Viti a ricircolazione di sfere di precisione
per applicazioni industriali
Umbra Cuscinetti S.p.A.
descrizione tecnica
UNI EN ISO 9001-94
Registrazione No.307
ENAC - ENTE NAZIONALE PER L'AVIAZIONE CIVILE
CERTIFICATO DI IDONEITÀ TECNICA No. 1036/C
BOEING PRESIDENT’S AWARD
FOR EXCELLENCE 1997
SISTEMI DI QUALITÀ UMBRA CUSCINETTI
La produzione Umbra Cuscinetti fa riferimento alle norme internazionali standard:
ISO-3408 e DIN-69051
Inoltre la Umbra Cuscinetti è certificata secondo le norme ISO-9001
La Umbra Cuscinetti S.p.A. è da anni
fra i maggiori produttori
di viti a ricircolazione di sfere (VRS)
sia per applicazioni industriali che
aeronautiche.
Le attività della Umbra Cuscinetti
comprendono l'intero ciclo di vita
del prodotto: dalla progettazione alla
assistenza post-vendita.
I nuovi prodotti sono il risultato delle
attività di Ricerca e Sviluppo che sono
focalizzate su soluzioni progettuali,
materiali, processi, metodi di controllo
e di fabbricazione.
Questo catalogo ha lo scopo di mettere
a disposizione del cliente la nostra
conoscenza ed esperienza per un
migliore utilizzo del prodotto.
La sede della Kuhn GmbH di Freiberg (Germania)
La sede della Umbra Cuscinetti S.p.A. a Foligno (Italia)
Umbra Cuscinetti
La Umbra Cuscinetti S.p.A. (Umbra) nasce
nel 1972 dalla acquisizione della AERONAUTICA UMBRA da parte dei due gruppi
multinazionali FAG Kugelfischer Georg
Schaefer GmbH tedesca e FINMECCANICA S.p.A. (gruppo IRI) italiana.
Inizialmente la Umbra produce cuscinetti a
sfera di medie e grandi dimensioni per il
gruppo tedesco FAG.
La produzione attuale della Umbra Cuscinetti
comprende:
- Viti a ricircolazione di sfere
per applicazioni aeronautiche e spaziali
- Viti a ricircolazione di sfere
per applicazioni industriali
- Settori diversificati
(Unitˆ operatrici, attuatori elettromeccanici
ed idraulici)
- Cuscinetti a sfere per il gruppo FAG
Nel 1978 la Umbra diversifica la sua produzione con lÕintroduzione della linea delle viti
a ricircolazione di sfere per applicazioni
aeronautiche e industriali.
Oltre al potenziamento delle capacitˆ produttive, la Umbra Cuscinetti nei primi anni
ottanta si impegna nellÕacquisizione delle
conoscenze tecniche necessarie per svolgere
autonomamente la progettazione delle viti.
Nel 1983 la FAG Kugelfischer Georg
Schaefer GmbH acquisisce il controllo totale della Umbra Cuscinetti e lo mantiene fino
al 1993, data in cui cede le azioni ad un
gruppo formato dal Management interno e
da imprenditori locali.
Nel 1996 inizia un processo di diversificazione nei prodotti e nelle locazioni geografiche.
In seguito ad acquisizioni di altre aziende
da parte della Umbra, nel 1999 nasce
ÒUMBRA GROUPÓ che comprende:
- UMBRA CUSCINETTI S.P.A.
con sede in Foligno (Perugia);
- FM ELETTROMECCANICA S.R.L.
con sede in Meda (Milano) che produce
teste di fresatura ed elettromandrini;
- KUHN GMBH
con sede a Freiberg am Neckar (Germania)
produttrice di viti a sfere per applicazioni
industriali;
- UMBRA CUSCINETTI INC.
con sede a Everett (USA) produttrice di
ingranaggi per il settore aerospaziale;
- UMBRA INTERNATIONAL INC.
con sede a Everett (USA) per la
commercializzazione dei prodotti del gruppo
negli USA.
VRS
Indice
1. Caratteristiche delle VRS Umbra Cuscinetti
1.1 Campi di impiego
pag. 9
pag. 9
2. Disegno delle VRS
2.1 Profilo della filettatura
2.2 Sistemi di ricircolo delle sfere
2.3 Tipi e sistemi di precarico
2.4 Principi multipli
2.5 Sfere in ceramica/Configurazione alternata
2.6 Smorzatori
2.7 Sistemi di protezione
2.8 Materiali
2.9 Lubrificazione
2.10 Rigidezza assiale
2.11 Flessione dellÕalbero della vite dovuta al peso proprio
2.12 Formule di calcolo
2.12.1 Durata nominale
2.12.2 Velocitˆ media e carico dinamico medio
2.12.3 Carico di punta
2.12.4 Velocitˆ critica
2.12.5 Coppia motrice, potenza motrice e coppia resistente
2.13 Prodotto Dxn
pag. 11
pag. 11
3. Serie delle VRS
pag. 21
4. Combinazioni standard fra diametro dell’albero e passo
pag. 23
5. Geometria e tipologia delle chiocciole
5.1 Combinazioni tra chiocciole e serie delle VRS
5.2 Terminali della vite
5.3 VRS su richieste specifiche del cliente
pag. 25
6. Precisione e tolleranze
6.1 Precisione di passo
6.2 Precisione di posizionamento
6.2.1 Selezione della classe di precisione
6.2.2 Scelta della variazione della corsa nominale
6.2.3 Dilatazione termica
6.3 Gioco assiale
6.4 Gamma di produzione per classe di precisione
6.5 Tolleranze geometriche
pag. 29
7. Sistema di identificazione delle VRS
pag. 39
8. Controllo di qualità
8.1 Certificazione finale di collaudo
pag. 41
pag. 41
9. Consigli per il montaggio e uso
pag. 43
pag. 11
pag. 12
pag. 13
pag. 14
pag. 14
pag. 14
pag. 16
pag. 17
pag. 18
pag. 18
pag. 18
pag. 18
pag. 19
pag. 19
pag. 19
pag. 19
pag. 20
pag. 27
pag. 27
pag. 27
pag. 29
pag. 32
pag. 32
pag. 33
pag. 33
pag. 33
pag. 33
pag. 34
10. Questionario dati VRS
pag. 45
11. Imballaggio e trasporto
pag. 47
12. Assistenza clienti
pag. 47
‘luy=
=+°/
=m°
*
+
1.
Caratteristiche delle VRS Umbra Cuscinetti
Una vite a ricircolazione di sfere (VRS) • un componente meccanico atto a trasformare un moto rotatorio in lineare e viceversa.
Una VRS • costituita da un albero filettato, da un sistema a chiocciola con il ritorno delle sfere e dalle sfere. La trasformazione del
moto • realizzata grazie al rotolamento delle sfere interposte tra
il filetto della chiocciola e quello della vite. Nelle viti trapezoidali
la stessa trasformazione del moto • invece attuata attraverso lo
strisciamento tra i filetti della vite e quelli della chiocciola.
Il rendimento meccanico, che nelle viti trapezoidali raggiunge un
massimo del 50%, sale fino al 96% con le VRS poichŽ lÕattrito
radente dovuto agli strisciamenti fra le superfici a contatto, presente nelle viti convenzionali, • sostituito dallÕattrito volvente fra
le sfere e le piste di rotolamento cos“ come accade nei cuscinetti
a sfere. La riduzione degli attriti in gioco comporta minore potenza dissipata in calore e minore usura delle parti. Basse temperature di esercizio si traducono in dilatazioni termiche contenute
e alta precisione di posizionamento. La possibilitˆ di annullare il
gioco assiale di una VRS mediante il precarico, permette di ottenere alta rigidezza del sistema e precisione di posizionamento
mantenendo al contempo un funzionamento dolce e regolare.
Ridotta usura, associata alla qualitˆ delle materie prime impiegate e ad appropriati trattamenti termici, assicura VRS di lunga
durata. Queste caratteristiche rendono le VRS prodotte da Umbra
Cuscinetti S.p.A. componenti base di tutte le applicazioni nelle
quali sono richiesti spostamenti rapidi, precisi e affidabili.
1.1 Campi di impiego
Le viti a sfere vengono impiegate con successo nei seguenti settori:
Industria automobilistica
- scatole guida
- comandi di direzione sia diretta che assistita
- comandi dei freni
Equipaggiamenti ferroviari
Costruzione di reattori
- alimentazione delle barre di materiale fissile
- apparecchiature di regolazione delle barre stesse
Industria aeronautica e spaziale
- movimentazione parti mobili di superfici alari e di coda
- comandi di controllo motore
- valvole
- comandi di passo per eliche
- servocomandi
- apparecchiature aeroportuali
- viti per passarelle di discesa
Apparecchiature militari
- dispositivi di puntamento
- dispositivi di guida per missili
- comandi di radar
Apparecchiature medicali
- apparecchi per radiologia
- apparecchiature per laboratori di analisi
- letti ospedalieri articolati
- organi artificiali
Tecnica delle segnalazioni
- apparecchiature di regolazione
Vite a ricircolazione di sfere
Macchine utensili
- comando degli assi orizzontali e verticali principalmente
sulle macchine a controllo numerico come torni, frese,
rettifiche ecc..
