بال اسکرو چیست؟

آشنایی با نحوه عملکرد بال اسکرو و کارکرد آن در صنایع مختف مانند دستگاه CNC بسیار مهم است. بال اسکرو یک ابزار مکانیکی است که از حرکت چرخشی (دورانی) را به حرکت خطی تبدیل می‌کند. اگر می‌خواهید متوجه شوید که بال اسکرو چیست، این مقاله را تا انتها بخوانید. همچنین با نحوه عملکرد بال اسکرو، مزایا و معایب بال اسکرو، کاربرد بال اسکرو و نحوه انتخاب بال اسکرو نیز آشنا می‌شود.

بال اسکرو چیست؟

بال اسکرو (Ball Screw) یک سیستم تبدیل حرکت چرخشی به حرکت خطی است که با استفاده مهره‌ها و پیچ‌ها می‌تواند این مکانیزم را پیاده‌سازی کند. داخل مهره‌ها و شیارهای بال اسکرو از توپ‌های کوچکی (ساچمه) تشکیل شده است که مثل بلبرینگ عمل می‌کنند. بال اسکرو با دقت خیلی زیاد، تلرانس و اصطکاک خیلی کم کار می‌کند و در مقابل انواع بارهای فشاری مقاوم است. در واقع بال اسکرو با کاهش اصطکاک و تلرانس می‌تواند با مقدار بار کمی کار کند و همین موضوع باعث کاهش لقی و لغزش بین ورودی و خروجی می‌شود.

کاهش اصطکاک و افزایش راندمان یکی از چشم‌گیری تفاوت‌ها در بال اسکرو با لید اسکرو است. تفاوت بال اسکرو با لید اسکرو در این است که انرژی کمتری را مصرف می‌کند و به همین علت باعث استقبال مهندسان از بال اسکرو در صنایع مختلف می‌شود. بال اسکرو در ماشین آلات صنعتی مانند دستگاه‌های CNC، تجهیزات اتوماسیون صنعتی و ابزار دقیق کاربرد دارد.

ساختار بال اسکرو به چه صورت است؟

بال اسکرو از بخش‌های مختلفی تشکیل شده است که شامل شفت رزوه شده، پیچ، مهره، ساچمه و مکانیزم چرخش ساچمه‌ها می‌شود. ساچمه‌ها یا توپ‌های فلزی کوچک باعث می‌شود که هیچ تماس واصطکاکی بین مهره و پیچ ایجاد نشود که در ادامه ساختار اصلی بال اسکرو را بررسی می‌کنیم:

• مهره (NUT): این قطعه روی شفت به سمت عقب یا جلو حرکت می‌کند که دارای شیارهای مارپیچی داخلی که با شیارهای مارپیچی شفت تطابق دارد. برای آشنایی با کارکرد مهره‌ها بهتر است مقاله انواع مهره بال اسکرو را مطالعه کنید.
• شفت رزوه شده (Screw Shaft): یک شفت با شیارهای مارپیچ بسیار دقیق دارد که این شیارها برای حرکت گوی‌ها یا ساچمه‌ها هستند.
• توپ یا ساچمه (Ball Bearings): این ساچمه‌ها یا گوی‌های فولادی هستند که بین شیارهای مهره و شفت قرار می‌گیرند و این مسیر را به‌آرامی و نرمی می‌چرخانند.

نحوه عملکرد بال اسکرو چگونه است؟

نحوه عملکرد بال اسکرو را به‌صورت کلی بیان کردیم که حرکت چرخشی را به حرکت خطی تبدیل می‌کند و همین موضوع باعث کاهش اصطکاک و افزایش راندمان و دقت دستگاه می‌شود. به عبارت ساده‌تر، فرض کنید یک پیچ و مهره ساده و استاندارد دارید و وقتی پیچ را می‌چرخانید، مهره در همان راستا، به سمت عقب یا جلو حرکت می‌کند. اصطکاک بین رزوه‌های پیچ و مهره زیاد است که باعث ایجاد سایش، گرما و کاهش راندمان می‌شود. بال اسکرو این مشکل را استفاده از قرار دادن ساچمه فلزی بین پیچ و مهره حل می‌کند و اصطکاک لغزشی را به اصطکاک چرخشی تبدیل می‌کند. از معایب بال اسکرو این است که در برابر ضربه و آلودگی بسیار حساس است.

اگر بخواهیم به‌صورت تخصصی‌تر، نحوه عملکرد بال اسکرو را بررسی کنیم شامل مراحل زیر است:

• شفت بال اسکرو توسط یک موتور (سروو موتور یا استپر) چرخانده می‌شود.
• مهره بال اسکرو انواع مختلفی دارد اما یکی از مدل‌های مهره بال اسکرو به یک بخش متحرک (مانند میز یک دستگاه CNC) متصل است و از چرخش آن پیشگیری می‌کند.
• با چرخش شفت، ساچمه‌ها شروع به غلتیدن در داخل شیارهای مارپیچ می‌کنند.
• همزمان با این چرخش و ساچمه‌ها را در این چرخه نگه می‌دارد و مهره‌ها را با اصطکاک کم و دقت بالا در راستا محور شفت حرکت می‌کند.

