VITI A RICIRCOLO DI SFERE

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1 VITI A RICIRCOLO DI SFERE

2 Indice 1.1 Tipo di ricircolo pag Profilo del filetto pag Materiali pag Lubrificazione pag Protezione del filetto pag Deviazione del passo pag Tolleranze di posizione pag Capacità di carico pag Durata di vita pag Velocità e carico medio pag Rendimento pag Coppia e potenza pag Velocità periferica pag Velocità critica pag Carico di punta pag Smontaggio della chiocciola pag Montaggio delle sfere pag. 11 Modello: SFU (DIN FORMA B) pag. 12 Modello: SFE pag. 13 Modello: SFS (DIN FORMA B) pag. 14 High Speed Ball Screw Series - Supporto di estremità tipo FK pag Supporto di estremità tipo FF pag Supporto di estremità tipo BK pag Supporto di estremità tipo BF pag Supporto di estremità tipo EK pag Supporto di estremità tipo EF pag. 17 Lavorazioni codoli consigliate per unità supporto BK - FK - EK pag. 18 Lavorazioni codoli consigliate per unità supporto FF - EF - BF pag. 19 2

3 INTRODUZIONE Le viti rullate STAF prodotte utilizzando le tecnologie più avanzate di progettazione computerizzata vengono costruite con un processo di controllo in linea per garantire un alta qualità e affidabilità. Le viti a ricircolo di sfere rullate, sono ottenute attraverso un processo di rullatura a freddo (deformazione plastica) dell albero filettato, invece della comune operazione di tornitura e rettifica dello stesso. La chiocciola è ricavata per tornitura e finita di rettifica. Questo processo riduce in modo considerevole il costo di fabbricazione delle viti rullate rispetto alle viti rettificate. Le viti rullate vengono utilizzate in molti campi di applicazione e in tutti i tipi di costruzione meccanica. Campi di applicazione: Macchine punzonatrici Macchine a taglio laser Attuatori e Manipolatori Robotica Avvolgitori Macchina prova materiali Transfer Torni e fresatrici Macchine per stampaggio ad iniezione Macchine per la lavorazione del legno Presse piegatrici e cesoie Tavole e attrezzature per saldatura Macchine da stampa Macchine per imballaggio Macchine per la produzione della carta Elevatori Porte e cancelli automatici Comandi per apparecchiature medicali Letti di radiologia Letti per ospedali In questo catalogo forniamo tutte le informazioni tecniche necessarie per qualsiasi progetto che prevede il montaggio di viti rullate. I dati di di tolleranza, capacità di carico, ecc. sono secondo le norme DIN 69051, tutte le viti sono eseguite con filettatura destra e per alcune tipologie anche sinistra. 3

4 1.1 Tipo di ricircolo Le viti rullate STAF sono costruite con la tecnologia ad uno o più principii con ricircolo interno delle sfere nella chiocciola. Nel ricircolo interno ad un principio (fig. 1), l intera pista di rotolamento della chiocciola è suddivisa in tanti ricircoli percorsi dalle sfere a ciclo chiuso che, al termine di ogni giro, vengono ricondotte nella posizione iniziale attraverso un deflettore definito pastiglia di ricircolo. Nel ricircolo interno a più principi (fig. 1/a), il tubo di ricircolo viene ricavato all interno della chiocciola, permettendo il trasferimento tangenziale delle sfere dalla pista al condotto di ricircolo e viceversa. L azione di rotazione delle sfere da un minimo attrito, un alta efficienza e affidabilità di funzionamento. VITE CHIOCCIOLA VITE CHIOCCIOLA DEFLETTORE CONDOTTO DI RICIRCOLO SFERE SFERE (fig. 1) (fig. 1/a) 1.2 Profilo del filetto Tutte le viti rullate STAF sono costruite con un disegno specifico di profilo del filetto, per ottenere la massima prestazione di lavoro e capacità di carico. Entrambe le piste nella vite e nella chiocciola hanno un profilo ogivale, ad arco gotico. In condizioni di carico lo spostamento assiale determina l angolo di contatto di forza ac, in due punti di contatto F opposti e il gioco assiale jl. (fig. 2) 4 (fig. 2)

