Tổng quan về vít me bi. các thành phần cấu tạo nên vít me bi

Xin chào các bạn.!

    Thật tuyệt vời khi được viết những bài chia sẻ những kiến thức, kinh nghiệm về ngành cơ khí được mình đúc kết từ thực tế quá trình làm việc, trau truốt từng bài viết để chia sẻ đến cộng đồng.

Trong tất cả các loại vít me sử dụng trong công nghiệp, vít me bi là loại luôn dẫn đầu, nó có nhiều lợi ích hơn là những lựa chọn: vít me con lăn và vít me thông thường. Đạt hiệu quả ít nhất 90%, vít me bi là một phương pháp hiệu quả về mặt kinh tế trong việc chuyển đổi từ chuyển động quay sang chuyên động tịnh tiến. Nó có thể được sử dụng để di chuyển những tải lớn với tốc độ cao nhưng vẫn đảm bảo được độ chĩnh xác. Hơn thế nữa, vít me bi có thể hiệu quả về kinh tế hơn so với các hệ thống thay thế khác như: thủy lực và khí nén.

Trục vít me bi được chú ý bởi khả năng di chuyển tải trọng lớn kèm độ chính xác vượt trội. Trong trường hợp này, chúng được dùng trong các hệ thống pin năng lượng hướng theo chuyển động của mặt trời với trọng lượng rất lớn

1. Vít me tuần hoàn là gì?

Vít me bi hay vít me tuần hoàn là một cơ cấu chấp hành trượt dẫn hướng, chức năng chính là chuyển đổi chuyển động quay sang chuyển động tịnh tiến với lực ma sát rất thấp gữa các bộ phận trượt tương đối lên nhau: vít me, bi, con trượt (đai ốc trượt). Các viên bi di chuyển tuần hoàn bên trong trục và đai ốc trượt có rãnh dạng xoắn ốc, hoạt động với độ chính xác cao.

Cơ cấu vít me có thể sử dụng trong trường hợp tải lớn. Việc chế tạo đảm bảo dụng sai rất thấp để có thể sử dụng cho các hệ thống yêu cầu độ chính xác cao. Các viên bi hoạt động khớp với đai đai ốc trượt và các rãnh xoắn ốc trên cây vít

Nói một cách đơn giản, vít me bi tuần hoàn giống như tất cả các trục vít ren chính xác, chỉ là một trục có rãnh xoắn ốc, hoặc các rãnh, để chuyển đổi chuyển động quay thông qua đai ốc cầu kết nối cố định thành chuyển động tuyến tính. Ngược lại, ví dụ trong trường hợp của một trục vít ren thông thường – chẳng hạn như một vít dẫn hướng – nửa đai ốc cố định sẽ trượt dọc theo các ren quay được đồng bộ hóa này kéo theo các phần kết nối với nó (chẳng hạn như một thanh trượt chéo được gắn trên một máy tiện trung tâm/ máy tiện ren), tạo ra chuyển động tuyến tính chính xác và tin cậy. Theo cách này, đó là cách một dạng trục vít ren- Acme điển hình hoạt động. (Acme-screwthread: trục vít ren-Acme: tương ứng các dạng ren hình thang này là các cấu hình ren vít với các đường viền hình thang, đây là các dạng phổ biến nhất được sử dụng cho trục vít dẫn hướng). Vì lí do đó, chuyển động trượt của đai ốc này khá dễ để tạo ra, mặc dù cực kỳ kém hiệu quả, với ≈40% năng lượng đầu vào được chuyển đến phôi. Vì vậy, để cải thiện hiệu quả của mối ren, tiếp điểm trượt này phải được thay thế bởi các phần tử lăn. Trong trường hợp của vít me tuần hoàn, chúng sử dụng vòng bi bi tròn chính xác thường trong cụm lắp ráp đai ốc cầu cho phép chúng lăn dọc theo hình dạng vít ren đặc biệt.

2. Nguyên lý hoạt động và tổng quan về vít me tuần hoàn

Nhìn chung vít me bi hoạt động khá giống với ổ bi (bạc đạn), bi được làm bằng thép có độ cứng cao di chuyển trên rãnh bên trong hoặc bên ngoài.