- macchine per lÕindustria metalmeccanica
- per lÕindustria del legno
- per lÕindustria cartaria
- per lÕimballaggio
- per la stampa
- per la lavorazione delle materie plastiche
- per la manipolazione (robot)
- dispositivi di sollevamento
- impianti di trasporto
- dispositivi di comando valvole
Vite trapezia
Industria siderurgica
- impianti di fusione
- impianti di sollevamento
Strumenti di misura
9
‘luy=
2.
Disegno delle VRS
2.1 Profilo della filettatura
profilo circolare
profilo gotico
Le VRS della Umbra utilizzano un profilo della filettatura di tipo
ogivale ottimizzato in maniera da garantire unÕelevata durata di
funzionamento e un attrito minimo per ogni tipo di carico applicato.
Il profilo ogivale, chiamato anche gotico, permette inoltre, nel
caso di sistemi non precaricati, di garantire un funzionamento
con giochi minimi.
LÕottimizzazione delle pressioni di contatto piste-sfere e quindi
della portanza al carico assiale • ottenuta con un accurato studio
del profilo della gola: i due archi di circonferenza che formano
il profilo gotico sono in rapporto con il raggio della sfera tale da
generare un angolo di contatto ottimale, generalmente compreso
tra 45 e 50¡. Su richiesta si possono avere anche viti con profilo
circolare; queste possono sopportare carichi maggiori rispetto al
profilo gotico, non sono per˜ indicate per avere bassi giochi e
lunghe durate. Il profilo del filetto di una VRS • il cuore della
vite stessa; la Umbra utilizza strumenti sia ottici che di rilevazione analitica per il controllo della sua geometria.
L
L
Rg
Rg
Ga / 2
Rg
CHIOCCIOLA
CHIOCCIOLA
Ga / 2
F
F
Dw
Dw
Rg
F
VITE
Rg
Rg
α = 45¡
Dw = diametro della sfera
L = goticità
F
Ga / 2
VITE
Rg = raggio della gola
Ga = gioco assiale
α = 45¡
Ga / 2
α = angolo di contatto
2.2 Sistemi di ricircolo delle sfere
Durante la rotazione della vite, le sfere allÕinterno della chiocciola hanno una velocitˆ istantanea di traslazione pari alla metˆ
della velocitˆ periferica della vite, tenderebbero pertanto a rimanere arretrate rispetto alla chiocciola e ad uscire da questa.
é necessario un sistema per convogliare le sfere nella posizione
di partenza per evitarne la fuoriuscita e garantire la continuitˆ
del moto. Gli elementi che svolgono questo compito sono chiamati ricircoli e assicurano la circolazione ininterrotta delle sfere.
La Umbra offre la possibilitˆ di utilizzare diversi sistemi di ricircolo delle sfere a seconda dellÕapplicazione; in ogni caso propone soluzioni con ingombri ridotti e con alte prestazioni ed affidabilitˆ.
a) Ricircolo interno tradizionale
Nelle viti a ricircolo interno, le sfere compiono un solo giro sullÕalbero. Queste vengono riportate nella posizione iniziale, cio•
nella pista adiacente, tramite il ricircolo o deflettore situato in
una cavitˆ allÕinterno della chiocciola.
Questo sistema offre la possibilitˆ di avere un ridotto ingombro
radiale della chiocciola.
b) Ricircolo interno multiliner
Questo sistema di ricircolo • concettualmente simile al precedente e viene utilizzato nelle viti a passo piccolo dove risulta difficile utilizzare il ricircolo interno.
a
b
11
2.
Disegno delle VRS
c) Ricircolo interno ad inserto
Le sfere compiono pi• giri intorno allÕalbero per poi ritornare al
punto iniziale e ricominciare il ciclo. Il funzionamento • particolarmente silenzioso grazie al distacco tangenziale delle sfere
dalla pista con una sola entrata ed uscita delle sfere stesse dalla
chiocciola. Le sfere deviate dallÕinserto tornano al punto iniziale attraverso un foro longitudinale allÕinterno della chiocciola.
Con questa tipologia di ricircolo la chiocciola • pi• rigida e corta
rispetto ai tipi giˆ descritti a paritˆ di capacitˆ di carico. Il ricircolo interno ad inserto • utilizzato prevalentemente nelle viti a
passo lungo e a pi• principi.
c
d) Ricircolo esterno con tubo
La ricircolazione delle sfere avviene, come per lÕinserto frontale, dopo pi• giri intorno allÕalbero. Le sfere vengono prelevate
dal tubo che, tramite un apice di deviazione integrato, le riporta
al punto iniziale. é necessario in questo caso lavorare il supporto per consentire lÕalloggiamento dei tubi.
d
e) Ricircolo esterno con tubo e deviatore
La ricircolazione delle sfere avviene in modo simile al caso del
ricircolo esterno con tubo; in questo caso la deviazione delle
sfere • attuata da un organo meccanico chiamato deviatore.
e
Deviatore
2.3 Tipi e sistemi di precarico
In molte applicazioni, prime fra tutte le macchine utensili a controllo numerico, per ottenere una buona precisione di posizionamento
delle parti in moto • necessaria lÕassenza di qualsiasi forma di gioco
assiale. Per questa ragione si ricorre allÕutilizzo di chiocciole precaricate le quali hanno inoltre lo scopo di aumentare la rigiditˆ dellÕinsieme. é molto importante che il valore del precarico venga
determinato con estrema cura. Bassi valori di precarico potrebbero
essere annullati dal carico di lavoro facendo riacquistare alla VRS
un gioco assiale indesiderato. Al contrario, valori elevati di precarico assicurano giochi nulli in ogni situazione di carico aumentando
per˜ la resistenza al moto. Specialmente alle alte velocitˆ un precarico eccessivo, pu˜ provocare surriscaldamenti tali da compromettere la durata della vite e la precisione di posizionamento. Per le
applicazioni comuni il valore massimo di precarico • pari al 10%
della capacitˆ di carico dinamico riportato sulle tabelle. Per applicazioni particolari e soprattutto nel caso di VRS con sfere in ceramica, i nostri tecnici sono a disposizione per consigliare il valore pi•
idoneo da adottare. Come regola generale, occorre tener presente
che un determinato precarico garantisce lÕassenza di giochi assiali
finchŽ il valore del carico di lavoro non risulti superiore a 2.83 volte
il valore del precarico stesso. Vi sono tre differenti metodi di precaricare un assieme chiocciola. (vedi figure a lato)
12
F
1)
precarico ad O (trazione):
il precarico è diretto verso
l’esterno, vite in trazione
nell’area di precarico.
2)
precarico ad X (compressione):
il precarico è diretto verso
l’interno della chiocciola
con la vite compressa
nell’area di precarico.
3)
precarico con sfere maggiorate (si realizzano 4 punti di
contatto).
F
F
F
2.
Disegno delle VRS
Le soluzioni di norma adottate per realizzare il precarico sono:
F
F
CHIOCCIOLA
A) Sistema a doppia chiocciola precaricata con distanziale rigido
(precarico tipo P)
Il valore del precarico si determina agendo sullo spessore del
distanziale. Con questo sistema si pu˜ ottenere un precarico a
trazione ÒOÓ oppure a compressione ÒXÓ. In questÕultimo caso,
si agisce serrando la ghiera sul supporto di alloggiamento. Le
chiocciole sono entrambe cilindriche.
B) Sistema a chiocciola singola con shift
(precarico tipo H)
In questo tipo di chiocciola il precarico ad O viene ottenuto tramite una variazione di passo delle piste della chiocciola rispetto
a quelle dellÕalbero.
La variazione di passo (shift) viene realizzata durante la lavorazione di rettifica delle piste della chiocciola con rettificatrici a
controllo numerico. Il sistema garantisce stabilitˆ del precarico
nel tempo, maggiore compattezza, rigiditˆ e insensibilitˆ ad urti
e vibrazioni.
(precarico tipo P)
VITE
F
CHIOCCIOLA
F
VITE
F
P
P
F
P+ ∆
P
P
(precarico tipo H)
CHIOCCIOLA
VITE
C) Sistema con le sfere maggiorate
(precarico tipo Z)
In questo caso si ottiene il precarico agendo sul diametro delle
sfere. Si hanno 4 punti di contatto: 2 sulla chiocciola e 2 sulla
vite. Sono consigliati valori di precarico inferiori al 5% del carico dinamico.
Con quattro punti di contatto, la cinematica di rotolamento non
risulta corretta. Tale sistema pu˜ essere adottato solo per viti
lente e con durate limitate.
CHIOCCIOLA
VITE
P+∆
P-∆
P+∆
P-∆
P+∆
(precarico tipo Z)
P-∆
CHIOCCIOLA
D) Sistema di precarico per VRS a principi multipli
(precarico tipo D)
Simile al tipo B. In questo caso lo shift • realizzato tra due principi.
