مهره بال اسکرو (ballscrew nut )

 

سیستم بال اسکرو به شکلی است که با استفاده از یک شفت رزوه شده به همراه یک مهره و ساچمه ها  حرکت چرخشی را با اصطکاکی کم به حرکت خطی تبدیل می‌کند.

ساچمه ها با حرکت دورانی خود باعث می شوند حرکت با کمترین فشار صورت گیرد و مهره در طول شفت به راحتی رفت و برگشت داشته باشد.

ابن مکانیزم علاوه بر اینکه دارای اصطکاکی کم می باشد دارای تحمل بارهای رانشی بالا نیز می باشد .

ساختار بال اسکرو با تلورانس بسیار کمی ساخته می شود و به همین دلیل برای استفاده در شراطی که دقت بالایی مورد نیاز است، مناسب می باشند.

پیش از اختراع بال اسکرو از سیستم لیداسکرو ( leadscrew ) استفاده می‌شد. لیداسکرو سیستمی است شامل مهره وشفت  بدون استفاده از ساچمه.عدم وجود ساچمه دلیل اصطکاک بسیار زیاد آن بود و توان زیادی برای ایجاد حرکت نیاز داشت. با اختراع بال اسکرو نه‌تنها توان مصرفی در این مکانیسم کاهش یافت بلکه طول عمر قطعه نیز بسیار بیشتر شد.

از این قطعه مکانیکی به همراه بال اسکرو در صنایع مختلف از جمله هواپیما سازی ساخت CNC و … استفاده می شود.

ساچمه ها با جنس های متفاوتی تولید می شوند که می‌توان با توجه به شرایط محیطی، دما، فرکانس مورد استفاده، سرعتی که باعث ایجاد تنش می شود( سرعت بحرانی) و نوع فشاری که تحمل می کند، جنس و یا شکل و سایز ساچمه مهره را انتخاب کرد.

در مهره ها نیز خطا ( backlash ) و میزان فشار وارد بر مهره می ‌توانند مهمترین عوامل برای انتخاب مهره باشد.مهره های پیش تنیده ( preload ) خطا را به حداقل می رسانند و در فشار های بالا نیز عکس العمل مناسبی دارند.

 

کاربردها :

• بال اسکرو ها در صنایع هوایی (هواپیما ها و موشک ها) جهت کنترل دقیق باله ها و سطوح کنترلی کاربرد دارند.
• در فرمان برقی اتومبیل ها جهت تبدیل حرکت چرخشی موتور الکتریکی به حرکت محوری در جعبه فرمان استفاده می شوند.
• همچنین در ماشین ابزار ، تجهیزات مونتاژ ، رباتها و بخصوص ماشین های دقیق CNC کاربرد گستره دارند.

درواقع بال اسکرو ها در کنار استپر موتورها یکی از پرکاربرد ترین تجهیزات در صنعت می باشند که ترکیبی از دقت و کارایی بالا را ارائه می نمایند.

 

در اینجا انواع مهره های بال اسکرو را معرفی می کنیم:

• return-pipe

ساچمه های در حال چرخش در داخل رزوه های مابین مهره و شفت حرکت می کنند و در انتهای مسیر و از طریق یک لوله خارجی به ابتدای مسیر هدایت می شوند.

• deflector

یک مهره فشرده است که در آن یک  deflector ( منحرف کننده ) باعث ایجاد حرکت ساچمه ها اطراف شفت می گردد.

• End-cap

در این ساختار در انتهای مسیر ساچمه ها یک کانال تعبیه شده است که مسیر را تبدیل به منحنی بسته می کند.

ساچمه ها پس از رسیدن به انتهای مهره، از طریق این کانال به نقطه شروع خود بر خواهند گشت.

به همین علت سرعت حرکت مهره در این مکانیزم بیشتر است.

 

نکته :

با توجه به مکانیزم کاری مهره و بال اسکرو ها، حساس به آلودگی ، خاک و ذرات ساینده می باشند ، لذا جهت حفظ دقت ذاتی و اطمینان از طول عمر، باید تحت نگهداری و مراقبت قرار داشته باشند.

 

جمع بندی :

مزایا :

• اصطکاک کم و در نتیجه بازده مکانیکی بالا (بطور متوسط بازده 90 درصدی در مقایسه با لید اسکرو ها با بازده 20 الی 25 درصدی) .
• عدم اصطکاک مستقیم بین مهره و پیچ باعث افزایش طول عمر می گردد.
• تعمیر و نگهداری و نیاز به روغنکاری کمتر.
• کاهش هزینه های عملیاتی ، میتواند باعث جبران هزینه های مازاد اولیه گردد.
• در کاربردهایی که بار بصورت مداوم بر روی محور تغییر می کند (از نظر فشار بار و یا جهت حرکت آن) کارایی بسیار مطلوب دارد. (از جمله در ماشین ابزار های اتوماتیک مانند دستگاه های CNC )

معایب :

• با توجه به مکانیزم بال اسکرو ها و اصطکاک کم ، امکان جابجایی محور در اثر فشار بار یا وارد نمودن نیرو، وجود دارد. لذا ابزار مناسبی جهت ماشین ابزار های دستی نمی باشد. اما در استفاده های اتوماتیک ، بدلیل استفاده از سروو موتورها و قفل موقعیت آنها حتی در حالت آزاد ، این امر خنثی می گردد و بال اسکرو کارایی مطلوبی را ارائه می نماید.

 

منابع :

یک

دو