S guľôčkovými skrutkami sa môžete stretnúť v obrábacích strojárskych zariadeniach, ale aj v automobiloch a to konkrétne na riadení automobilu. Toto konštrukčné vyhotovenie nie je konvenčné práve preto, že je akýmsi vyšším stupňom bežného ovládania natočenia predných kolies automobilu cez ozubený veniec. Tento článok má priniesť náhľad do konštruovania takéhoto mechanizmu a pomôcť tak pochopiť zložitosť tak jednoduchého systému.
Podobným skrutkám (vďaka ktorým môžete točiť do zákrut na aute) sa venuje aj firme UMBRAGROUP. Tá sa venuje okrem iného aj výrobe ložísk a elektrických členov. Dve pobočky tejto firmy pôsobia v Nemecku: prvá vyrába guľôčkové skrutky pre hutnícky priemysel a druhá vyrába guľôčky. Ďalšia pobočka tejto spoločnosti pôsobí na americkom trhu vo Washingtone a produkuje produkty pre letecký priemysel.
Vo vývojovom centre Umbra Cuscinetti sa navrhujú a prepočítavajú aj guľôčkové skrutky pomocou programov ANSYS a Workbench. Namodelovať skrutku spojenú s guľôčkami v čo najvernejšej podobe sa vykonáva pružinovými elementami vhodnej tuhosti v mieste guľôčok. Pružinové elementy (kontakt52 alebo kombinácia 14 závisí na type analýzy) sú umiestnené medzi dráhou guľôčok na skrutke a medzi dráhou guľôčok na matici. Tuhostná hodnota pružiny je vypočítavaná Hertzianovov teóriou.
V minulosti bol každý pružinový element volený samostatne spolu s jeho uzlami. Dnes je už tento problém odstránený jedným kliknutím vďaka EnginSoft, automatickému modulu.
Prvý prípad znázorňuje štrukturálnu analýzu vykonávanú pre optimalizáciu (akési ideálne vylepšenie vo všetkých smeroch: výrobnom, konštrukčnom, ekonomickom, atď.) rozdelenia zaťažení na komplexný mechanizmus skrutky od elektromechanického hnacieho zariadenia (v tomto prípade pre rezačku vodným lúčom). Analýza metódou konečných prvkov pomohla vytvoriť rovnomerné zaťaženia na guľôčok guľôčkovej skrutky z pôvodného nerovnomerného a neoptimalizovaného radiálneho zaťaženia cirkulujúceho systému. Zadanie zaťažení bolo vykonané ako normálové sily na pružinové elementy.
Druhý prípad sa zameriava na porovnanie podmienok modálnej reakcie vypočítavanej konečnými prvkami. Prvá podmienka sa uvažuje na pružinových elementoch v miestach guľôčok; druhá sa uvažuje ako pevný kontakt medzi dráhami guľôčok v matici a na skrutke.
Modelová analýza
Podľa podmienok tvarov pri prvom a druhom tvare vlastných frekvencii (prirodzené kmitanie súčiastky spôsobujúce pre oko nebadateľnú zmenu tvaru súčiastky) je vidieť rozdiel v použití pevného kontaktu a pružinových elementov.
Analýza PSD
Tzv. analýza PSD (power spectral density) predstavuje spektrálnu analýzu a ukazuje, že axiálne napätie sigma-x je veľmi podobná ekvivalentnému napätiu sigma-eq. V prípade pevného modelu je možné opisovať vznik sigma-eq na tomto “nereálnom” ohybe hriadeľa v prípade prvej tvarovej zmeny pri vlastnej frekvencii.
Výsledok?
Okrem toho, že tento článok je nápomocný/informačný pre budúcich a možno začínajúcich strojárov možno hovoriť aj o porovnávaní dvoch rozličných prístupoch ku simulácii guľôčkovej skrutky. Výpočet pomocou pružinových elementov je bližší reálnemu model.
Autor: Vladislav Baniari; Zdroj: EnginSoft