(precarico tipo D)
VITE
2.4 Principi multipli
Sulle VRS con passi lunghi • possibile realizzare due o pi• principi. Viene in tal modo sfruttato lo spazio inutilizzato fra le gole
di una vite a singolo principio conferendo maggiore capacitˆ di
carico alla vite stessa.
Le VRS a principi multipli hanno una chiocciola pi• compatta
delle VRS standard e il precarico pu˜ essere realizzato attraverso lo ÒshiftÓ tra i principi. (figura a lato)
VRS a due principi
13
2.
Disegno delle VRS
2.5 Sfere in ceramica /Configurazione alternata
Le VRS di concezione classica hanno dei limiti nel campo delle
applicazioni alle alte velocitˆ di rotazione sia a causa del surriscaldamento delle parti, con conseguente allungamento degli
assi, che alla tendenza a perdere il precarico imposto in fase di
assemblaggio e quindi ridurre nel tempo la precisione di posizionamento. LÕutilizzo delle sfere in ceramica alternate con sfere
di diametro minore in acciaio ha innalzato in maniera significativa le prestazioni e le durate delle VRS. La configurazione alternata comporta la variazione della cinematica nella VRS: lo strisciamento fra sfera e sfera viene sostituito da puro rotolamento,
grazie a velocitˆ concordi nel punto di contatto, e ci˜ comporta
attrito praticamente nullo fra sfera e sfera. La diminuzione dellÕattrito in gioco • dovuto anche al ridotto coefficiente di attrito
fra le sfere in ceramica e le piste di rotolamento in acciaio rispetto al caso acciaio-acciaio e al contenimento dellÕellisse di contatto dovuto al maggior modulo elastico della ceramica. Minor
attrito e conseguente minore usura comporta il mantenimento
del precarico per tempi pi• lunghi e ci˜ permette di assemblare
assiemi con minore precarico iniziale. LÕassenza di particolato
metallico sulla pista di rotolamento, dovuta alla minore usura e
alla scarsa affinitˆ fra acciaio e ceramica, fa s“ che la zona dei
contatti fra sfera e pista sia pulita e venga evitato il dannoso
innalzamento delle pressioni nella zona dei contatti. Per effetto
della minore densitˆ, le sfere in ceramica generano forze centrifughe minori rispetto a pari sfere in acciaio: le ridotte forze di
impatto sui ricircoli e la riduzione degli stress di contatto sulle
piste permettono di progettare viti di lunghissima durata.
Strisciamento
Zona dei contatti con
particolato di usura
Configurazione standard
Rotolamento
Configurazione alternata
con sfere in ceramica
Zona dei contatti pulita
(Brevetto DE 42 35 842 C 2)
2.6 Smorzatori
Nel caso di viti lunghe ci sono limiti alle alte velocitˆ di rotazione dovuti al rischio di vibrazioni. Viti forate o dotate di sistemi
di smorzamento interno permettono di diminuire rapidamente
lÕampiezza della vibrazione nel tempo e ci˜ consente di migliorare la qualitˆ delle lavorazioni, nonchŽ aumentare la velocitˆ di
rotazione. Il nostro ufficio tecnico • a disposizione del cliente per
proporre la soluzione pi• efficace ad ogni condizione di utilizzo.
2.7 Sistemi di protezione
UnÕefficace lubrificazione delle zone di rotolamento delle sfere
ed una sicura protezione contro gli agenti estranei quali trucioli,
sabbia eccÉ garantiscono un corretto funzionamento della vite
e ne aumentano la durata. Le VRS richiedono una protezione
contro la sporcizia: particolarmente adatti sono i soffietti, le
14
Vite tradizionale
Vite smorzata
Andamento temporale della oscillazione
per una vite tradizionale e per una vite smorzata
2.
Disegno delle VRS
Protezione telescopica
Protezione a soffietto
coperture piane o protezioni telescopiche. PoichŽ in molti casi
questi accorgimenti non sono sufficienti, le viti sono dotate di
anelli di tenuta in materiale plastico che trattengono il lubrificante allÕinterno della chiocciola ed evitano lÕingresso di corpi
estranei.
La Umbra utilizza, nella produzione standard, anelli di protezione in nylon non striscianti, sagomati secondo il profilo della
vite. (1)
1
In casi particolari, dove sia richiesta una tenuta pi• elevata, possono essere forniti anelli in P.T.F.E. vergine o caricato. PoichŽ
questo materiale ha un basso coefficiente dÕattrito, questo tipo di
protezioni possono essere striscianti, progettate in modo da
garantire le migliori prestazioni di tenuta. (2)
Soprattutto alle alte velocitˆ gli strisciamenti generano comunque calore che produce effetti negativi sullÕallungamento della
vite e sulla durata del lubrificante. In molte applicazioni (ad
esempio nelle macchine per la lavorazione del legno) offre
buona efficacia di protezione, senza produrre riscaldamenti, lÕadozione di anelli raschiatori (spazzolini). (3)
Guarnizioni a tenuta
Tenute speciali per applicazioni in ambienti particolarmente sporchi o inquinati possono essere studiate, su richiesta, dal nostro ufficio tecnico.
2
3
15
2.
Disegno delle VRS
2.8 Materiali
Le VRS Umbra sono progettate mettendo a frutto la pluriennale
esperienza nel campo dei cuscinetti a rotolamento. La Umbra
dispone di un reparto per la realizzazione di tutti i trattamenti termici dei materiali impiegati (cementazione, tempra, nitrurazione,
tempra ad induzione) che vengono realizzati sotto la supervisione
di tecnici altamente specializzati. Inoltre • possibile richiedere
VRS con trattamenti superficiali speciali. I tecnici della Umbra
sono in grado di selezionare i materiali pi• adatti alle diverse esi-
COMPONENTE
Vite
Chiocciola
Sfere
genze del cliente, come ad esempio alta temperatura, esposizione
ad ambienti aggressivi, ecc.. .Il rigoroso controllo delle caratteristiche meccaniche e chimiche del materiale permette di assicurare un elevato grado di qualitˆ del prodotto. Nelle viti per macchine utensili, dovendosi realizzare durezze superficiali dellÕordine
di 60 HRC, vengono impiegati acciai per indurimento superficiale (tempra ad induzione e/o cementazione) e acciai a tutta tempra.
Tabella di riferimento
MATERIALE
DESIGNAZIONE
1)
Acciaio (tempra superficiale)
C53
2)
Acciaio (tempra superficiale)
42 CrMo4
3)
Acciaio inox (tempra superficiale)
Cronidur 30
1)
Acciaio (tempra a cuore)
100 Cr6
2)
Acciaio (cementazione)
18 NiCrMo5
3)
Acciaio inox (tempra a cuore)
Cronidur 30
1)
Acciaio (tempra a cuore)
100 Cr6
2)
Acciaio inox (tempra a cuore)
AISI 440C
3)
Ceramica
Si 3 N 4
1)
Ottone
P-CuZn40 PB2
2)
Acciaio (tempra a cuore)
C40
3)
Acciaio inox (tempra a cuore)
15-5 PH
4)
Acciaio inox (tempra a cuore)
AISI 416
5)
Acciaio (tempra a cuore)
39 NiCrMo3
Ricircoli
COMPONENTE
TRATTAMENTO SUPERFICIALE
1)
Passivazione
2)
Fosfatazione
3)
Ossidazione nera
4)
Cadmiatura
5)
Cromatura sottile
6)
Altro
Vite
Chiocciola
Ricircoli
16
2.
Disegno delle VRS
2.9 Lubrificazione
In generale nel caso delle VRS valgono le prescrizioni relative
alla lubrificazione dei cuscinetti. In particolare nel caso di alte
velocitˆ e/o alti carichi, la lubrificazione diventa particolarmente importante onde evitare innalzamento della temperatura e
dilatazioni termiche tali da ridurre la precisione di posizionamento e la durata della vite. La lubrificazione della vite pu˜
essere ad olio o a grasso. La viscositˆ dellÕolio va scelta in base
alla velocitˆ media di rotazione, al diametro della vite e alla
temperatura di funzionamento. Il diagramma seguente permette
una opportuna scelta della classe di viscositˆ ISO VG o DIN
51517. In generale la quantitˆ di olio richiesta varia fra 3 e 5
cm3/h per ogni giro di sfere. In caso di vite montata orizzontalmente ed immersa in olio, • necessario che il livello di lubrificante bagni la sfera pi• bassa. La lubrificazione a grasso viene
consigliata nel caso di basse velocitˆ di rotazione o combinata
con lÕadozione di sfere in ceramica. Le VRS con sfere in ceramica infatti, non producendo particolato dÕusura, possono esse-
re tranquillamente lubrificate a grasso.
In questo modo si semplifica notevolmente lÕimpiantistica della
macchina e si salvaguardia lÕambiente evitando nebulizzazioni e
perdite di grandi quantitˆ di olio attorno alla macchina.
