اگر بخواهیم ببینیم بال اسکرو چیست و تعریف بال اسکرو را بررسی کنیم، بال اسکرو (ball screw) یک سیستم مکانیکی است که برای تبدیل حرکت دورانی به حرکت خطی استفاده می‌شود. برای آشنایی با بال اسکرو باید بدانید این سیستم از یک ویژگی مهم به نام توپی تراپزی استفاده می‌کند که به آن امکان می‌دهد نیرو را در طول محور خطی منتقل کند.
با استفاده از عملکرد اصلی بال اسکروها ، حرکت چرخان یک مهره به حرکت خطی تبدیل می‌شود. این سیستم شامل یک رولوئید بال و یک مهره است. رولوئید بال یک لوله فولادی با حفره‌های روی سطح داخلی است که توپ‌ها درون آن قرار می‌گیرند. مهره نیز یک وسیله بلند با یک سطح خاردار است که به داخل رولوئید بال قرار می‌گیرد.
برای خرید بال اسکرو لازم است که اول با این سیستم و کاربردهای آن به خوبی آشنا شوید. در این مقاله سعی کرده‌ایم توضیحات کاملی راجع‌به این سیستم مکانیکی ارائه دهیم.
تاریخچه پیدایش بال اسکرو
بالسکرو در سال ۱۸۹۸ توسط استیونسون و دی گلن اختراع و ثبت شد. قبل از پیدایش بال اسکرو، برای عقب و جلو بردن میزها، از پیچ و مهره‌های ساده استفاده می‌شد. اما با حرکت رفت و برگشت در پیچ و مهره، سایش و لغزش بین آنها ایجاد و دقت کار کم‌تر می‌شد.
با تغییراتی در نوع دنده‌های پیچ و مهره، به حدی این مشکل را حل کردند. به جای استفاده از پیچ و مهره با سطح مقطع مثلثی، از پیچ و مهره با سطح مقطع ذوزنقه‌ای و تا حدی مستطیلی استفاده شد. اکنون این نوع پیچ و مهره‌ها به طور گسترده در برخی از میزهای سی ان سی استفاده می‌شوند. با این حال، یک مشکل وجود داشت؛ برای روانکاری حرکت پیچ بر روی مهره، لقی مشخصی در نظر گرفته می‌شد.
به مرور زمان، پیچ‌ها ساییده شده و دقت خود را از دست می‌دادند. هنگامی که پیچ چپگرد می‌شد، یک طرف مهره درگیر و هنگامی که پیچ راستگرد می‌شد، ابتدا باید لقی طی می‌شد تا به طرف دیگر برسد و سپس طرف دیگر درگیر می‌شد. در مرحله بعدی، سیستمی به نام لید اسکرو اختراع و به مرحله تولید رسید.
این دستگاه از دو مهره به جای یک مهره استفاده می‌کند. بین این دو مهره، یک فنر قرار گرفته که توسط پیچ‌های مخصوص تنظیم می‌شود. این موضوع باعث می‌شود که در تمام حالت‌ها هر دو سوی مهره‌ها درگیر باشند و با چپگرد و راستگرد شدن، لغزش به حداقل خود برسد. در مکان‌هایی که پیچ دچار خوردگی شود، فنر باز می‌شود و خود را تنظیم می‌کند. با این سیستم، اغلب مشکلات حل شدند اما هنوز مشکل لغزش سطوح وجود داشت.
از زمانی که بالسکرو اختراع شد، بسیاری از مشکلات بهبود یافتند. با اختراع بال اسکرو، صنایع قدمی مهم در جهت پیشرفت تکنولوژی برداشتند.
ساختار ظاهری و اجزا اصلی بال اسکرو
برای اینکه بدانید بال اسکرو چیست ابتدا ساختار ظاهری و اجزای این قطعه را بررسی می‌کنیم. بال اسکروها ساختار و اجزای پیچیده‌تری دارند و به نظر حجیم‌تر از سایر انواع پیچ‌ها هستند. آنها گران‌تر از سایر انواع پیچ‌اند اما مزایا و قابلیت آنها بیشتر از هزینه آنها است.
از نظر ساختار ظاهری، بالسکرو مجموعه‌ای از پیچ و مهره‌ها است به این صورت که گوی گردان (nut) به‌عنوان مهره و شافت رزوه دار (screw) به عنوان پیچ عمل می‌کند.
شافت رزوه دار دو وظیفه دارد :
• فراهم کردن مسیر حرکت ساچمه‌ها
• فراهم کردن مسیری جهت حرکت قسمت لغزنده بال اسکرو
اجزای اصلی بال اسکرو عبارتند از:
- پیچ بال اسکرو (Ball Screw)
- مهره (Nut)
- توپ ها (Balls)
- بلبرینگ ها (Bearings)
- شفت (shaft)
پیچ بال اسکرو
پیچ بال اسکرو، اصلی‌ترین قسمت این سیستم است. یک شیار مارپیچ روی سطح آن طراحی شده که شیارهای بیرونی دارای توپ‌ها هستند. پیچ با چرخش به عنوان محرک، حرکت خطی را ایجاد می‌کند.
