Vít me bi là gì?
Vít me bi – Ball Screw là một bộ truyền động tuyến tính cơ học chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến thẳng.
Cấu tạo của Vít me bi
Bốn thành phần chính của vít me bi bao gồm Trục vít (Screw Shaft), Đai ốc bi (Ball Nut), ổ bi và phớt chặn. Mỗi thành phần được giải thích chi tiết hơn bên dưới:
Vít me bi và đai ốc
1.Trục vít (Screw Shaft)
Trục vít me là một thanh thép crom dài có các rãnh được tạo hình xoắn ốc. Đây là phần thân chính của vít me bi.
- Thiết kế rãnh bi: Khi tạo rãnh cho vít me bi, điều quan trọng là phải xem xét các điểm tiếp xúc. Kiểu rãnh phổ biến nhất là “vòm gothic”. Kiểu rãnh này cho phép luôn có bốn điểm tiếp xúc. Với bốn điểm tiếp xúc, bi có thể được nạp theo bất kỳ hướng nào trên mặt phẳng đó.
Thiết kế rãnh bi
- Đường kính vòng bi: Vòng bi (dm) được đo từ tâm ổ trục đến tâm ổ trục ở phía bên kia của vít. Phép đo này được sử dụng để tính toán tốc độ tối đa.
- Đường kính trục vít (d): Đường kính ngoài của vít. Phép đo này hữu ích cho việc định cỡ vít, nên chọn theo tải trọng và độ cứng cần thiết.
- Đường kính chân vít: Đường kính từ đáy rãnh đến đáy rãnh liền kề. Đây là phần nhỏ nhất của vít và rất quan trọng để tính toán tốc độ
- Bước ren (Lead, l): Là khoảng cách đai ốc di chuyển trong một vòng quay. Bước ren càng lớn, đai ốc di chuyển càng nhanh. Bước ren nhỏ cho độ chính xác cao, chịu được tải nặng hơn nhưng tốc độ chậm.
- Đường kính bi: Đường kính của ổ bi có thể vừa khít với rãnh với tải trọng trước là 0. Thông số này được sử dụng để tính toán đường kính của ổ bi có thể tạo ra tải trọng trước nhất định. Bi càng lớn so với khe hở đai ốc và vít thì tải trọng đặt trước càng cao.
2. Đai ốc bi (Đai ốc và hệ thống hồi bi)
Có 3 kiểu đai ốc bi chính, mỗi loại có một đặc điểm riêng:
- Đai ốc có Rãnh bi định hình
Đây là loại đai ốc bi phổ biến nhất; dễ chế tạo và mang lại hiệu suất chất lượng cao, ổn định. Thiết kế đơn giản giúp đai ốc này dễ dàng sản xuất hàng loạt và điều chỉnh để phù hợp với hầu hết các kích cỡ, dây dẫn và tải trọng. Các bi được tuần hoàn bằng các ống thu gom vòng bi và đưa chúng trở lại chu trình. Số hàng bi trước khi được tuần hoàn thường từ 1,5-3,5 hàng để giữ cho kích thước ống hồi lưu dễ quản lý và giúp việc thay bi dễ dàng hơn.
Profile Ball Groove
- Đai ốc có rãnh bi đổi hướng
Đai ốc vít me bi sử dụng bộ đổi hướng (deflector) để dẫn hướng (thay cho ống hồi bi) và tuần hoàn các viên bi thép trong hệ thống truyền động tuyến tính. Bộ phận này, còn gọi là ống lệch hướng hoặc ống tuần hoàn, giúp các viên bi di chuyển từ rãnh chịu tải ở một đầu đai ốc, đi qua hệ thống hồi bi, sau đó quay trở lại rãnh chịu tải ở đầu còn lại. Quá trình này đảm bảo các viên bi luôn lăn trong rãnh giữa trục vít me và đai ốc, giảm ma sát, tạo ra chuyển động mượt mà, chính xác và giúp kéo dài tuổi thọ cho hệ thống.
Internal Ball Bearing Circulation
- Đai ốc End Cap
Loại đai ốc này chuyên dùng cho trục vít me bi có lead lớn và nhiều đầu mối (multi-start). Loại đai ốc này cần khuôn dập (die mold), dẫn đến làm tăng chi phí sản xuất. Số hàng trên mỗi chu kỳ không bị giới hạn. Thường toàn bộ đai ốc sẽ hồi bi, với mỗi đầu mối có một chu kỳ hồi bi riêng
External Ball Bearing Circulation
- Đai ốc nhiều ren (Multiple Starting Thread)
Ren nhiều đầu mối (multi-start) thường dùng cho vít me bi lead lớn để tăng số bi tiếp xúc với đai ốc. Không áp dụng cho lead nhỏ vì không đủ không gian để thêm nhiều đầu mối. Các đầu mối khác nhau được phân biệt (ví dụ: bằng màu trong sơ đồ). Đai ốc End Cap thường dùng cho loại này vì hồi bi gọn, ít tốn không gian.