Il re-ingrassaggio pu˜ avvenire ogni 1000 ore di funzionamento. La Umbra produce VRS con sfere in ceramica che richiedono ri-lubrificazione ogni 2 anni.
La quantitˆ di grasso consigliata • pari alla metˆ del volume
libero allÕinterno della chiocciola. Per la maggior parte delle
applicazioni vanno usati grassi conformi alla norma DIN 51825
classe 2; nel caso di condizioni di impiego eccezionali (alte velocitˆ, alti carichi) si consiglia lÕutilizzo di grassi conformi alla
norma DIN 51818.
Sotto, esempio di uso del diagramma:
Diametro vite: 40 mm
Velocità media: 1400 giri/min
Temperatura di funzionamento: 55 °C
Risulta necessario un olio avente classe di viscosità ISO VG 68
OL
IO
300
US
AR
IS
500
VG
OS
IT
Ë
m
m
2
68
100
SC
150
VI
220
O
460
320
E
150
0
100
0
680
DA
400
/s
46
ec
40
¡C
32
a
VE
L
I
OC
TË
M
I
ED
A
ir
(g
i/m
900
100
in)
600
700
800
0
140
0
200
22
0
300
0
15
400
0
500
10
0
110 100 90 80
70
60
50
40
30
20
TEMPERATURA DI FUNZIONAMENTO (¡C)
10
20
25
32
40
50
63
83
100
DIAMETRO VITE (mm)
17
2.
Disegno delle VRS
2.10 Rigidezza assiale
In molte applicazioni e in particolare nelle applicazioni su macchine a controllo numerico, per conoscere il comportamento dinamico della macchina e la sua precisione di posizionamento, •
necessario conoscere la rigidezza totale della catena cinematica di
cui fa parte la VRS. La rigidezza di una vite a sfere • funzione del
disegno della VRS, dei suoi supporti e dei cuscinetti. La rigidezza
di un componente lineare • costante, ci˜ significa che la forza
applicata e la deflessione che ne consegue sono proporzionali fra
loro: questo non vale nel caso di una vite a sfere. La rigidezza di
una vite a sfere si compone di vari contributi lineari e non lineari,
pertanto i valori di rigidezza sono corretti nel caso del carico applicato specificato (vedi tabelle dimensionali).
Dm Diametro medio della vite (mm)
E
Modulo di elasticitˆ (N/mm2)
L
Lunghezza filettata (mm)
Il contributo RS dipende dal tipo di supporto e dai cuscinetti
utilizzati.
2.11 Flessione dell’albero della vite dovuta
al peso proprio
La flessione dellÕalbero dovuta la proprio peso influisce negativamente sulla precisione di posizionamento della VRS e induce
carichi anomali sulla chiocciola.
max
Considerando lÕinsieme vite Ð chiocciola - supporti, la rigidezza
totale RTOT • data dalla formula:
1
1
1
1
+
=
+
RTOT
RS
RC
RV
L/2
L/2
L
RC
RV
RS
Rigidezza del gruppo chiocciola
Rigidezza dellÕalbero della vite
Rigidezza dei supporti e dei cuscinetti
La rigidezza del gruppo chiocciola RC dipende dalla rigidezza del
corpo chiocciola e dalla rigidezza RK della zona di contatto sfere
- pista.
I valori della rigidezza RK sono calcolati, come previsto dalla
norma DIN 69051, per un valore del carico assiale pari a 2.83
volte la forza di precarico, e sono riportati per ogni vite nel catalogo delle tabelle dimensionali della Umbra Cuscinetti.
La rigidezza totale del gruppo chiocciola RC pu˜ essere stimata,
in prima approssimazione, pari alla metˆ della rigidezza RK ;
poichŽ il valore RC dipende dalla tipologia della chiocciola
impiegata e dal tipo di precarico imposto, si consiglia di contattare la Umbra per la vostra applicazione specifica.
La rigidezza RV dellÕalbero della vite • data da :
La Umbra offre la possibilitˆ di impiegare viti forate e alberi antivibranti (forati o con sistemi di smorzatori) per ridurre la freccia
massima.
2.12 Formule di calcolo
2.12.1 Durata nominale
La durata (o vita) di una VRS • il numero massimo di rivoluzioni che lÕalbero compie rispetto alla chiocciola senza presentare
evidenza di usura nei materiali della vite, della chiocciola o dei
corpi volventi.
La durata nominale L • la durata, espressa in numero di rotazioni, che una VRS, o un gruppo di VRS apparentemente identiche
operanti alla stesse condizioni, pu˜ raggiungere con il 90 % di
probabilitˆ.
La durata nominale espressa in ore • data da Lh .
a) Sistema di supporto rigido Ð libero:
¹ . Dm . E
(N/µm)
=
3
L . 4 .10
2
RV
L =
b) Sistema di supporto rigido Ð rigido:
¹ . Dm . E
(N/µm)
3
L .10
(
Ca
FD
2
RV =
18
Lh =
X
3
fa
L
60
X
Nm
(
6
X
10
2.
L
Lh
Ca
FD
Nm
fa
Disegno delle VRS
Durata nominale (milioni di cicli)
Durata nominale (h)
Capacitˆ di carico dinamico (N)
Carico dinamico medio (N)
Velocitˆ media (min-1)
Coefficiente dipendente dal modo dÕapplicazione
del carico dinamico
2.12.3 Carico di punta
Formula di Eulero:
fa = 1.0 : 1.2 Graduale senza urti
fa = 1.2 : 1.5 Ordinario con urti
fa = 1.5 : 3.0 Con forti e frequenti urti
Nel caso di carichi variabili nel tempo e velocitˆ variabili nel
tempo, la velocitˆ media Nm e il carico dinamico medio FD si ricavano dalle formule seguenti:
- Se la velocitˆ di rotazione • variabile e il carico applicato •
costante, la velocitˆ media •:
t1
t2
t3
-1
Nm =
X N1 +
X N2 +
X N3 + ..... in min
100
100
100
N2
giri (min-1)
t1
t2
3
X
100
F1 +
100
t3
3
X
F2 +
t2
100
E
I
L
Modulo elastico (N/mm2)
Momento dÕinerzia della sezione (mm4)
Lunghezza non supportata (mm)
2.12.4 Velocità critica
100
F 3 + ....... in N
carico operativo F
F1
FD
F3
F2
t1
t2
100
t1
100
X
N1
Nm
3
X F1 +
t2
100
X
N2
Nm
3
X F2+
carico operativo F
ti
Ni
Fi
(
t3
100
X
EXIXg
w X 14
E
I
g
w
l
2.12.5 Coppia motrice, potenza motrice e coppia resistente
3
(
X F 3 + .....
in N
- Coppia motrice
Ma =
Fmax
FD
Fmin
Percentuale di tempo i-esima
Velocitˆ nellÕi-esimo intervallo di tempo (min-1)
Carico dinamico nellÕi-esimo intervallo (N)
velocitˆ critica (cicli al secondo)
Coefficiente di sicurezza (0.7 : 0.8)
Coefficiente dipendente dal tipo di vincolo
appoggio Ðappoggio K= 9.87
incastro Ð incastro
K= 22.4
incastro - libero
K= 3.52
incastro Ð appoggio K= 15.4
Modulo di elasticitˆ (N/mm2)
Momento dÕinerzia della sezione (mm4)
Accelerazione di gravitˆ (mm/s2)
Peso della vite per unitˆ di lunghezza (N/mm)
Lunghezza non supportata (mm)
t3
- Se il carico e la velocitˆ variano, il carico medio •:
FD = 3
K
2¹
Nc = α X
Nc
α
K
t3
(
3
X
L2
Carico di punta (N)
Coefficiente di sicurezza (0.6 : 0.8)
Coefficiente dipendente dal tipo di vincolo
Appoggio - appoggio fp = 1
Incastro Ð appoggio
fp = 2
Incastro Ð incastro
fp = 4
Incastro Ð libero
fp = 1/4
- Se il carico applicato • variabile e la velocitˆ di rotazione •
costante, il carico medio FD •:
(
¹2 X E X I
N3
N1
t1
FD = 3
X
Pcr
β
fp
2.12.2 Velocità media e carico dinamico medio
Nm
fp
Pcr = β X
Ma
F
p
η
F Xp
10 X 2¹ X η
3
Coppia Motrice (Nm)
Carico di lavoro (N)
Passo (mm)
Rendimento ( ∼∼ 0.9)
19
2.
Disegno delle VRS
- Potenza motrice
Pa =
Pa
n
Ma
Ma X 2¹ X n
60
Potenza motrice (W)
Velocitˆ di rotazione (min-1)
Coppia motrice (Nm)
- Coppia resistente
p η
Mr = F X X
2¹ X 103
Mr
F
p
η
Coppia resistente (Nm)
Carico di lavoro (N)
Passo (mm)
Rendimento (∼∼ 0.9)
2.13 Prodotto Dxn
Il prodotto Dxn, diametro di centro sfera (mm) per la velocitˆ di
rotazione della vite (rpm), stabilisce un limite superiore alle
possibili velocitˆ di rotazione della VRS in funzione del diametro di centro sfera.
