Jaké jsou poruchy kuličkových šroubů?

Tento článek se zaměřuje na tři běžné typyporuchy kuličkového šroubu: nadměrná vůle, neplynulý chod a zlomenina. Každý typ poruchy je vysvětlen symptomem, možnou příčinou, směrem kontroly a metodou prevence.

Proč na selhání kuličkového šroubu záleží

Porucha kuličkového šroubu může ovlivnit přesnost polohování, opakovatelnost, plynulost pohybu, bezpečnost zařízení a stabilitu výroby. V CNC strojích nebo v systémech přesné automatizace může i malá vůle, hrubý pohyb nebo nesouosost ložisek vést k chybě při obrábění, abnormálnímu hluku, nestabilnímu zatížení nebo předčasnému opotřebení součástí.

Při odstraňování problémů s kuličkovým šroubem je důležité neposuzovat šroub samotný. Matice, opěrná ložiska, sedlo matice, sedlo ložiska, spojka, připojení motoru, montážní povrch, mazání a pracovní prostředí by měly být také zkontrolovány jako součást kompletního převodového systému.

Běžné příznaky selhání kuličkového šroubu

Různé poruchy kuličkového šroubu často vykazují různé příznaky. Níže uvedená tabulka poskytuje rychlý způsob, jak spojit viditelné problémy stroje s možnými typy poruch.

Typ poruchy 1: Nadměrná vůle

Nadměrná vůle se může projevit jako vůle, zpožděná odezva, špatná opakovatelnost, chyba pohybu stolu nebo různé hodnoty vůle v různých polohách pojezdu. Může pocházet z nedostatečného předpětí, slabé nosné konstrukce, nesprávného výběru ložisek, špatné instalace nebo uvolnění v připojení pohonu.

Žádné předpětí nebo nedostatečné předpětí

Kuličkový šroub bez správného předpětí může mít znatelnou axiální vůli. Při vertikální instalaci se může matice otáčet nebo klouzat vlastní vahou, pokud není konstrukce správně ovládána. Tento typ vůle může snížit přesnost polohování a opakovatelnost.

Předpětí by mělo být zvoleno podle požadavků stroje. Příliš malé předpětí může způsobit vůli, zatímco příliš velké předpětí může zvýšit tření, teplo, zatížení motoru a opotřebení.

Příliš velký torzní posun

K nadměrnému torznímu posunutí může dojít, když hřídel šroubu není pro danou aplikaci dostatečně tuhá. Může souviset s tepelným zpracováním, tvrdostí materiálu, průměrem šroubu, celkovou délkou a způsobem podpory.

Původní technické poznámky zmiňují, že standardní odkaz na tvrdost pro ocelové kuličky, kuličkové matice a šroubová vřetena může být kolem 62–66 HRC, 58–62 HRC a 58–62 HRC. Pokud je rozložení tvrdosti špatné nebo je vytvrzená vrstva příliš tenká, šroub se může stát méně odolným vůči opotřebení a deformaci.

Poměr délky-k-průměru také ovlivňuje tuhost. Velmi dlouhý a tenký šroub se při zatížení pravděpodobněji zkroutí nebo ohne. U aplikací s dlouhým pojezdem je třeba pečlivě zkontrolovat průměr šroubu a způsob podpory konce.

Nevhodný výběr ložiska

Podpěry kuličkových šroubů musí správně ovládat axiální pohyb. Běžná kuličková ložiska s hlubokou drážkou obvykle nejsou vhodná pro přenášení významného axiálního zatížení v poloze s podpěrou kuličkového šroubu. Pokud typ ložiska nemůže zajistit dostatečnou axiální tuhost, může se při zatížení objevit vůle.

Pro instalaci kuličkových šroubů se na pevném konci běžně používají ložiska s kosoúhlým stykem nebo přizpůsobené podpěry kuličkových šroubů. Typ podpěry by měl odpovídat průměru šroubu, zatížení, rychlosti a instalační struktuře.

Nesprávná montáž ložisek

I když je typ ložiska správný, špatná instalace může stále vytvářet vůli. Pokud je osazení šroubu příliš dlouhé nebo příliš krátké nebo pokud pojistná matice a opěrné plochy ložiska nejsou kolmé, ložisko se může naklonit nebo selhat při správném upnutí šroubu.

Osazení ložiska, závit pojistné matice a nosná plocha by měly být přesně zpracovány a sestaveny. Špatná kolmost nebo rovnoběžnost v této oblasti může vést k axiální vůli, nerovnoměrnému zatížení a předčasnému opotřebení opěrného ložiska.