انواع بال اسکرو کدام هستند؟

بال اسکرو با توجه به کاربرد و نیاز ماشین آلات و صنایع، انواع مختلفی دارد که در زمان انتخاب بال اسکرو باید با انواع آن آشنایی لازم را داشته باشبد. انتخاب ال اسکرو به نوع پروژه و بار مورد نظر بستگی دارد. در ادامه انواع بال اسکرو را شرح می‌دهیم.

• بال اسکرو توپی تک مهره (Single Nut Ball Screws): در این مدل، یک مهره توپی بر روی بال اسکرو نصب شده‌اند که حرکت آن را ساده‌تر می‌کند.
• بال اسکرو دوبل مهره (Double Nut Ball Screws): این نوع از بال اسکرو، دو مهره توپی به‌صورت پشت سرهم و متوالی روی بال اسکرو نصب شده‌اند که باعث پایداری بیشتر دستگاه می‌شود.
• بال اسکرو توپی سنگ‌زنی شده (Ground Ball Screws): این مدل بال اسکرو دقت بسیار زیادی دارد و برای کاربری‌های دقیق مانند ماشین آلات CNC مورد استفاده قرار می‌گیرد و قابلیت کنترل عددی کامپیوتری را دارد.
• بال اسکرو مینیاتوری یا توپی کوچک (Miniature Ball Screws): این مدل، جزء کوچکترین ورژن‌های بال اسکرو است که برای کاربری‌های نیاز به دقت بالا و ابعاد کوچک دارند، استفاده می‌شود.
• بال اسکرو توپی نورد شده (Rolled Ball Screws): این بال اسکرو به وسیله فرایند نورد سرد ایجاد می‌شود و برای کاربری‌هایی که نیاز به دقت کمتری دارد، استفاده می‌شود.
• بال اسکرو توپی تراشیده دقیق (Precision Ball Screws): این مدل از بال اسکرو دارای دقت بسیار است که در تجهیزات حساس پزشکی و آزمایشگاهی استفاده می‌شود.

شاخص گام در بال اسکرو به چه معناست؟

گام بال اسکرو به معنا زاویه نرخ تبدیل نیرو دورانی به حرکت خطی و رزوه‌ها است. شاخص‌های متفاوتی وجود دارد که این ویژگی گام در بال اسکرو را متمایز می‌کند که شامل قطر، طول، جنس و گام می‌شود. گام بال اسکرو را به فاصله دو نقطه مشابه در پیچ بال اسکرو در دو رزوه پشت سرهم و متوالی شناخته می‌شود. این شاخص پارامتری روی سرعت حرکت و همچنین دقت نهایی بال اسکرو تاثیرگذار است. یک گام پیشروی مهره در بال اسکرو به ازای هر دور حرکت موتور خواهد بود.

انتخاب بال اسکرو چگونه است؟

در زمان انتخاب بال اسکرو باید پارامترهای مختلف را لحاظ کرد تا بتوان بهترین انتخاب را با توجه به نیاز پروژه و نوع کاربری داشت. پارامترهای مختلف در انتخاب بال اسکرو را باید بررسی شود که شامل میزان بار مکانیکی، میزان دقت مورد نیاز، نوع کاربری دستگاه، شرایط محیطی و محل نصب می‌شود. البته برای انتخاب بال اسکرو باید اطلاعات موتور (سروو موتور یا استپر) مورد نیاز است که این اطلاعات شامل گشتاور، سرعت و شتاب است. در مرحله آخر بال اسکرو با توجه به موتور، بار و نوع کاربری انتخاب شود. انتخاب بال اسکرو در مقایسه با لید اسکرو نیاز به دقت بیشتری دارد. در ادامه به‌صورت کلی پارامترهای انتخاب بال اسکرو را به‌صورت کلی به شرح زیر است:

• نرخ بار دینامیکی و بار استاتیکی پایه
• محاسبه مقدار سرعت بال اسکرو
• محاسبه بار بحرانی و بار کششی مجاز بال اسکرو
• بررسی مقدار سرعت بال اسکرو
• محاسبه سرعت چرخشی (دورانی) مجاز بال اسکرو
• محاسبه نیرو ماکزیمم بال اسکرو
• مقادیر ضرایب اطمینان بال اسکرو
• محاسبه گشتاور پیچشی انتها بال اسکرو

کاربرد بال اسکرو چیست؟

بال اسکرو با توجه به تلرانس دقیق، در ماشین آلات و صنایع بسیار دقیق مورد استفاده قرار می‌گیرد. یکی از این ماشین آلات دقیق مربوط به دستگاه‌های CNC است که نیاز به دقت بسیار بالایی دارد. در ادامه کاربرد بال اسکرو را در صنایع مختلف را بررسی می‌کنیم:

• دستگاه CNC
• دستگاه‌های برش
• دستگاه‌های تراش
• رباتیک جهت حرکات دقیق بازوهای رباتیک
• تجهیزات پزشکی برای تجهیزات جراحی دقیق و تصویربرداری
• صنایع خودروسازی در سیستم مدارات فرمان