VRS con sfere in acciaio
D x n < 120000
Viti con sfere in ceramica
in configurazione alternata
D x n < 220000
Le VRS con sfere in ceramica in configurazione alternata possono, a paritˆ di diametro di centro sfera, raggiungere velocitˆ
di rotazione molto pi• elevate rispetto a pari sfere in acciaio,
poichŽ le forze centrifughe in gioco sono ridotte grazie alla
minore densitˆ della ceramica rispetto allÕacciaio.
20
Serie delle VRS
3.
La Umbra Cuscinetti produce una vasta gamma di VRS per soddisfare i numerosi impieghi. Si consiglia di utilizzare le seguenti serie al fine di minimizzare i costi e i tempi di consegna.
Qualora necessario si realizzano viti su disegno del cliente.
Si consiglia di utilizzare la seguente nomenclatura per le viti a
ricircolazione (VRS).
- VRS standard (Serie S)
- VRS miniaturizzata (Serie M )
- VRS a passo fine (Serie F)
- VRS a passo lungo (Serie L)
- VRS a passo lungo con due principi (Serie 2)
- VRS a passo lungo con quattro principi (Serie 4)
- Programma alti carichi (HL)
- Programma alte velocitˆ (HS)
configurazione con sfere in ceramica
- Sistemi precaricati con shift (SH)
- Sistemi precaricati con distanziali (SP)
- Alberi antivibranti
Viti forate (H)
Sistemi di smorzatori (D)
- Guarnizioni / Paraolio
Spazzolini (B)
Paraolio in Nylon (N)
Paraolio in PTFE (P)
- Materiali
Materiali tradizionali (SM)
Cronidur 30 (SS)
Esempio di VRS con filettatura destrorsa e sinistrorsa
21
C
o
m
b
i
n
a
zs it oa nn id
a
r
d
bm
o
C
a
n
i
i- nn ao ti sz
d raardf
a
i
d
ortem
4.
Combinazioni standard fra diametro dell’albero e passo
I diametri di centro sfera nominali e i passi delle VRS Umbra
sono combinati, come mostrato nelle tabelle riportate di seguito,
generando le seguenti famiglie:
M
Diametro
nominale
6
F
S
L
2
4
Passo
1,5
2
2,5
M
M
M
3
4
5
6
8
10
12
15
16
20
8
M
M
M
M
10
M
M
M
M
M
12
M
M
M
M
M
16
F
F
F
S
S
S
S
S
L
20
F
F
F
S
S
S
S
S
L
L
L
2
4
25
F
F
F
S
S
S
S
S
L
L
L
L
2
4
32
F
F
F
S
S
S
S
S
S
S
L
L
2
40
F
F
F
S
L
L
2
L
L
2
4
S
S
S
S
S
S
S
S
L
50
S
S
S
S
S
S
S
S
L
63
S
S
S
S
S
S
S
S
80
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
125
S
S
S
S
160
S
S
S
S
200
S
S
S
S
100
Diametro
nominale
legenda
Passo
25
30
2
32
40
50
60
M = serie M
(miniaturizzata)
6
8
10
S = serie S
(standard)
12
2
16
4
2
20
25
L
32
L
40
L
2
4
2
2
L
2
L
L
50
L
2
63
S
L
80
S
4
L
2
L
2
F = serie F
(passo fine)
4
4
L
L
2
L
L
2
L
L
L
2
L
L
100
L = serie L
(passo lungo)
4
2
4
L
2 = serie 2
(passo lungo
a 2 principi)
125
160
200
4= serie 4
(passo lungo
a 4 principi)
nota: combinazioni diverse di diametro nominale e passo vengono realizzate a richiesta del cliente.
23
chiocciole
5.
Geometria e tipologia delle chiocciole
Le esigenze costruttive e tecnologiche nelle pi• diverse applicazioni hanno portato alla realizzazione di varie tipologie di chiocciole per uno stesso tipo di vite.
LÕampia varietˆ di configurazioni geometriche disponibili permette di scegliere la soluzione che offre lÕinterfaccia ottimale
per il cliente.
Le configurazioni pi• frequenti sono:
Tipo
- Chiocciola singola cilindrica (SN)
senza precarico
SN
SZ
- Chiocciola singola cilindrica (SZ)
con leggero precarico ottenuto con sfere maggiorate
DP
- Chiocciola doppia cilindrica (DP)
precaricata con distanziale
Direzione del precarico
- Chiocciola singola cilindrica (SH)
precaricata con shift di passo
SH
Direzione del precarico
- Chiocciola singola con flangia laterale (SN-F)
senza precarico
SN-F
SZ-F
- Chiocciola singola con flangia laterale (SZ-F)
con leggero precarico ottenuto con sfere maggiorate
- Chiocciola singola con flangia centrale (SN-CF)
senza precarico
SN-CF
SZ-CF
- Chiocciola singola con flangia centrale (SZ-CF)
con leggero precarico ottenuto con sfere maggiorate
25
5.
Geometria e tipologia delle chiocciole
- Chiocciola singola con flangia laterale (SH-F)
con precarico ottenuto con shift di passo
SH-F
Direzione del precarico
SH-CF
- Chiocciola singola con flangia centrale (SH-CF)
con precarico ottenuto con shift di passo
Direzione del precarico
DP-CF
- Chiocciola doppia con flangia centrale (DP-CF)
con precarico ottenuto con distanziale
Direzione del precarico
- Chiocciola doppia con flangia laterale (DP-F)
con precarico ottenuto con distanziale
DP-F
Direzione del precarico
- Chiocciole integrali (Tipo I)
26
tipo I
5.
Geometria e tipologia delle chiocciole
5.1 Combinazioni tra chiocciole e serie delle VRS
TIPOLOGIA
CHIOCCIOLE
FAMIGLIA DELLE VRS
M
SN
singola cilindrica
SZ
singola cilindrica precaricata con sfere maggiorate
DP
doppia cilindrica precaricata con distanziale
SH
singola cilindrica precaricata con shift
SN-F
singola con flangia laterale
SZ-F
singola con flangia laterale precaricata con sfere maggiorate
SN-CF
singola con flangia centrale
SZ-CF
singola con flangia centrale precaricata con sfere maggiorate
SH-F
singola con flangia laterale precaricata con shift
SH-CF
singola con flangia centrale precaricata con shift
DP-CF
doppia con flangia centrale precaricata con distanziale
DP-F
doppia con flangia laterale precaricata con distanziale
5.2 Terminali della vite
I terminali delle viti vengono personalizzati a seconda della
richiesta del cliente. Il diametro massimo di una delle due estremitˆ deve essere inferiore al diametro di fondo gola specificato.
F
S
L
2
4
Esempi di terminale di vite
1
2
5.3 VRS su richieste specifiche del cliente
La Umbra • disponibile a risolvere problemi tecnici specifici
della applicazione del cliente.
3
Su richiesta possono essere fornite:
- Viti forate
4
- Viti cromate
- Viti nichelate
- Viti con ossidazione nera
- Viti in acciaio inox
5
- Viti con forme e dimensioni a disegno del cliente.
27
Precisi
one
e tolleranze
e tolleranze
Precisi
one
Precisione e tolleranze
Le VRS Umbra sono disponibili nelle classi di precisione previste dalla norma ISO 3408\3. Le norme classificano le viti a sfere
in due categorie:
6.
Vista 3D di una VRS
viti di posizionamento (P) e viti di trasporto (T).
Le viti di posizionamento sono impiegate ove sia richiesta elevata precisione di posizionamento come, ad esempio, nelle macchine a controllo numerico dotate di sistema di misura indiretto.
Le viti di trasporto vengono impiegate quando i cicli di movimento non prevedono posizionamenti con elevato grado di precisione. é il caso delle macchine a controllo numerico dotate di
sistema di misura diretto o delle unitˆ di trasferimento controllate da interruttori di fine corsa.
Per entrambe le categorie sono previste le seguenti classi di precisione: 1 Ð 3 Ð 5 Ð 7 - 10.
Classe di precisione 1
Classe di precisione 3
Classe di precisione 5
crescenti esigenze di
precisione e funzione
dellÕasse lineare
Classe di precisione 7
Classe di precisione 10
6.1 Precisione di passo
Le tabelle ed i grafici seguenti permettono al cliente di scegliere la vite pi• adatta alle sue esigenze.
Il controllo di tutti i parametri indicati pu˜ essere certificato
dalla Umbra su richiesta del cliente, in base alle prescrizioni di
collaudo ISO 3408/3.
A richiesta, sono disponibili anche viti prodotte secondo le
norme DIN 69051, secondo specifiche militari oppure secondo
specifiche particolari dellÕutilizzatore.
29
6.