Quá trình hoạt động bi sẽ quay liên tục trong rãnh đai ốc trượt và trục vít. Đây là một cơ cấu lặp lại tuần hoàn của các viên bi nên giúp các viên bi này luôn nằm bên trong.

Khi trục vít me bi quay, các viên bi thép sẽ di chuyển bên trong trục vít và đai ốc trượt ở các vị trị rãnh nhất định và sau đó di chuyển vào bên trong một ống để quay lại vị trí ban đầu, đây là cách mà bi bên trong vít me tuần hoàn.

Ứng dụng vít me bi Lắp trục vít me đôi vào trung tâm gia công này, giảm thiểu bất kỳ sự lệch hướng nào của trục khi nó di chuyển dọc theo rãnh trượt của nó, do đó làm giảm bất kỳ sự không chắc chắn về vị trí có thể xảy ra của chuyển động

Dạng vít me điển hình

Các hướng lưu thông của viên bi trong các rãnh vít me

Minh họa mối lắp giữa ví me bi và đai ốc cầu

Thành phần chính cơ bản  của cụm vít me điển hình:

Ball cage: Vòng cách bi

Screw shaft: Trục vít

Two raceways large lead: Hai mặt lăn dẫn lớn (hai rãnh lăn dẫn lớn)

Ball screw nut: Đai ốc vít bi (đai ốc cầu/ khớp nối vít bi)

Ball: Viên bi

End cap: Nút chụp (nút chặn)

Các loại trục vít me tuần hoàn điển hình theo biên dạng:

• Loại vít me cán ren (Rolled Ballscrew Type): Cấp độ chính xác từ cấp C10, C7, C5
• Loại tiện mài chính xác cao (Precision Ground Ballscrew Type) : Cấp C7, C5, C3

Vít me bao gồm 4 thành phần chính :

• Ballscrew shaft: trục vít me – trục được gia công ren để dẫn hướng bi
• Ballnut: đai ốc cầu – đi theo đường thẳng bằng cách xoay trục vít, ren được gia công bên trong và bộ phận quay vòng bi được gắn vào.
• Balls circulate through the ballnut: chu kỳ các viên bi lưu thông qua đai ốc cầu (khi bi lăn giữa ren của trục vít và ren của đai ốc)
• ball bearings: các vòng bi bi cầu
• End cap/ seals: các miếng đệm (miếng chêm)/ nút chụp (nút chặn, cữ chặn) – bộ phận để ngăn sự xâm nhập của vật thể ngoại lai vào bên trong đai ốc.

Các thông số quan trọng ảnh hưởng đến quá trình làm việc:

Trục vít me – ren thực tế là dạng thanh dài bằng thép hợp kim-crôm cao luyện kim có các rãnh chính xác được tạo thành một mô hình xoắn ốc. Để giảm thiểu bất kỳ khả năng xoắn trục tiềm ẩn nào – hoặc cuộn lên – nó phải có độ cứng sẵn có trong khoảng từ 850 đến 2000 N µm⁻¹, tùy thuộc vào ứng dụng của máy công cụ đó. Do đó, trong trường hợp thiết kế vít me, một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả tổng thể của nó, có thể là:

