Pour éviter d'atteindre la vitesse critique d'une vis à billes, calculez d'abord la vitesse de rotation requise par la vitesse linéaire cible. Comparez-la ensuite avec la vitesse critique de l'arbre de vis, la vitesse admissible de l'écrou à bille basée sur le DN et les limites des roulements de support, de l'accouplement et du moteur.
La vitesse de fonctionnement autorisée est déterminée par la plus basse de ces limites. Pour une vis rotative longue, la vitesse critique de l’arbre est souvent le facteur déterminant car elle diminue rapidement à mesure que la longueur de la vis non supportée augmente.
Qu'est-ce que la vitesse critique d'une vis à billes ?
La vitesse critique est la vitesse de rotation à laquelle l'arbre de vis en rotation s'approche de l'une de ses fréquences de flexion naturelles. À cette vitesse ou à proximité, l'arbre peut résonner et développer de graves vibrations latérales, communément décrites comme un fouet à vis.
Les conséquences possibles incluent :
- Augmentation rapide des vibrations et du bruit ;
- Erreurs de positionnement et de finition de surface instables ;
- Charge supplémentaire sur l'écrou à bille et les roulements de support ;
- Dommages à l’accouplement, au joint ou au roulement ;
- Flexion permanente ou défaillance mécanique dans les cas graves.
La vitesse critique n'est pas un régime fixe pour toutes les vis à billes. Il change en fonction du diamètre de la racine de la vis, de la longueur non supportée, de l'état du support d'extrémité, de la rectitude, de l'alignement de l'installation et de la masse en rotation.
La longueur de vis non supportée et la rigidité du support d'extrémité affectent fortement la vitesse critique d'une vis à billes en rotation.
La vitesse critique n'est pas la seule limite de vitesse
Une vis peut rester en dessous de la vitesse critique de son arbre tout en dépassant la vitesse autorisée du système de circulation des billes. La sélection complète doit donc comparer plusieurs limites.
| Limitation de vitesse | Ce qu'il protège | Principales entrées |
|---|---|---|
| Vitesse critique de l'arbre à vis | Empêche la résonance de l'arbre et le fouet latéral | Diamètre de la racine, longueur non supportée et disposition des supports d'extrémité |
| Vitesse admissible basée sur le DN | Protège le système de circulation de la balle et l'écrou d'une vitesse excessive de la balle | Diamètre du cercle à billes, structure de l'écrou et vitesse de rotation |
| Vitesse de support | Empêche la température excessive des roulements et les dommages prématurés aux roulements | Type de roulement, précharge, lubrification et structure de l'unité de support |
| Limite moteur et accouplement | Maintient une transmission et un contrôle stables | Vitesse du moteur, valeur nominale de l'accouplement, inertie et accélération |
Étape 1 : Convertir la vitesse linéaire en vitesse de rotation de la vis
La vitesse de vis requise est calculée à partir de la vitesse linéaire cible et du pas de la vis à billes :
n = v × 1 000 / p
n = vitesse de vis en tr/min
v = vitesse linéaire en m/min
p = pas de vis à billes en mm/tour
Par exemple, un axe nécessitant une vitesse linéaire de 20 m/min aurait besoin de :
| Fil de vis à billes | Vitesse linéaire cible | Vitesse de vis requise |
|---|---|---|
| 5 millimètres | 20 m/min | 4 000 tr/min |
| 10 millimètres | 20 m/min | 2 000 tr/min |
| 20 millimètres | 20 m/min | 1 000 tr/min |
Cet exemple montre pourquoi une avance plus grande peut aider un axe à grande vitesse à rester en dessous de sa limite de rotation. Cela ne prouve pas que le pas de 20 mm soit automatiquement adapté : le couple, la capacité de charge, la résolution de positionnement, la vitesse de circulation des écrous et l'accélération doivent encore être vérifiés.
Étape 2 : Confirmez la longueur de vis non prise en charge
La vitesse critique est très sensible à la longueur non supportée entre les points d'appui effectifs des roulements. La relation est d'environ :
Vitesse critique ∝ diamètre de racine ÷ longueur non supportée2
Étant donné que le terme de longueur est au carré, l'augmentation de la longueur non supportée peut réduire la vitesse critique beaucoup plus sévèrement que prévu. Utilisez la distance entre les points d'appui efficaces des roulements, et pas seulement la course commandée de la machine ou la longueur totale de coupe de la vis.