5 2.1 Materiali Le viti rullate STAF sono costruite con acciai speciali temperati che garantiscono un elevato rendimento. La durezza delle piste è molto importatnte per assicurare la massima capacità di carico e la durata del sistema. 2.2 Lubrificazione (fig. 3 Tavola materiali) Un adeguata lubrificazione è essenziale per mantenere basso attrito, per ridurre l usura e per proteggere le viti dall ossidazione. Nella lubrificazione a grasso è consigliabile utilizzare il sapone di litio, ogni 200/1000 ore di lavoro, a seconda delle condizioni di funzionamento. Quando si utilizza una lubrificazione ad olio, questa può essere continua o intermittente; nel secondo caso può essere stimata tra 1 e 25 cm 3 /ora, a secondo del tipo della chiocciola, velocità e carico di lavoro. Utilizzando il sistema a nebbia d olio, la lubrificazione può essere stimata in una quantità tra 6 e 120 gocce al minuto. Non usare in nessun caso lubrificanti che contengano addittivi al bisolfuro di molibdeno o grafite. La viscosità varierà di grado in base alla temperatura, velocità, ecc.; i valori indicativi sono evidenziati nella fig. 4. Viscosità più alte possono essere utilizzate per viti di minor diametro. 2.3 Protezione del filetto (fig. 4 Tavola orientativa della viscosità) Tutte le chiocciole STAF vengono fornite con protezioni del filetto (parapolvere) su entrambe le estremità. Il loro profilo è accoppiato al filetto della vite per evitare l ingresso di corpi estranei nella zona delle sfere. Il materiale utilizzato è politetrafluoroetilene (PTFE) con un coefficiente di attrito molto basso e un altra resistenza chimica. 5

6 3.1 Deviazione del passo La deviazione del passo sul valore nominale (corsa nominale) è una delle principali caratteristiche delle viti rullate. La deviazione del passo e è la differenza tra la corsa nominale e la corsa media; la corsa media è il centro di due parallele nei limiti della corsa reale. La larghezza della banda V300 è la variante nella corsa di 300 mm. parallela alla corsa media (fig. 5). Le viti rullate STAF sono concepite come unità di posizionamento, e vengono costruite in classe di precisione T7 (fig. 6). 3.2 Tolleranze di posizione (fig. 5 Deviazione del passo) (fig. 6 Tolleranze del passo) La posizione geometrica degli elementi delle viti rullate garantisce un montaggio e un funzionamento perfetto dell insieme. La fig. 7 mostra i tipi di deviazione in specifiche condizioni. Le tolleranze t di ogni controllo sono indicate per ciascun tipo nella fig. 8. (fig. 7 Deviazioni geometriche) 6 (fig. 8 Tavola tolleranze di posizione)

7 4.1 Capacità di carico CARICO DINAMICO Ca: è il carico assiale concentrico all asse, costante e unidirezionale, con il quale un gruppo sufficiente di identiche viti rullate raggiungono una durata di vita di 1 milione di giri. CARICO STATICO Coa: è il carico assiale concentrico all asse, applicabile all insieme in regime di riposo, che causa una deformazione permanente di 0,0001 x diametro sfere, tra queste e le piste di rotazione. La capacità di carico delle viti rullate STAF è indicata nella tabella per ogni tipo di chiocciola, con le sue caratteristiche e dimensioni. 4.2 Durata di vita La durata di vita nominale è definita dal numero di giri raggiunto dal 90% di un gruppo sufficiente di identiche viti a sfera, prima dell apparizione dei primi segni di affaticamento del materiale. La durata di vita nominale è espressa L (giri) oppure L h (ore). L = Ca Fm 3 L L h = nm f n 60 L = durata di vita (giri) L h = durata di vita (ore) Ca = capacità di carico dinamico (N) F m = carico medio (N) N m = velocita media (min 1 ) f n = fattore di utilizzo 3 Ca = 0,01 L h F m 3 n m f n 60 F n = funzionamento della vite funzionamento della macchina 4.3 Velocità e carico medio Nel ciclo di lavoro di una macchina, la velocità e il carico possono essere variabili. Per calcolare la durata di vita si applicano i seguenti valori medi. Con velocità variabile (fig. 9). La velocità media n m è: q 1 q 2 q 3 n m = n 1 + n 2 + n Con velocità variabile e velocità costante (fig. 10). Il carico medio F m è: 3 q 1 q 2 q 3 3 F m = F 1 + F F (fig. 9) Con velocità variabile e velocità variabile (fig. 10). Il carico medio F m è: 3 n 1 q 1 n 2 q 2 n 3 q F m = F 1 + F 2 + F n m 100 n m 100 n m 100 (fig. 10) 7