Multiple Starting Threads
Lưu ý: với ren nhiều đầu mối → Lead = Pitch × số đầu mối (Lead ≠ Pitch).
3. Vòng bi
- Đường kính:
Đường kính vòng bi phải vừa với đường kính trục và bánh răng. Nếu vòng bi quá nhỏ, sẽ có quá nhiều khoảng trống giữa các ren; ngược lại, nếu vòng bi quá lớn, các ren sẽ quá khít. Phần đỉnh giữa các rãnh phải phẳng, nhưng không quá lớn.
Ball Bearing Diameters
- Tải trọng:
Bởi vì không có bộ phận giữ giữa các viên bi, do đó các viên bi có thể bị kẹt khi có sự tiếp xúc không mong muốn giữa các viên bi. Vấn đề này có thể được giảm thiểu bằng cách bổ sung các viên bi đệm. Các viên bi đệm là các vòng bi nhỏ hơn một chút, quay giữa các viên bi tải trọng, tuy nhiên khả năng chịu tải sẽ giảm do số lượng bi chịu tải ít hơn. Một lồng nhựa tổng hợp đã được phát triển, bổ sung nhiều đặc tính mong muốn cho ổ bi tuần hoàn. Lồng nhựa ngăn ngừa sự tiếp xúc giữa bi và bi, giảm ma sát, ngăn ngừa kẹt và tăng tuổi thọ. Những lồng này cũng giữ lại dầu mỡ, giúp giữ cho bi được bôi trơn tốt.
Ball Bearing Diagram
4. Phớt chặn
Có cả phớt tiêu chuẩn và phớt hiệu suất cao, phù hợp sử dụng trong nhiều môi trường khác nhau. Tất cả các loại phớt đều ngăn chặn vật lạ xâm nhập vào khoảng trống giữa đai ốc và trục vít me bi, và một số loại phớt cũng được sử dụng để giữ chất bôi trơn.
Phớt tiêu chuẩn:
- Bằng Nhựa: được sử dụng cho vít me bi thông thường, thuộc loại không tiếp xúc, chặn mảnh vụn bằng cách tạo ra vật cản.
- Dạng Chổi: được sử dụng cho vít me bi lăn, thuộc loại tiếp xúc, quét sạch mảnh vụn khỏi rãnh.
Hiệu suất cao:
Phớt được chế tạo riêng cho từng loại đai ốc và trục vít me bi. Các phớt này có một mép đặc biệt giúp chặn các chất bẩn, đồng thời chỉ tăng nhẹ mô-men xoắn hoạt động. Các phớt này được sử dụng cho các công việc đặc biệt bẩn, chẳng hạn như chế biến gỗ, hàn và sản xuất ô tô.
Tại sao nên sử dụng vít me bi?
Các loại vít thông thường trượt trên ren của chúng và kéo theo bộ phận kết nối. Đây chính là cách hoạt động của vít ACME. Chuyển động trượt này dễ thực hiện nhưng cực kỳ kém hiệu quả; khoảng 40% công suất đầu vào được truyền đến chi tiết gia công. Để cải thiện ý tưởng này, tiếp điểm trượt được thay thế bằng các con lăn. Vít me bi sử dụng ổ bi trong đai ốc để cho phép đai ốc lăn trơn tru dọc theo vít. Các viên bi được tuần hoàn để ngăn chúng rơi ra khỏi đai ốc.
Trục vít me bi được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi tải trọng lớn với ma sát bên trong tối thiểu. Trục vít me bi có hiệu suất và khả năng chịu tải cao, vì vậy chúng phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp có tải trọng tĩnh và động lớn hoặc cần mô-men xoắn và lực đẩy lớn. Chúng cũng được sử dụng để mang lại chuyển động mượt mà, chính xác, độ chính xác cao và chuyển động liên tục hoặc tốc độ cao.
Cách chọn vít me bi
Ứng dụng của Trục vít me bi
Trục vít me bi được sử dụng trong điều khiển chuyển động nhưng cần có giá đỡ ổ trục và khớp nối động cơ để hoạt động hiệu quả. Bằng cách sử dụng trục vít me bi kết hợp với các thanh trượt tuyến tính, chúng tôi có thể tạo ra chuyển động tịnh tiến tuyến tính ổn định cho nhiều ứng dụng. Vì lý do này, vít me bi được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như: hệ thống mở cửa tự động, máy phay, máy tiện CNC và thanh trượt bàn MRI,…