Incluez également :
- Les sections de vis entre la course de l'écrou et les roulements de support ;
- La longueur des extrémités d'arbre usinées qui affectent la position du roulement ;
- Toute section en surplomb au-delà du roulement ;
- L'emplacement réel et la rigidité des supports fixes et flottants.
Étape 3 : Utilisez le diamètre de racine correct
Les calculs de vitesse critique utilisent normalement le fond de vis ou le diamètre mineur, et non le diamètre extérieur nominal imprimé dans le numéro de modèle. Par exemple, une vis à billes de diamètre nominal de 25 mm a un diamètre de racine plus petit une fois la rainure à bille formée.
L’utilisation du diamètre nominal au lieu du diamètre de calcul réel entraînera une surestimation de la rigidité de l’arbre et de la vitesse critique. Obtenez le diamètre de la racine à partir des données techniques du fabricant ou du dessin de vis confirmé.
L'augmentation du diamètre de la vis augmente généralement la rigidité en flexion et la vitesse critique, mais elle augmente également l'inertie de rotation, la demande du moteur, la taille et le coût de l'unité de support. Le choix du diamètre doit donc être vérifié en même temps que l'accélération et la capacité du moteur.
Étape 4 : Vérifiez l'arrangement de support final
La vitesse critique dépend de la manière dont l'arbre de vis est contraint aux deux extrémités. Un agencement de support plus rigide fournit normalement une vitesse critique plus élevée qu'une vis avec une extrémité libre ou mal supportée.
| Condition de prise en charge | Capacité de vitesse critique relative | Note pratique |
|---|---|---|
| Fixe-gratuit | Le plus bas | Généralement inadapté à une vis longue et rotative à grande vitesse |
| Pris en charge–pris en charge | Supérieur à fixe – gratuit | Les performances réelles dépendent du jeu du roulement et de la rigidité du boîtier |
| Fixe-pris en charge | Disposition pratique commune | Le côté fixe contrôle la position axiale ; le côté flottant supporte l'extrémité opposée |
| Fixe-fixe | La plus élevée parmi les conditions finales courantes | Nécessite un alignement minutieux et une conception à dilatation thermique |
Les étiquettes de support seules ne suffisent pas. Des ajustements de roulements lâches, un serrage incorrect des contre-écrous, des boîtiers flexibles ou de mauvaises surfaces de montage peuvent rendre une installation moins rigide que la disposition de support théorique.
Fournitures DLYUnités de support de vis à billes BK/BF, FK/FF et EK/EFqui peut être adapté en fonction du diamètre de la vis, de l'usinage de l'extrémité de l'arbre et de la disposition de l'installation.
Les calculs de vitesse critique doivent utiliser la distance effective entre les points d'appui réels des roulements.
Étape 5 : Appliquer la marge de sécurité correcte
Ne travaillez pas délibérément à la vitesse de résonance théorique. La valeur de fonctionnement admissible doit inclure le facteur de sécurité spécifié par le fabricant de la vis à billes ou la méthode de calcul.
Certaines méthodes de calcul du catalogue multiplient déjà la vitesse critique théorique par un facteur de sécurité tel que 0,8. Vérifiez la définition avant d'appliquer un facteur supplémentaire, sinon la marge de sécurité pourrait accidentellement être comptée deux fois.
Le réglage final de la vitesse doit également prendre en compte :
- Tolérances de fabrication et d’installation ;
- Rectitude et équilibre des vis ;
- État de l’accouplement et des roulements ;
- Accélérations, décélérations et survitesses transitoires ;
- Modifications de la structure de la machine lors d'un fonctionnement à long terme.