8 5.1 Rendimento Nelle viti rullate il coefficiente d attrito è molto basso ed è dovuto al rotolamento tra gli elementi. Questa è la ragione per cui si è ottenuto un alto rendimento meccanico, vicino al 100%. La fig. 11 indica la differenza di rendimento tra le viti a sfere e le viti con filettatura trapezia convenzionale. 5.2 Coppia e potenza (fig. 11 Rendimento) Quando si progetta una macchina, uno dei fattori principali è la coppia motore necessaria per l azionamento degli assi. È necessario conoscere tutti i valori di carico che influenzano le viti per selezionare il motore adeguato. Ci sono due principali sistemi di azionamento che variano nella forma di attacco al motore. a.- Coppia necessaria per spostare un altro elemento (per convertire la rotazione in traslazione) F max Ph S M a = 2000 p η Potenza motrice necessaria P a = M a = Coppia necessaria (Nm) F max = Carico del punto max (N) Ph = Passo del filetto (mn) S = Fattore di sicurezza (1,25 2) η = Rendimento meccanico ( 0,9) 5.3 Velocità periferica M a n 9550 P a = Potenza motrice (Nm) n = Giri (min 1 ) M a = Coppia prodotta (Nm) F a = Forza applicata (N) η = Rendimento meccanico ( 0,7) b.- Coppia generata applicando una forza assiale (per convertire la traslazione in rotazione) F a Ph S η M a = 2000 p La velocità ammissibile n max nella zona delle sfere ha un valore limitato, risultante dal diametro della vite moltiplicato per i giri al minuto (Dpw n 1 ). Questi valori sono: per le chiocciole serie 10 e 12; per le chiocciole serie 14 e n max = (Serie 10 e 12) Dpw n max = (Serie 10 e 12) Dpw

9 6.1 Velocità critica È importante che la vite rullata funzioni ad una velocità inferiore a quella della sua frequenza naturale di vibrazioni, che produce forze non bilanciate. La velocità critica di una vite dipende dal suo diametro, lunghezza e tipologia di supporti. Nella fig. 12 sono indicate le velocità critiche delle viti standard. Quando questa velocità è determinata dal diagramma, si applica un fattore di correzione che dipende dai supporti della vite, fig. 13. n ad = n cr f c f s n ad = Velocità massima ammissibile (min 1 ) n ad = Velocità critica (min 1 ) f c = Fattore di correzione del supporto f s = Fattore di sicurezza (0,8) (fig. 12 Diagramma della velocità critica) FISSO - LIBERO SUPPORTATO - SUPPORTATO FISSO - SUPPORTATO (fig. 13 Supporti velocità critica) FISSO - FISSO 9

10 7.1 Carico di punta Quando si applica una compressione su una vita a sfera, questa si può deformare prima di raggiungere la capacità di carico statico Coa. Il carico di compressione che una vite può sopportare dipende dal suo diametro, lunghezza e tipo di supporti. Attraverso il diagramma della fig. 14 si può determinare il massimo carico di punta; viene poi applicato un fattore di correzione in base ai supporti del terminale, fig. 15. F ad = F ku f k f s F ad = Massimo carico ammissibile F ku = Carico di punta (KN) f k = Fattore di correzione supporti f s = Fattore di sicurezza (0,8) (fig. 14 Diagramma carico di punta) 10 (fig. 15 Supporti carico di punta)