Precisione e tolleranze
Deviazione ammissibile della lungheza filettata nominale
l
+
lu
le
le
lo
0
linea della deviazione effettiva
linea della deviazione media
lunghezza filettata specificata
C
eoa
2¹
+ep
300 mm
- ep
V 2¹ p
V2¹a
Vup
Vua
V300 p
V300 a
Deviazione ammissibile della lungheza filettata specificata
l
lu
le
le
+
linea della deviazione effettiva
+ep
linea della deviazione media
lunghezza filettata specificata
lo
0
esa
2¹
- ep Vup
300 mm
Vua
V2 ¹ p
-
V300 p
V2 ¹ a
V300 a
-l
- lo
- lu
- le
-c
- ep
lunghezza filettata della vite
lunghezza nominale
lunghezza utile soggetta alla precisione specificata
lunghezza supplementare non soggetta alla precisione specificata
compensazione sulla lunghezza (specificata dal cliente)
Tolleranza sullÕerrore medio di spostamento sulla lunghezza utile lu
- eoa
- esa
- Vu
- Vup
- V300p
- V2¹p
Deviazione totale riferita alla lunghezza filettata nominale
Errore di spostamento reale medio riferito alla lunghezza filettata specificata
Variazione di spostamento per una lunghezza utile lu
Variazione di spostamento ammissibile su una lunghezza utile lu
Variazione di spostamento ammissibile su una lunghezza di 300 mm
Variazione di spostamento ammissibile su 2¹ radianti
La precisione sul passo delle VRS • specificata nei 4 termini di base: V300p,V2¹p, ep,Vup. Le tabelle che seguono riportano i valori ammissibili di tali grandezze
per le classi di precisione e per le viti di posizionamento e di trasporto.
30
6.
Precisione e tolleranze
VALORI PER CLASSE DI PRECISIONE PER LE GRANDEZZE V300p - V2πp - ep - Vup (ISO 3408/3)
Viti di posizionamento
Viti di posizionamento e di trasporto
CLASSE DI TOLLERANZA
CLASSE DI PRECISIONE
Iu (mm)
1
3
7
10
315
6
12
23
-
-
315
400
6
400
500
7
12
25
-
-
13
26
-
-
500
630
630
800
7
14
29
-
-
8
16
31
-
800
-
1000
9
17
34
-
-
1000
1250
10
19
39
-
-
1250
1600
11
22
44
-
-
1600
2000
13
25
51
-
-
2000
2500
15
29
59
-
-
2500
3150
17
34
69
-
-
3150
4000
21
41
82
-
-
4000
5000
-
49
99
-
-
5000
6300
-
-
119
-
-
da
5
Vup
a
1
3
5
V300p
(µm)
6
12
7
10
52
210
7
10
-
-
7
10
(µm)
23
Viti di posizionamento
CLASSE DI TOLLERANZA
1
3
5
V2¹p
4
6
(µm)
8
Viti di trasporto
Viti di posizionamento
CLASSE DI TOLLERANZA
CLASSE DI PRECISIONE
Iu (mm)
1
3
5
ep
7
10
1
3
5
(µm)
da
a
315
6
12
23
52
210
315
400
7
13
25
57
230
400
500
8
15
27
63
250
500
630
9
16
32
70
280
630
800
10
18
36
80
320
800
1000
11
21
40
90
360
1000
1250
13
24
47
105
420
1250
1600
15
29
55
125
500
1600
2000
18
35
65
150
600
2000
2500
22
41
78
175
700
2500
3150
26
50
96
210
860
3150
4000
32*
62*
115*
260*
1050*
4000
5000
39*
76*
140*
320*
1300*
5000
6300
48*
92*
170*
390*
1550*
C=0
ep = 2
lu
V
300 300 p
*valori calcolati per estrapolazione lineare dei valori IT in accordo con ISO 286-2
per lunghezza da 500 mm e minori o uguali a 3150 mm
31
6.
Precisione e tolleranze
6.2 Precisione di posizionamento
La scelta della classe di precisione, del parametro di compensazione e la dilatazione termica influiscono notevolmente sulla
precisione di posizionamento.
6.2.1 Selezione della classe di precisione
Le tabelle precedenti permettono di scegliere la classe di precisione adatta a soddisfare le esigenze del cliente a seconda della
precisione di posizionamento desiderata. La Umbra consiglia i
criteri mostrati nella tabella seguente.
TIPO MACCHINA
Esempio di classe di precisione delle VRS
in relazione ai tipi di macchine
ASSE
CLASSE DI PRECISIONE
1
X
Tornio
Z
X-Y
Fresatrice e alesatrice
Z
Macchine utensili a C.N.
Centro di lavoro
X-Y
Z
Tracciatrice
Macchina foratrice
X-Y-Z
X-Y
Z
Rettificatrice
X
Z
Macchine universali e speciali
X-Y
Macchine a elettroerosione a tuffo
Altre macchine a C.N.
Macchine a elettroerosione a filo
Pressa punzonatrice
Macchine di controllo 3D
Dispositivi per costruzione di parti elettroniche
Dispositivi di trasporto
Attuatori lineari
Macchine generiche e varie
Attuatori parti mobili aerei
Comandi per valvole
Macchine per tempra ad induzione
32
Z
X-Y
3
5
7
10
6.
Precisione e tolleranze
Esempio di variazione della corsa nominale
in relazione ai diversi tipi di macchina
6.2.2 Scelta della variazione della corsa nominale
Normalmente non • richiesta una variazione della corsa nominale. Tuttavia si definisce talvolta una variazione della corsa per
compensare un eventuale allungamento dovuto alla dilatazione
termica durante il funzionamento o qualora il cliente preveda di
impiegare le viti a sfere di posizionamento a temperature pi•
elevate di 20¡C. Sarˆ necessario, quindi, concordare un fattore
di compensazione (C) calcolato considerando il coefficiente di
dilatazione termica dellÕacciaio come descritto al punto 6.2.3.
Analogamente, la compensazione di riferimento va specificata
quando si preveda lÕimpiego della vite in condizioni di pretensionamento. In tal caso • consigliabile contattare la Umbra.
TIPO MACCHINA
ASSE VARIAZIONE (mm) DELLA CORSA NOMINALE per m
Torni a C.N.
Centro di lavoro
X
-0,02 a - 0,05
Z
-0,02 a - 0,03
X-Y
-0,03 a - 0,04
Z
varia a seconda della struttura
Combinazioni fra precisione e gioco assiale unità [mm]
6.2.3 Dilatazione termica
TIPO DI GIOCO
Il coefficiente di dilatazione termica dellÕacciaio (delle VRS) •
12x10Ð6 ¡CÐ1.
La dilatazione termica lineare delle VRS si pu˜ ricavare dalla
seguente equazione:
∆L = 12 x 10-6 x θ x L
G0
CLASSE
G1
G2
G3
G4
G5
G6
G7
precarico minore di minore di minore di minore di minore di minore di minore di
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,1
0,2
0
1
3
5
7
10
∆L Dilatazione termica dellÕalbero della vite (mm)
L Lunghezza dellÕalbero della vite (mm) a T ambiente
θ Variazione della temperatura (rispetto alla T ambiente) (¡C)
Per evitare un aumento della temperatura, vi consigliamo di
seguire le seguenti raccomandazioni:
(a) Scegliere il corretto valore del precarico per la VRS;
(b) Utilizzare la configurazione alternata con sfere in ceramica;
(c) Eseguire corretta lubrificazione;
(d) Utilizzare VRS a passo lungo per ridurre la velocitˆ di rotazione.
Gioco assiale standard massimo per dimensioni della sfere
diametro
sfera (mm)
1
1,5 2,381 3,175 3,5 3,969 4,762 5,556 6,35 7,144 9,525 12,7
gioco assiale 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,05 0,06 0,06 0,08 0,09 0,12
max. (mm)
0,2
6.3 Gioco assiale
Le VRS vengono di norma utilizzate in condizioni di precarico.
In caso contrario il gioco assiale pu˜ essere minorato rispetto al
valore standard secondo quanto specificato per ogni classe di
precisione.
6.4 Gamma di produzione per classe di precisione
La Umbra pu˜ realizzare viti a ricircolazione di sfere comprese
nei limiti riportati nella tabella a lato.
Gamma di produzione
DIAMETRI NOMINALI
da 6 a 200 mm
PASSI
da 1.5 a 100 mm
LUNGHEZZA MAX.
fino a 12000 mm
PRECISIONE MAX.
6 µ / 300 mm (classe ISO 1)
Nota: Per le possibili combinazioni di diametri nominali, classe di precisione e lunghezza
contattare la Umbra Cuscinetti.
33
6.
Precisione e tolleranze
6.5 Tolleranze geometriche
La precisione e la tolleranza geometrica sono della massima
importanza per un corretto impiego di una VRS.
Tutte le VRS Umbra sono fabbricate, collaudate e garantite
secondo le norme: ISO/TC 39/WG 7 e ISO 3408/3
Tolleranze geometriche
t 9p
t 10p A- B
2d
t 8p A- B
2d
2d
A
B
B
t 6p A- B
C
d
t 7p
2d
A
D1
t 6p A- B
C
A- B
t 5p A- B
t 8p A- B
D2
t 11p A- B
2d
A
2d
B
Tolleranze geometriche
34
6.
Test / t5
Precisione e tolleranze
Descrizione
Viti a sfere di posizionamento e di trasporto / t5p per l
Diametro nominale
do
Oscillazione radiale t5 del diametro esterno della vite misurata ad intervalli costanti l per controllare la rettilineitˆ rispetto ad A -B. Appoggiare la
vite a sfere su dei blocchetti a V disposti in A e B.
l
Piazzare il tastatore del comparatore perpendicolarmente alla superficie
cilindrica ad una distanza l dal blocchetto A. Ruotare la vite lentamente e
registrare le letture. Ripetere le letture ad intervalli uguali a l.
Nota: se l5 ≤ 2 l effettuare la misura a
La tolleranza t5 su l • cumulativa fino a
da
a
1
3
5
7
10
6
12
20
25
32
40
100
12
20
16
20
25
32
80
20
32
20
25
32
40
100
32
50
16
20
25
32
80
50
80
12
16
20
25
63
80
125
20
25
32
40
100
125
200
-
20
25
32
80
80
l5
2
160
l5
2
315
630
l
Classe di precisione
l
do
l
A
B
blocchetti a V
l5
l
l
l
l
l
l
l
t 5/2
l
35
6.
Precisione e tolleranze
Test / t6
Descrizione
Viti a sfere di posizionamento e di trasporto / t6p per l
Oscillazione radiale t6 del diametro della serie del cuscinetto rispetto ad
A -B sulla distanza l per l1< l. Appoggiare la vite a sfere su dei blocchetti
a V disposti in A e B. Piazzare il tastatore del comparatore perpendicolarmente alla superficie cilindrica ad una distanza l1. Ruotare la vite lentamente e registrare le letture.
Nota: se l1 > l prendere t6 x l1
l
Classe di precisione
l
da
a
1
3
5
7
10
80
6
20
10
12
20
40
63
125
20
50
12
16
25
50
80
200
50
125
16
20
32
63
100
315
125
200
-
25
40
80
125
A- B
do
t 6p
Diametro nominale
do
le
A
B
l1
Test / t7
Descrizione
Viti a sfere di posizionamento e di trasporto / t7p per l
Oscillazione radiale t7 del diametro della serie del cuscinetto rispetto ad
A -B sulla distanza l per l1 < l. Appoggiare la vite a sfere su dei blocchetti a V disposti in A e B. Piazzare il tastatore del comparatore perpendicolarmente alla superficie cilindrica ad una distanza l1. Ruotare la vite lentamente e registrare le letture.
Nota: se l1 > l prendere t7 x l1
l
tp7
Diametro nominale
do
Classe di precisione
l
da
a
1
3
5
7
10
80
6
20
5
6
8
12
16
125
20
50
6
8
10
16
20
200
50
125
8
10
12
20
25
315
125
200
-
12
16
25
32
∆ ≤ tp7
do
sede cuscinetto
A
l
36
2do
B
2do
6.
Precisione e tolleranze
Test / t8
Descrizione
Viti a sfere di posizionamento e di trasporto / t8p
Diametro nominale
do
Oscillazione assiale t8 della battuta della sede del cuscinetto rispetto ad
A -B. Appoggiare la vite a sfere su dei blocchetti a V disposti in A e B.
Impedire alla vite di muoversi assialmente (interponendo ad esempio una
sfera fra il foro da centro della vite ed un appoggio frontale). Piazzare i
tastatori dei comparatori perpendicolarmente alla battuta della sede del
cuscinetto ed alla superficie cilindrica del diametro corrispondente. Fare
ruotare la vite lentamente e registrare le letture dei comparatori.
sede cuscinetto
da
a
1
3
5
7
10
6
63
3
4
5
6
10
63
125
4
5
6
8
12
125
200
-
6
8
10
16
∆ + t8a ≤ t8p
∆ errore di rettilineitˆ
do
t8p
Classe di precisione
d
d
A
B
2do
2do
Test / t9
Descrizione
Viti a sfere di posizionamento e di trasporto / t9p
Diametro nominale
della flangia
Oscillazione assiale t9 della superficie dÕappoggio della chiocciola rispetto ad A -B (solo per chiocciole precaricate). Appoggiare la vite a sfere su
dei blocchetti a V disposti in A e B. Impedire alla vite di muoversi assialmente (interponendo ad esempio una sfera fra il foro da centro della vite
ed un appoggio frontale). Piazzare il tastatore del comparatore perpendicolarmente alla faccia della flangia il pi• vicino possibile al diametro esterno D2. Bloccare la chiocciola sulla vite e ruotare lÕinsieme lentamente e
registrare le letture del comparatore.
Classe di precisione
da
a
1
3
5
7
10
16
32
10
12
16
20
63
32
63
12
16
20
25
80
63
125
16
20
25
32
125
125
250
20
25
32
40
200
250
500
-
32
40
50
250
do
D2
t9p
A
B
2do
2do
37
6.
Precisione e tolleranze
Test / t10
Descrizione
Viti a sfere di posizionamento e di trasporto / t10p
Diametro esterno
della chiocciola D1
Oscillazione radiale t10 del diametro esterno della chiocciola rispetto ad
A -B (solo per chiocciole precaricate). Appoggiare la vite a sfere su dei
blocchetti a V disposti in A e B. Piazzare il tastatore del comparatore perpendicolarmente alla superficie del corpo della chiocciola D1. Bloccare la
chiocciola sulla vite e ruotare lÕinsieme lentamente e registrare le letture
del comparatore.
Classe di precisione
da
a
1
3
5
7
10
16
32
10
12
16
20
63
32
63
12
16
20
25
80
63
125
16
20
25
32
125
125
250
20
25
32
40
200
250
500
-
32
40
50
250
t10p
do
D1
bloccata
A
B
2do
2do
Test / t11
Descrizione
Viti a sfere di posizionamento e di trasporto / t11p / 100
(errore cumulativo)
Classe di precisione
Parallelismo t11 delle facce piane della chiocciola rispetto ad A -B (solo
per chiocciole precaricate). Appoggiare la vite a sfere su dei blocchetti a
V disposti in A e B. Piazzare il tastatore del comparatore perpendicolarmente alla superficie controllata e tastare sulla lunghezza di controllo specificata l. Registrare le letture del comparatore.
t11p
do
bloccata
A
B
2do
38
l
2do
1
3
5
7
10
16
20
25
32
-
7.
Sistema di identificazione delle VRS
Questo sistema, insieme al questionario dati riportato al paragrafo 10, • stato studiato in modo da facilitare lÕidentificazione
del prodotto.
VRS / S - SN - F - 40 - 20 - R - S - 3,5 - 4 - 550 - 870 - P5 - G1
VITE A RICIRCOLO DI SFERE
CLASSE DI PRECISIONE
SERIE
S
M
L
F
2
4
GIOCO ASSIALE
standard
miniaturizzata
passo lungo
passo fine
a due principi
a quattro principi
posizionamento P
trasporto T
TIPOLOGIA CHIOCCIOLA
LUNGHEZZA TOTALE (mm)
SN
SZ
DP
SH
singola cilindrica
singola cilindrica con precarico tipo Z
doppia cilindrica con precarico tipo P
doppia cilindrica con precarico tipo H
TIPO DI VITE
LUNGHEZZA FILETTATA (mm)
N. GIRI DI SFERE
DIMENSIONE SFERA (mm)
MATERIALE SFERE
acciaio S
ceramica C
FLANGIA
F
C
CF
flangia laterale
definita dal cliente
flangia centrale
DIAMETRO NOMINALE (mm)
DIREZIONE ELICA
destrorsa R
sinistrorsa L
PASSO (mm)
39
Q
8.
Controllo di qualità
Le VRS vengono sottoposte ai seguenti controlli:
- Controlli di accettazione sui materiali grezzi
- Controlli di durezza e metallografici sui trattamenti termici
- Controlli dimensionali durante i cicli di produzione
e sui pezzi finiti
- Collaudi funzionali e di prestazioni sulle viti assemblate.
Misura di Coppia in andata [Nmm]
210
180
150
120
90
60
30
0
mm
Misura di Coppia in ritorno [Nmm]
- Reparti di lavorazione e controllo, termo-condizionati
con temperatura costante a 20 ¡C
- Macchine per prove di durezza
- Microscopio metallografico
- Rugosimetro
- Profilometro
- Macchine di misura per controlli dimensionali
- Macchine di misura per controlli dimensionali tridimensionali
- Macchine di misura laser per il controllo della precisione
del passo
- Attrezzatura per lÕapplicazione ed il controllo del precarico
e della rigiditˆ
210
180
150
120
90
60
30
0
mm
Misura di Rigidezza
1000
cella di carico [Kg.]
La Umbra Cuscinetti dispone di:
500
0
-500
- Banchi prova per la determinazione della coppia di attrito
dovuta al precarico
-1000
- Banchi per prove di durata a carichi e velocitˆ variabili.
