raggiunge l'armonica naturale della dimensione dell'albero, può iniziare a vibrare. Questa è nota come velocità critica e può ridurre significativamente la durata di vita della vite a sfere. Per sicurezza, si raccomanda di non far funzionare la vite a una velocità superiore a 80% della sua velocità critica.
Componente dado a sfera di rotazione
In alcune applicazioni, sono necessarie lunghezze d'albero maggiori e velocità più elevate; in questi casi, è necessario l'uso di un gruppo di dadi a sfera rotanti.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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