11 8.1 Smontaggio della chiocciola Nel caso sia necessario togliere la chiocciola dalla vite, si può eseguire questa operazione con l aiuto di un tubo avente le seguenti caratteristiche: Il diametro interno dovrà essere uguale al diametro del terminale vicino al filetto; il diametro esterno sarà uguale a d3 e la sua lunghezza dovrà essere il 50% superiore alla lunghezza della chiocciola. Procedura per l esecuzione: 1. Posizionare il tubo sull estremo della vite (fig. 16), svitare la chiocciola fino a quando sia totalmente sul tubo. 2. Fissare assialmente la chiocciola sul tubo con un nastro adesivo. Rimuovere dalla vite. Per rimontare la chiocciola, invertire questa procedura facendo particolare attenzione al parapolvere all inizio del filetto. La chiocciola deve girare senza interferenze. (fig. 16) (fig. 17) 8.2 Montaggio delle sfere Se accidentalmente le sfere dovessero uscire dai loro circuiti, queste devono essere recuperate, pulite e rimontate come segue: 1. Usare il tubo descritto al punto 8.1, posizionandolo dentro la chiocciola verticalmente. Fissarlo in una morsa lasciando visibile il primo circuito più basso. 2. Con una pinzetta mettere le sfere nel circuito (fig. 18) facendo molta attenzione ad inserire tutte le sfere nello spazio tra i deflettori (fig. 19). Sollevare il tubo al prossimo circuito seguendo la stessa procedura fino a che tutti i circuiti della chiocciola sono completi. 3. Montare la chiocciola come descritto al punto 8.1. In caso di chiocciola a più principi, montare il coperchio di ricircolo inferiore con il suo anello. Riempire tutti i circuiti con le sfere e montare il coperchio di ricircolo superiore con le sfere impregnate di grasso e fissarlo con il suo anello. (fig. 18) (fig. 19) 11

12 Modello: SFU (DIN FORMA B) B) Q Foro di lubrificazione A W Fino a mod. SFU Dal mod. SFU I: Passo Da: Dia. Sfera n: N di ricircoli K: Stiffness (Kg/μm) Ca: Capacità di carico dinamico (Kgf) Coa: Capacità di carico statico (Kgf) Modello Dimensioni Fornibili anche con passo sinistro 12

13 Modello: SFE Q Foro di lubrificazione I: Passo Da: Dia. Sfera n: N di ricircoli K: Stiffness (Kg/μm) Ca: Capacità di carico dinamico (Kgf) Coa: Capacità di carico statico (Kgf) Modello Dimensioni 13

14 Modello: SFS (DIN FORMA B) High Speed Ball Screw Series Q Foro di lubrificazione Fino a mod. SFS03232 Dal mod. SFS04005 I: Passo Da: Dia. Sfera n: N di ricircoli K: Stiffness (Kg/μm) Ca: Capacità di carico dinamico (Kgf) Coa: Capacità di carico statico (Kgf) Modello Dimensioni 14

15 FK 4x Øy - profondità = z Modello FF 4x Øy - profondità = z Modello 15

16 BK 4x Øy - profondità = z Modello BF 2x Øy - profondità = z Modello 16

17 EK 2x Øy - profondità = z 2x Modello EF 2x Øy - profondità = z 2x Modello 17

18 Lavorazioni codoli consigliate per unità supporto BK - FK - EK Tipo di supporto Diametro Vite Codolo Cuscinetto Filettatura per ghiera d A B E F M S BK M10X1 12 BK M12X1 12 BK M15X1 12 BK 17 20/ M17X1 14 BK 20 25/ M20X1 14 BK M25X BK M30X BK M35X BK M40X Tipo di supporto Diametro Vite Codolo Cuscinetto Filettatura per ghiera d A B E F M S FK 6 EK M6X FK 8 EK M8X1 10 FK 10 EK 10 10/12/ M10X1 12 FK 12 EK 12 14/ M12X1 12 FK 15 EK 15 20/ M15X1 12 FK 20 EK 20 23/ M20X1 14 FK M25X FK M30X

19 Lavorazioni codoli consigliate per unità supporto FF - EF - BF Modello Diametro vite Codolo cuscinetto d A FF 12 EF 12 BF FF 15 EF 15 BF 15 20/25 15 BF FF 20 EF 20 ( BF 20) NOTE FF 30 BF BF Dimensioni Consigliate E B F G 12 9,6 9,15 1, ,3 10,15 1, ,2 13,15 1,15 18 (16) 19 15,35 (13,35) 1, ,6 17,75 1, ,75 1,75 19

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