مهره (Nut)
مهره در داخل شیارهای پیچ قرار دارد و با چرخش پیچ، در آن حرکت می‌کند. مهره دارای شیارهای درونی است که با شیارهای بیرونی پیچ همخوانی دارند. این تطابق شیارها باعث حرکت خطی مهره می‌شود. در برخی از مدل‌ها، مهره با روکشی محافظت شده است تا از آلودگی و خوردگی جلوگیری کند، که از مزایای بال اسکرو محسوب می‌شود.
توپ‌ها (Balls)
توپ‌ها درون شیارهای مارپیچ قرار دارند و به عنوان راهنما برای حرکت مهره استفاده می‌شوند. توپ‌ها بین شیارهای مارپیچ و شیارهای مهره قرار گرفته و با چرخش پیچ، در آن حرکت می‌کنند.
بلبرینگ‌ها (Bearings)
ساچمه ها یا بلبرینگ بال اسکرو در اطراف پیچ و مهره نصب می‌شوند و به عنوان وسایلی برای کاهش اصطکاک و فراهم کردن حرکت صاف و دقیق استفاده می‌شوند. بلبرینگ‌ها برای حفظ استحکام و عمر طولانی سیستم بالا سکرو بسیار مهم هستند.
شفت (shaft)
شفت یکی از اجزای بال اسکرو است که برای چرخش حول محور خود نیروی چرخشی دریافت می‌کند. حرکت شفت به صورت خطی انجام می‌شود. قدرت چرخش شفت توسط موتوری که در انتهای آن قرار دارد، تامین می‌شود.
مهم ترین مشخصات فنی بال اسکرو چیست؟
3 مورد از مهم ترین مشخصات داخلی بال اسکرو (ball screw) عبارتند از:
- نرخ پیچش
- پیچیدگی (خودرویی):
- ضریب کارایی:
نرخ پیچش
نرخ پیچش همان تعداد دوران مهره پیچ در واحد طول مهره است. این مشخصه نشان می‌دهد که چقدر مهره پیچ در هر واحد طول مهره می‌چرخد.
پیچیدگی (خودرویی)
این مشخصه میزان انتقال حرکت صاف و بدون گیر کردن یا لغزش مهره پیچ را نشان می‌دهد.
ضریب کارایی:
این ضریب به عنوان نسبت بین حرکت خطی مفید مهره (برای جلوگیری از لغزش و افت انرژی) به حرکت چرخشی ورودی به مهره تعریف می‌شود.
فرمول محاسبه ضریب کارایی در بال اسکرو به صورت زیر است:
ضریب کارایی (%) = (حرکت خطی مفید / حرکت چرخشی ورودی) × 100
مزایا و خصوصیات بال اسکروها
بال اسکروها با وجود هزینه بالاتر در بسیاری از صنایع توانستند جایگزین پیچ و مهره‌های معمولی شوند. در ادامه مهم ترین مزایای استفاده از این قطعات را بررسی می‌کنیم:
- مقاومت در برابر فشار بار زياد
- دارای اصطکاک کم
- راندمان بالا با اتلاف انرژی بسیار کم
- دقت موقعیت‌یابی دقیق
برای آشنایی بیشتر با تعریف بال اسکرو باید بدانید که این قطعه، علاوه بر ویژگی‌هایی که در قسمت قبل اشاره شد، دارای مزیت‌های دیگری نیز هست. یکی از این مزیت‌ها، کارکرد بسیار صامت و بی‌صدا است. این ویژگی بسیار مهم است زیرا در برخی برنامه‌ها نیاز است که سیستم‌های مکانیکی بدون ایجاد صدا و نویز عمل کنند.
علاوه بر آن، از جمله مزایا بال اسکرو می‌توان به این مورد اشاره کرد که این قطعه دارای کارایی بالا و عمر طولانی است. این سیستم به دلیل استفاده از توپ‌های بال به عنوان المان‌های پیشرو، مقاومت بسیار بالایی در برابر سایش و فرسایش دارد. این ویژگی باعث می‌شود که بال اسکرو قادر به انجام عملکردهای مکانیکی بسیاری با قدرت و دقت بالا باشد و نیاز به تعویض و تعمیرات مکرر نداشته باشد.