-1500
-5
-4 -3 -2
-1
0
1
2
3
4
5
Spostamento [µm]
8.1 Certificazione finale di collaudo
Esempio di certificato di collaudo (particolare)
Su richiesta del cliente la Umbra Cuscinetti pu˜ fornire una
certificazione finale di collaudo:
- Certificato di conformitˆ secondo quanto definito dalle norme
ISO 3408-3 , DIN 69051 o controlli personalizzati in base
alle esigenze del cliente
- Grafico della coppia dinamica di precarico a vuoto, secondo le
specifiche ISO 3408-3 o in base a richieste particolari del
cliente
- Grafico della deviazione misurata del passo confrontata con
lÕammissibile, tramite sistema di misurazione laser gestito da
computer
- Grafico della rigidezza assiale della chiocciola secondo le
specifiche ISO 3408-3
- Su richiesta specifica, la coppia a velocitˆ di rotazione molto
bassa pu˜ essere misurata e riportata su grafico per valutare
lo Òstick-slipÓ della vite.
41
Con
sigli
Con
sigli
9.
Consigli per il montaggio e uso
Le VRS sono componenti di precisione e devono quindi essere
trattate con la dovuta cautela. Per il montaggio in macchina si
consiglia quanto segue: • necessario rimuovere lo strato di olio
anticorrosivo mediante lavaggio con solvente. In fase di montaggio controllare che fra i supporti della vite e la sede della
chiocciola non si abbiano errori di allineamento. Evitare assolutamente durante lÕinstallazione colpi accidentali che danneggerebbero in modo grave la parte filettata.
Le VRS vengono fornite con chiocciola giˆ montata.
é sconsigliato in ogni caso lo smontaggio della chiocciola, in
modo particolare quando si • in presenza di doppia chiocciola
precaricata. La perdita delle sfere e/o il posizionamento delle
sfere al di fuori dei circuiti attivi, causate da uno smontaggio non
corretto, riducono in modo anche drastico la vita della VRS.
Qualora fosse necessario smontare la chiocciola, procedere come rappresentato a lato.
La Umbra non • responsabile del malfunzionamento derivante
da manomissioni.
Di particolare importanza risulta lÕallineamento della vite con le
guide di scorrimento: lÕerrore di allineamento non deve essere
superiore a 0.02 mm.
Sono da evitare carichi radiali e spinte eccentriche che diano
origine a momenti.
Il caricamento non uniforme delle sfere dovuto ai carichi radiali riduce in maniera significativa la vita della VRS.
Esempio di smontaggio della chiocciola
Tubo per il contenimento
delle sfere durante le
fasi di montaggio/smontaggio
Carico radiale
Momento
Qualora necessario, si possono realizzare fine corsa meccanici
di sicurezza come illustrato a lato.
Arresto meccanico
Arresto elastico
43
9.
Consigli per il montaggio e uso
Esempi di supporti
Esempio di chiocciola rotante
Esempio di chiocciola integrale
Esempi di pretensionamento
Distanziale calibrato
per trazionamento
F
44
Ghiera di
trazionamento
F
Ghiera di
trazionamento
F
10.
Questionario dati VRS
Data ÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉ
Societˆ ÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉ..
Cittˆ ÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉ..
Indirizzo ÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉ
Telefono n¡ ÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉE mail ÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉ
Nome ÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉ.
Ufficio ÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉ...
Tipo di macchina ÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉ.. Settore ÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉ
CONDIZIONI DI LAVORO E DURATA
Carichi dinamici
Max.
Velocitˆ
% Tempo lavoro
ÉÉÉÉÉÉÉ
daN
a
ÉÉÉÉÉgiri/1Õ
per
ÉÉÉÉÉÉ. %
Normale ..ÉÉÉÉÉ.....
daN
a
ÉÉÉÉÉgiri/1Õ
per
ÉÉÉÉÉÉ. %
ÉÉÉÉÉgiri/1Õ
per
ÉÉÉÉÉÉ. %
Min.
ÉÉÉÉÉÉ..
daN
a
Carico statico, Max. ÉÉ.
daN
Carico radiale
Durata del lavoro:
Continuo
no
Frequente
si
daN ÉÉÉÉÉ
Occasionale
Emergenza
RIGIDITË
DURATA DELLA VITE
In ore ÉÉÉÉÉÉÉ
o in n¡ di corse ÉÉÉÉÉÉ
o in n¡ di giri ÉÉÉÉÉÉ.
ÉÉÉÉÉÉÉ. (daN/µm)
DIMENSIONI E PRECISIONE
Diametro ÉÉÉÉÉ..
(mm)
Passo ÉÉÉÉÉ.. (mm)
destro
Lunghezza totale ÉÉÉÉÉ (mm)
Lunghezza filettata ÉÉÉÉ (mm)
max. lunghezza non supportata ÉÉÉ... (mm)
Parte rotante:
Vite
Chiocciola
sinistro
il carico agisce in una direzione
o in entrambe
Massimo errore ammesso per tutta la lunghezza ÉÉÉÉÉÉÉÉ. (mm).
Classe di precisione:
Altre
Gioco assiale: 0
0.006/300
0.012/300
Negativo ÉÉÉÉÉ (mm)
0.023/300
0.052/300
0.210/300
(precisare)ÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉ. .
0.01 mm
0.02 mm
0.03 mm
0.04 mm
0.05 mm
0.1 mm
0.2 mm
Come viene supportata la vite
CHIOCCIOLA:
singola
Flangia presente
si
LUBRIFICAZIONE:
Grasso
ALTRE NOTIZIE:
precaricata con distanziale
precaricata con shift
no
precaricata con sfere magg.
n¡ giri di sfere: ÉÉÉÉ
Olio
Vite protetta
La vite lavora in ambiente sporco
si
polveroso
no
altri
(precisare)ÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉ.
Richieste protezioni speciali ? ÉÉÉÉÉ.
(se si precisare il tipo) ÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉ
Sono richiesti paraolio ? ÉÉÉÉÉÉÉ...
QUANTITAÕ:
Viene richiesta offerta per n¡ ÉÉÉÉÉ..
viti.
Successivamente il fabbisogno potrˆ essere di n¡ ÉÉÉÉÉÉ. viti al mese,
n¡ ÉÉÉÉÉÉ. viti allÕanno.
Altre richieste o specifiche ÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉ
45
10.
Questionario dati VRS
ULTERIORI CARATTERISTICHE
Sistema di Ricircolo
..........................................
Terminale
..........................................
Tipo
..........................................
Diametri rettificati
..........................................
Chiavette
..........................................
Spine
..........................................
Filettature
..........................................
Materiali e trattamento
Vite
materiale
..........................................
materiale
materiale
materiale
Sistema di protezione
Guarnizioni
Configurazione vite
46
.......................
.......................
..........................................
trattamento superficiale
Sfere
(vedi paragrafo 2.8)
..........................................
trattamento superficiale
Ricircolo
(vedi paragrafo 5.2)
..........................................
trattamento superficiale
Chiocciola
(vedi paragrafo 2.2)
.......................
..........................................
..........................................
..........................................
..........................................
Forata
..........................................
Diametro interno
..........................................
(vedi paragrafo 2.7)
Imballaggio e trasporto
11.
Le VRS vengono protette contro urti e contaminazioni di vario
genere mediante una rete di plastica ed un apposito involucro.
Qualora il cliente lo richieda, il materiale pu˜ essere imballato
anche in contenitori speciali.
Per le spedizioni, ogni lotto di viti viene imballato in casse di
legno opportunamente sagomate in modo da evitare danneggiamenti durante il trasporto.
Se lÕimpiego non • immediato, dopo i controlli di accettazione,
si consiglia di ripristinare il rivestimento anticorrosivo e di sigillare di nuovo lÕinvolucro di plastica. Per lo stoccaggio si consiglia di prevedere dei sostegni onde evitare azioni flettenti.
Assistenza clienti
12.
La Umbra Cuscinetti • in grado di fornire non solo un valido
supporto in fase di progettazione, ma anche una completa assistenza post vendita.
LÕesperienza pi• che decennale nel settore dellÕattuazione lineare
su macchine dei pi• diversi settori applicativi, ha consentito alla
Umbra Cuscinetti di accumulare un bagaglio di dati e di esperienza applicativa. Queste capacitˆ sono al servizio di clienti in
ogni momento. Tecnici specializzati sono sempre disponibili ad
analizzare le applicazioni e a proporre soluzioni di manutenzione adatte, con interventi sul campo o presso la nostra officina.
La flessibilitˆ della produzione, che • sempre stata una delle
caratteristiche principali della Umbra Cuscinetti, consente interventi rapidi ed efficienti.
47
Viti a ricircolo di sfere di precisione (VRS)
Tutti i dati sono stati redatti e controllati
con cura.
La Umbra Cuscinetti S.p.A. non si assume
nessuna responsabilitˆ per eventuali errori di
stampa o omissioni.
La Umbra Cuscinetti S.p.A. si riserva di
apportare le modifiche connesse al progresso
tecnologico.
Edizione aggiornata al maggio 2002
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