• Ball groove design: Thiết kế rãnh bi – kiểu rãnh phổ biến nhất là ở dạng vòm gô-tích (Gothic arch: tức là hình học ogival – dạng hình cung nhọn), vì hình dạng rãnh hình cung nhọn này cho phép bốn điểm tiếp xúc mọi lúc, vì vậy với các điểm tiếp xúc này, các viên bi kết nối có thể được tải trước theo bất kỳ hướng nào trong mặt phẳng đó 
• Pitch circle diameter of balls: Đường kính vòng chia của viên bi – cụ thể là vòng tròn chia/ vòng tròn lăn (dm), là đường kính của một vòng tròn được hình thành bởi tâm của các viên bi tuần hoàn. Ở đây, phép đo dm này được sử dụng để tính toán tốc độ tối đa của nó.
• Nominal diameter: Đường kính danh nghĩa – đại diện cho đường kính bên ngoài của trục vít me, được sử dụng để đo kích thước trục vít me, vì điều này là thuận tiện và dễ dàng để đo được.
• Root diameter: Đường kính chân ren – được lấy từ đáy rãnh, đến đáy rãnh liền kề, đây là phần nhỏ nhất của trục vít me, điều này rất quan trọng đối với bất kỳ phép tính tốc độ quan trọng nào.
• Lead: Độ sâu của đai ốc/ bước ren của đai ốc – đó là khoảng cách mà đai ốc di chuyển trong một vòng quay khi đi vào trục ren. Vì lí do đó, bước ren của đai ốc càng lớn thì đai ốc có thể di chuyển càng nhanh vì bước ren này cũng sẽ xác định trọng tải tối đa theo chiều dọc, cùng với lực hãm của trục vít. Thực tế này là do góc tải sẽ có độ dốc hơn đối với bước ren của đai ốc lớn hơn – có nghĩa là lượng trọng lượng mà nó có thể giữ có phần giảm đi.
• Ball diameter: Đường kính viên bi – liên quan đến đường kính của vòng bi, rằng chúng sẽ vừa khít vào rãnh với tải trước bằng không. Thực tế này được sử dụng để tính toán đường kính của vòng bi sẽ cho một tải trước nhất định, do đó, các viên bi càng lớn khi so với khoảng hở đai ốc và vít, càng cao sẽ càng được tải trước.

Ký hiệu:

• D: Ballscrew shaft diameter (Nominal diameter)
• dm: Pitch circle diameter of balls
• dr: Root diameter of b allscrew shaft
• L: Lead
• Dw: Ball diameter

3. Một số thuật ngữ quan trọng trên vít me bi

Đường kính vòng bi: Đây là đường kính của đường tròn được tạo ra bởi tâm của các viên bi khi đã lắp ráp vào vít me và đai ốc trượt

Đường kính chân: Đây là đường kính tối thiểu của vít me được tính từ điểm dưới cùng của các rãnh ren.

Lưu ý: Cả loại 2 loại đường kính vòng bi và đường kính vòng chân đều quan trong khi tính toán thông số về đặc điểm và kích thước cho tải và tốc độ cực đại

Bước vít me: Đây là khoảng cách đai ốc trượt di chuyển được khi vít me quay một vòng. Ví dụ: Vít me bước 5mm quay 1000 vòng sẽ đi được một khoảng cách: 5mm/vòng x 1000 vòng/phút = 5000 mm/phút.

Độ lỏng: Đây là khoảng di chuyển trục giữ đai ốc trượt và vít me khí nó không xoay. Độ lỏng có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của vít me bi.

Khử hành trình chết: Hành trình chết là độ lỏng trục hay nói cách là có tồn tại khe hở bên trong vít me. Tải trước là cách để khử hành trình chết và lực ma sát nhỏ nhất giúp tăng tuổi thọ cho vít me bi. Đây cũng là cách giúp đảm bảo độ chính xác bước vít me bi

Đầu mối ren là số lượng ren độc lập trên cùng một trục vít me. Các trục thường có 1, 2 hoặc 4 đầu mối ren, hình thành dạng xoắn bao quanh trục. Bước ren nhân với số đầu mối ren sẽ bằng với bước tiến.

Khả năng tải và tuổi thọ: Cần phải có một số xem xét về tải trọng khi sử dụng vít me bi. Ví dụ: Tải trong tĩnh là loại đơn giản và phải không vượt quá giới hạn khiến cho vít me và đai ốc trượt bị hư hỏng. Tải trọng động được sử dụng là loại lực dọc trục khi được sử dụng trên vít me bi

    Trên đây là bài viết giới thiệu về vít me tuần hoàn. Hy vọng qua bài viết của mình các bạn sẽ biết thêm được nhiều kiến thức mới và áp dụng tốt trong công việc.

Các bạn nếu có thắc mắc hay cần thêm thông tin gì có thể coment dưới bài viết. Nếu bạn nào có đóng góp hay những kinh nghiệm về cơ khí, cơ điện tử cần chia sẻ tới mọi người xin gửi về email: cokhithanhduy@gmail.com.
Các bạn đừng quên để lại một Like để mình có thêm nhiều động lực cũng như ủng hộ cokhithanhduy nhé ! chúc các bạn thành công trong công việc và cuộc sống.

Jaem nguyễn.