علاوه بر این، بال اسکرو دارای کارایی در برابر بارهای جانبی است. این سیستم قادر به تحمل نیروهای جانبی و لرزش‌های ناشی از جابجایی‌های غیر مستقیم است. این ویژگی از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا در برخی کاربردها، ممکن است نیروها و ارتعاش‌های جانبی وارد شوند که بر عملکرد سیستم تأثیرگذار باشند.
نحوه کارکرد سیستم بال اسکرو چگونه است
شاید از نزدیک با ظاهر Ball Screw آشنا باشید مکانیزم عملکرد بال اسکرو به ساختار آن بستگی دارد. همانطور که در معرفی اجزای بال اسکرو گفته شد، این قطعه، از ترکیب دو عنصر اصلی تشکیل شده است، پیچ و مهره. پیچ، یک المان با شیارهای روی سطح خارجی است که به عنوان راهنمای مهره عمل می‌کند. مهره نیز یک المان با شیارهای درونی متناسب با پیچ است که در آن حرکت می‌کند.
هنگامی که پیچ چرخشی می‌کند، مهره نیز در حرکت قرار می‌گیرد. این حرکت چرخشی پیچ به حرکت خطی مهره تبدیل می‌شود. از این روش، انتقال حرکت خطی از طریق حرکت چرخشی پیچ به دست می‌آید.
برای محدود کردن جابجایی مهره به حرکت خطی در یک جهت، بال اسکرو از پیچ پیچشی با شیارهای خروجی بزرگ استفاده می‌کند. این به این معنی است که هر بار که پیچ یک دور کامل می‌چرخد، مهره به مقدار بزرگتری در جهت خطی حرکت می‌کند. به عبارت دیگر، پیچ پیچشی بزرگ، ضریب چرخش به جابجایی خطی را بالا برده و سرعت حرکت خطی بال اسکرو را افزایش می‌دهد.
آشنایی با کاربرد بال اسکرو در صنایع
با در نظر گرفتن توانایی‌های بال اسکرو و مزایای آن از جمله تحمل بارهای بالا، حرکت دقیق، صمیمیت بالا و عمر طولانی، این قطعه یک گزینه محبوب و قابل اعتماد برای بسیاری از کاربردها در صنایع مختلف است.
در حال حاضر به عنوان برخی از کاربردهای رایج بال اسکرو می‌توان به صنایع زیر اشاره کرد:
- ماشین‌آلات صنعتی
- رباتیک و اتوماسیون صنعتی
- ماشین‌آلات CNC
- تجهیزات پزشکی و دستگاه‌های آزمایشگاهی
- صنایع خودروسازی
در ادامه به توضیح هر یک از موارد بالا می‌پردازیم.
ماشین‌آلات صنعتی
بال اسکرو در ماشین آلات صنعتی برای انتقال حرکت خطی در قطعات مختلف مانند میزها، اسلایدها، دستگاه‌های آزمایشگاهی و تجهیزات دیگر استفاده می‌شود. این کاربرد در دقت و استحکام بالا و تحمل بار بزرگ بسیار مفید است.
رباتیک و اتوماسیون صنعتی
بال اسکرو به عنوان یک راه حل مکانیکی برای حرکت خطی در ربات‌ها و سامانه‌های اتوماسیون صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. آنها قادرند به طور دقیق و قدرتمند جابجایی قطعات و اجزا را انجام دهند.
ماشین‌آلات CNC
در ماشین‌آلات کنترل عددی (CNC)، بال اسکرو برای جابجایی دقیق میز کار، ابزارها و قطعات مورد استفاده قرار می‌گیرد. این موضوع باعث افزایش دقت و تکرارپذیری در فرآیندهای تولید می‌شود.
تجهیزات پزشکی و دستگاه‌های آزمایشگاهی
در صنایع پزشکی و آزمایشگاهی، بال اسکرو برای حرکت خطی در دستگاه‌های اسکنر، دستگاه‌های تصویربرداری، دستگاه‌های پزشکی و سایر تجهیزات استفاده می‌شود.
صنایع خودروسازی
در صنعت خودروسازی، بال اسکرو در قسمت‌های مختلف مانند سیستم‌های جلوبندی، سیستم‌های تعلیق، درب‌ها و کنترل‌های دیگر استفاده می‌شود.
با توجه به اینکه بال اسکرو به عنوان یکی از تکنولوژی‌های پیشرفته مکانیکی شناخته می‌شود، احتمالاً در آینده، با بهبود و بهره‌برداری از فناوری‌های نوین، بهبود و افزایش قابلیت‌ها و عملکرد آن را خواهیم دید. در نتیجه، بال اسکرو به عنوان یک راه حل پیشرو در تبدیل حرکت و انتقال نیرو، در صنایع مختلف به کار گرفته خواهد شد.
برای مشاوره و یا خرید این قطعه می‌توانید با کارشناسان فنی تام باهر در تماس بگیرید: