A pár kuličkových šroubůpřevádí rotační pohyb na řízený lineární pohyb prostřednictvím valivého kontaktu mezi hřídelí šroubu, ocelovými kuličkami a kuličkovou maticí. Jeho výkon není určen pouze šroubem. Geometrie oběžné dráhy, cirkulace koule, předpětí, přesnost vedení, uspořádání podpěry, mazání a vyrovnání instalace spolupracují jako jeden převodový systém.
Tyto technologie určují, zda může osa stroje opakovaně dosáhnout požadované polohy, obrátit směr bez nadměrné ztráty pohybu a pracovat zamýšlenou rychlostí bez vibrací nebo přehřátí. To je důvod, proč se dvě sestavy kuličkových šroubů se stejným jmenovitým průměrem a stoupáním mohou ve skutečném zařízení chovat velmi odlišně.
Pochopení klíčových technologií páru kuličkových šroubů pomáhá inženýrům specifikovat sestavu podle zatížení, zdvihu, rychlosti a požadavků na umístění, místo aby ji vybírali pouze podle čísla modelu.
Součásti páru kuličkových šroubů
Kompletní pár kuličkových šroubů obvykle obsahuje hřídel šroubu, kuličkovou matici, ocelové kuličky, systém návratu kuličky a těsnění nebo stěrače. V ose stroje pracuje také s nosnými ložisky, připojením motoru a mazacím systémem.
| Komponent | Hlavní funkce | Vliv na výkon |
|---|---|---|
| Šroubová hřídel | Poskytuje spirálovou oběžnou dráhu a přenáší rotační pohyb | Ovlivňuje přesnost vedení, nosnost, kritickou rychlost a pevnost sloupce |
| Kulová matice | Obsahuje odpovídající oběžnou dráhu a přenáší axiální zatížení | Ovlivňuje tuhost, způsob montáže a dostupný prostor |
| Ocelové koule | Rolujte mezi oběžnými dráhami hřídele a matice | Ovlivňuje hladkost, rozložení zatížení, předpětí a únavovou životnost |
| Návratový systém | Recirkuluje kuličky uzavřenou cestou | Ovlivňuje provozní rychlost, hlučnost a stabilitu oběhu |
| Stěrače a těsnění | Omezte vniknutí nečistot a ztrátu maziva | Pomozte chránit oběžné dráhy a prodloužit provozní životnost |
Valivý kontakt a geometrie oběžné dráhy
Ústřední technologií páru kuličkových šroubů je nahrazení kluzného kontaktu recirkulačním valivým kontaktem. Když se šroub nebo matice otáčí, kuličky se pohybují po spirálových oběžných drahách a přenášejí sílu mezi dvěma součástmi. Po průchodu zatíženou zónou se kuličky vracejí oběhovým systémem do výchozího bodu.
Tento mechanismus snižuje tření a umožňuje sestavě pracovat efektivně při axiálním zatížení. Popisování kuličkového šroubu jako s "nulovým třením" je však nepřesné. Valivý kontakt, těsnění, víření maziva, předpětí a recirkulace kuliček vytvářejí odpor a teplo.
Přesnost profilu oběžné dráhy je obzvláště důležitá. Shoda mezi kuličkou a drážkou řídí kontaktní plochu a rozložení zatížení. Špatná geometrie nebo nekonzistentní velikost koule může způsobit nerovnoměrné zatížení, kolísání točivého momentu, vibrace a předčasnou únavu povrchu.
Technologie recirkulace míče
Protože kuličky nepřetržitě procházejí zatíženou oběžnou dráhou, musí se vracet uzavřenou cirkulační cestou. Mezi běžné konstrukce zpětného vedení patří vnější zpětné trubice, vnitřní deflektory a cirkulační struktury koncového-víčka.
Žádný jednotlivý návrh oběhu není nejlepší pro každý stroj. Kompaktní vnitřní konstrukce může vyhovovat zařízení s omezeným instalačním prostorem, zatímco pro konkrétní požadavek na vedení, rychlost nebo zatížení lze zvolit jinou konstrukci. Přechody mezi zatíženou dráhou a návratovou dráhou musí míčkům umožnit hladký vstup a odchod.
Při vyšších rychlostech otáčení může nestabilní recirkulace zvýšit náraz, vibrace, teplotu a hluk. Vysokorychlostní-výkon proto závisí na více než na vedení šroubu. Vyžaduje také vhodnou geometrii zpětné-dráhy, rozteč kuliček, mazání a přesnost instalace.
Přesnost vedení a umístění
Teoretický lineární zdvih na jednu otáčku šroubu se rovná jmenovitému stoupání. Skutečná dráha se mírně liší kvůli chybě vedení. Přesnost kuličkového šroubu popisuje povolenou odchylku tohoto skutečného pohybu po zadané délce dráhy.
Výkon polohování by neměl být posuzován pouze podle stupně přesnosti. Konečná chyba osy stroje může také zahrnovat axiální vůli, pružnou deformaci, pohyb ložisek -podpory, tepelnou roztažnost, chybu spojky, nesouosost montáže a omezení systému zpětné vazby-.