Moyens pratiques pour augmenter la vitesse linéaire sûre
| Changement de conception | Pourquoi ça aide | Compromis à vérifier |
|---|---|---|
| Utiliser un diamètre de vis plus grand | Augmente la rigidité à la flexion de l'arbre et la vitesse critique | Inertie, demande du moteur, taille et coût plus élevés |
| Réduire la longueur non prise en charge | Augmente fortement la vitesse critique car la longueur est un terme au carré | Course, position du roulement et jeu de course de l'écrou |
| Utilisez une laisse plus grosse | Produit la même vitesse linéaire à un régime de vis inférieur | Couple d'entraînement, résolution, type d'écrou et limite DN |
| Améliorer la rigidité du support | Augmente le coefficient de fixité d'extrémité effectif | Précharge, alignement et dilatation thermique des roulements |
| Limiter la vitesse du moteur dans le contrôleur | Empêche la survitesse en régime permanent et commandée | Temps de cycle de processus réel |
| Utilisez un agencement à écrou rotatif | Maintient un long arbre de vis stationnaire et évite le fouet de l'arbre rotatif | Structure plus complexe d'entraînement des écrous, de roulements et de lubrification |
Pour les applications conventionnelles à vis rotative, les DLYoptions de vis à billes à grande vitessepeut être révisé en fonction du diamètre requis, du pas, de la vitesse, de la course et de la structure de l'écrou. La vitesse de rotation autorisée du produit doit encore être vérifiée pour l'installation réelle.
Pour un axe très long où la vitesse critique de l'arbre rotatif devient la principale limitation, unjeu de vis à billes à écrou rotatifpeut être envisagé car la longue tige de vis reste stationnaire pendant que l'écrou tourne.
Problèmes d'installation pouvant ressembler à des vibrations à vitesse critique
Toutes les vibrations à grande vitesse ne signifient pas que la vitesse critique calculée a été atteinte. Des symptômes similaires peuvent résulter de :
- Désalignement entre les unités moteur, accouplement, vis et support ;
- Un arbre de vis plié ou une erreur de rectitude excessive ;
- Boîtiers de roulement ou boulons de montage desserrés ;
- Précharge incorrecte des roulements ou serrage du contre-écrou ;
- Un accouplement déséquilibré ou un composant rotatif ;
- Composants de circulation de billes endommagés ;
- Un problème de réglage d'asservissement ou de résonance structurelle ailleurs dans la machine.
Si des vibrations se produisent à un régime répétable, réduisez la vitesse et vérifiez l'ensemble complet avant de continuer l'utilisation. Ne traversez pas à plusieurs reprises une plage de résonance sévère simplement pour confirmer le bruit.
Informations nécessaires pour un contrôle de vitesse
Pour évaluer une vis à billes en termes de vitesse critique et de fonctionnement à grande vitesse, préparez :
- Modèle de vis à billes et diamètre nominal ;
- Diamètre réel de la racine ou dessin complet de la vis ;
- Lead et nombre de démarrages de thread ;
- Longueur totale de la vis et longueur non supportée ;
- Course efficace et vitesse linéaire requise ;
- Disposition de support côté fixe et côté flottant ;
- Vitesse maximale du moteur et profil d'accélération ;
- Charge de fonctionnement et sens d'installation ;
- Type d’écrou à bille et limite DN du fabricant.
Dans la sélection pratique, la longueur totale de la vis ne suffit pas à elle seule. DLY a normalement besoin de la course effective, des positions de support, du dessin d'usinage final, de la vitesse d'avance et de la vitesse cible pour vérifier si la configuration de vis à billes proposée est appropriée.
Conclusion
Éviter la vitesse critique de la vis à billes commence par calculer le régime réel requis pour la vitesse linéaire cible. Ce régime doit alors rester inférieur à la valeur admissible déterminée par la vitesse critique de l'arbre, la limite DN, les roulements de support, l'accouplement et le moteur.
Pour les axes longs ou à grande vitesse, les changements les plus efficaces consistent généralement à augmenter le diamètre de la vis, à réduire la longueur non supportée, à améliorer le support d'extrémité, à augmenter l'avance ou à maintenir la vis stationnaire avec une structure à écrou rotatif. La conception finale doit également être vérifiée en termes de capacité de charge, de rigidité, de précision, d'accélération et de dilatation thermique.
Besoin d'aide pour vérifier la vitesse critique d'une vis à billes ?
Envoyez le diamètre de la vis, le pas, la longueur non supportée, la disposition du support, la vitesse linéaire cible et le dessin d'usinage d'extrémité à DLY pour confirmation des spécifications.
E-mail:dlyexport2@dlybearing.com