Důležité rozlišení:přesnost vedení popisuje chybu pohybu, vůle popisuje ztracený pohyb během reverzace a opakovatelnost popisuje, jak konzistentně se osa vrací do stejné zadané polohy. Tyto výrazy by neměly být používány zaměnitelně.
Válcované kuličkové šrouby jsou široce používány v obecných automatizačních a polohovacích systémech, zatímco broušené kuličkové šrouby jsou vybírány, pokud aplikace vyžaduje těsnější přesnost vedení a více kontrolovanou geometrii oběžné dráhy. Vhodná třída by měla vycházet spíše z požadované výkonnosti osy než z předpokladu, že je vždy nezbytná nejvyšší třída.
Předpětí, vůle a tuhost
Vnitřní axiální vůle může způsobit ztrátu pohybu, když osa obrátí směr. Předpětí působí vnitřní silou mezi kuličky a oběžné dráhy, aby se snížila vůle a zvýšila axiální tuhost. Může být vytvořen výběrem velikosti kuliček, -výběrem velikosti oběžného kola nebo uspořádáním dvojité-matice.
Vyšší předpětí není automaticky lepší. Zvýšení předpětí může zlepšit zpětnou reakci a tuhost, ale také zvyšuje třecí moment a tvorbu tepla. Nadměrné předpětí může zkrátit únavovou životnost, zvýšit nároky na motor a učinit sestavu citlivější na nesouosost.
Správné předpětí závisí na vnějším axiálním zatížení, požadované tuhosti, pracovním cyklu, zrychlení, provozní rychlosti a přesnosti instalace. Aplikace se skromnými požadavky na polohování nemusí vyžadovat stejné předpětí jako osa posuvu přesného stroje-.
Nosnost a únavová životnost
Nosnost kuličkového šroubu je ovlivněna průměrem kuličky, geometrií oběžné dráhy, počtem zatížených kuliček, počtem cirkulačních okruhů a stavem materiálu. Katalogy obvykle poskytují základní dynamické zatížení pro výpočty-životnosti a základní statické zatížení pro kontrolu trvalé deformace při vysokých nebo stacionárních zatíženích.
Skutečná životnost je silně ovlivněna ekvivalentním axiálním zatížením. Nárazové zatížení, špatné vyrovnání a znečištění mohou způsobit, že skutečné zatížení jednotlivých kuliček bude mnohem vyšší, než naznačuje nominální tah stroje. Protože se vypočítaná únavová životnost prudce mění se zatížením, nesprávný odhad zatížení může vést k nerealistickému výsledku životnosti-.
Při výběru by proto mělo být zohledněno normální zatížení, špičkové zatížení, zrychlovací síla, pracovní cyklus a provozní orientace. Vertikální osa může také vyžadovat brzdu nebo protizávaží, protože vysoká účinnost kuličkového šroubu může umožnit zpětný-pohon, když je odstraněn krouticí moment pohonu.
Rychlost a kritická rychlost
Větší stoupání vytváří lineárnější dráhu na otáčku, což umožňuje dosažení cílové rychlosti posuvu při nižší rychlosti otáčení. Olovo však také ovlivňuje požadovaný hnací moment, dostupné mechanické rozlišení a konstrukci matice.
U rotujícího šroubu může být maximální rychlost omezena systémem cirkulace kuliček a kritickou rychlostí hřídele. Kritická rychlost je rychlost otáčení, při které se šroub přiblíží ohybové rezonanci a začne šlehat nebo vibrovat. Je ovlivněn především průměrem paty šroubu, délkou bez podepření a uspořádáním koncové-podpory.
Dlouhý štíhlý šroub obecně dosáhne limitu rychlosti dříve než krátký šroub s větším{0}}průměrem. Zvětšení průměru kořene, zmenšení nepodepřené délky nebo použití pevnějšího uspořádání podpěry může zvýšit přípustnou provozní rychlost. Konstrukce by si měla zachovat vhodnou rezervu pod vypočítaným limitem spíše než pracovat nepřetržitě při rezonanci.
Tepelná kontrola a mazání
Teplo mění délku dříku šroubu a může vytvářet polohovací drift, i když je původní přesnost vedení vysoká. Teplo může pocházet z předpětí, opěrných ložisek, těsnění, rychlého cyklování a nedostatečného nebo nadměrného mazání.
Mazací tuk se běžně používá tam, kde je preferována jednoduchá údržba, zatímco olejové mazání lze použít v centralizovaných nebo vysokorychlostních systémech. Typ maziva, viskozita a interval doplňování by měly odpovídat provozní rychlosti, zatížení, teplotě a okolnímu prostředí.
Přesná zařízení mohou také používat monitorování teploty, řízené zahřívání-, tepelnou kompenzaci, předpětí hřídele nebo opatření chlazení. Tyto metody se zaměřují spíše na tepelné chování na úrovni systému, než aby se spoléhaly pouze na vyšší stupeň přesnosti kuličkového šroubu.
Podpora a instalace
Pár kuličkových šroubů nefunguje nezávisle na své montážní struktuře. Nosná ložiska umísťují šroub axiálně a radiálně, zatímco spojka jej spojuje s motorem. Běžná uspořádání podpory zahrnují pevné-volné, pevné-podporované a pevné-pevné konfigurace.
Nesouosost při instalaci může způsobit boční zatížení, pro které nebyl kuličkový šroub navržen. To může způsobit abnormální točivý moment, nerovnoměrné opotřebení a nadměrnou teplotu. Hřídel šroubu, pouzdro matice, opěrná ložiska a lineární vodicí systém by měly sdílet správné vyrovnání.
Koncové opracování musí také odpovídat zvoleným ložiskovým podpěrám a připojení motoru. Kuličkové šrouby DLY mohou být dodány s opracováním konců-specifickým pro aplikaci a přizpůsobenypodpěrné jednotky s kuličkovým šroubempro integraci do konstrukce stroje.
Klíčové parametry pro výběr
| Parametr | Proč na tom záleží | Informace k potvrzení |
|---|---|---|
| Průměr šroubu | Ovlivňuje nosnost, tuhost, odolnost proti vzpěru a kritickou rychlost | Axiální zatížení, celková délka a vzdálenost podpěr |
| Vést | Ovlivňuje lineární rychlost, otáčky motoru, točivý moment a rozlišení | Cílová rychlost, zrychlení a charakteristiky motoru |
| Stupeň přesnosti | Ovládá přípustné kolísání předstihu | Tolerance polohování a efektivní pojezd |
| Předpětí nebo vůle | Ovlivňuje vůli, tuhost, krouticí moment a teplotu | Přesnost reverzace, pracovní cyklus a vnější zatížení |
| Ořechová forma | Určuje montážní rozhraní a dostupnou nosnost | Rozměry pouzdra a směr montáže |
| Uspořádání podpory | Ovlivňuje axiální tuhost, kritickou rychlost a tepelné chování | Zdvih, délka hřídele, rychlost a zástavbový prostor |
| Provozní prostředí | Stanovuje požadavky na těsnění, mazání a ochranu | Prach, třísky, vlhkost a okolní teplota |
Aplikace
Páry kuličkových šroubů se používají tam, kde je vyžadován řízený lineární pohyb, axiální únosnost a opakovatelné polohování. Mezi typické aplikace patří CNC posuvové osy, průmyslová automatizace, balicí stroje, kontrolní zařízení, polovodičová zařízení, lékařská zařízení a robotické polohovací systémy.
Požadovaná úroveň technologie se liší podle aplikace. Obecný přenosový mechanismus může upřednostňovat náklady, nosnost a spolehlivost, zatímco osa obráběcího{1}}nástroje může klást větší důraz na přesnost vedení, předpětí, tepelnou stabilitu a strukturální tuhost. Výběr by měl začínat provozními podmínkami spíše než samotným názvem aplikace.
FAQ
Je pár kuličkových šroubů stejný jako kuličkový šroub?Termíny se často používají zaměnitelně. "Pár kulových šroubů" zdůrazňuje sladěnou sestavu šroubového hřídele a kulové matice, včetně kuliček a cirkulačních komponent, spíše než samotný šroubový hřídel.
Ne každý kuličkový šroub nemá-vůli. Axiální vůle závisí na vnitřní konstrukci a montážním stavu. Vhodné předpětí může snížit nebo odstranit měřitelnou vůli, ale také zvyšuje třecí moment a teplo.
Mezi důležité faktory patří přesnost vedení, axiální vůle, předpětí, pružná deformace, tuhost opěrného-ložiska, tepelná roztažnost, vyrovnání montáže a zpětnovazební a řídicí systém stroje.
Mezi běžné příčiny patří nadměrné předpětí, nevhodné mazání, nesouosost, poškozené součásti oběhu, nadměrná rychlost a vysoký odpor těsnění. Před výměnou maziva nebo předpětí by měl být zdroj zkontrolován.
Závěr
Klíčová technologie páru kuličkových šroubů není omezena na pohyb s nízkým-třením. Spolehlivý výkon pochází z interakce geometrie oběžné dráhy, oběhu koule, přesnosti, předpětí, tuhosti, nosnosti, regulace rychlosti, mazání a montážní konstrukce.
Pro výběr potvrďte axiální zatížení, efektivní zdvih, cílovou rychlost, požadavek na přesnost, pracovní cyklus, montážní prostor, uspořádání podpěry a pracovní prostředí. Společnost DLY může poskytnout řešení válcovaných a broušených kuličkových šroubů C7 a C5, včetně konfigurace matic, předpětí, opracování konců a přizpůsobení-podpěrných jednotek.
Pro výběr kuličkového šroubu nebo technické potvrzení zašlete požadovaný průměr, stoupání, zdvih, zatížení, rychlost, stupeň přesnosti a koncový{0}}výkres obrábění.
Reference
- ISO 3408-1 - Kuličkové šrouby: Slovník a označení.
- ISO 3408-3 - Kuličkové šrouby: Přejímací podmínky a přejímací testy.
- Katalogy a technické příručky výrobce týkající se přesnosti kuličkového šroubu, předpětí, zatížení a kritické rychlosti.