Pouzdro slabé matice nebo pouzdro ložiska

Pokud není pouzdro kuličkové matice nebo pouzdro ložiska dostatečně tuhé, může se pod tíhou pohyblivé části nebo při zatížení obráběním prohnout. Toto vychýlení může způsobit, že systém má vůli, i když samotný kuličkový šroub není jediným problémem.

Tuhost sedla matice, tuhost sedla ložiska, pevnost montážních šroubů a tuhost rámu stroje by měly být zkontrolovány společně, když se objeví nadměrná vůle.

Uvolněný kryt nebo špatná montáž

Pouzdro kuličkové matice nebo pouzdro ložiska se může uvolnit v důsledku vibrací, nedostatečného upevnění, chybějících polohovacích kolíků, nesprávné délky šroubů, mělkých otvorů se závitem nebo nedostatku opatření proti uvolnění.

Při praktické údržbě zkontrolujte, zda jsou upevňovací šrouby utaženy, zda jsou polohovací čepy spolehlivé a zda se pouzdro při opakovaném zatížení neposunulo.

Špatná rovnoběžnost nebo rovinnost montážního povrchu

Pokud jsou dosedací plochy těla stroje, sedla matice, sedla ložiska nebo vodícího systému mimo toleranci, může se vůle v různých polohách podél dráhy měnit. To je běžné, když montážní povrch není rovný, vodicí lišta je špatně vyrovnána nebo seřizovací podložky nejsou správně nasazeny.

Když se vůle změní z jedné jízdní polohy do druhé, tělo stroje, vodicí lišty, sedlo matice a sedlo ložiska by měly být zkontrolovány společně.

Špatná montáž mezi motorem a kuličkovým šroubem

Připojení měniče může také způsobit ztrátu pohybu. Pokud je spojka uvolněná, nedostatečně tuhá nebo není bezpečně namontována, může dojít k relativní rotaci mezi hřídelí motoru a hřídelí kuličkového šroubu.

Pokud jsou v hnacím mechanismu použita ozubená kola nebo řemeny, je třeba zkontrolovat záběr ozubených kol, napnutí řemene, uložení pera, uložení pouzdra hřídele a výběr rozvodového řemene. Uvolněný klíč nebo prokluzující řemen může vypadat jako vůle kuličkového šroubu, ale ve skutečnosti pochází z hnacího systému.

Porucha typu 2: Nehladký provoz

Nehladký provoz se může projevit jako hrubý pohyb, zasekávání, nerovnoměrný odpor, abnormální zatížení motoru, vibrace nebo hluk. Tento typ selhání často souvisí s cirkulací koule, kontaminací, přesností zpracování, přejezdem, poškozením vratného potrubí nebo problémy se zarovnáním.

Problémy se zpracováním šroubů nebo matic

Pokud je povrch kuličkové drážky šroubu nebo matice drsný, pokud je kulatost ocelových kuliček nebo oběžné dráhy mimo toleranci, nebo pokud chyba stoupání a průměr stoupání nejsou správně kontrolovány, kuličkový šroub nemusí běžet hladce.

Nesprávná montáž vratného potrubí nebo nestejná velikost a tvrdost ocelové kuličky mohou také ovlivnit cirkulaci kuličky a způsobit vibrace, hrubý pohyb nebo místní ucpání.

Cizí hmota vstupující do kuličkové dráhy

Cizí tělesa jsou běžným důvodem neplynulého pohybu kuličkového šroubu. Obalové materiály, prach, třísky, zbytky prevence rzi-nebo úlomky z obrábění se mohou dostat do dráhy kuličky a narušit normální oběh kuličky.

Když se do oběžné dráhy dostane cizí těleso, kuličky mohou klouzat místo toho, aby se normálně kutálely, nebo se dokonce mohou zablokovat. To může snížit přesnost, zvýšit hluk a zkrátit životnost. Škrabky, kryty, správné čištění a pečlivé vybalení pomáhají toto riziko snížit.

Přes cestování

Nadměrný pohyb může poškodit vratnou cestu, promáčknout cirkulační strukturu nebo způsobit odlupování na povrchu kuličkové drážky. Jakmile je dráha oběhu koule poškozena, šroub může zdrsnit, zablokovat se nebo se nemůže správně otáčet.

Přejetí může být způsobeno nesprávným nastavením stroje, poruchou koncového spínače, kolizí nebo chybou ovládání. Pokud dojde k nadměrnému zdvihu, měl by být kuličkový šroub před opětovnou instalací a opětovným použitím zkontrolován.

Poškozené zpětné potrubí

Zpětné potrubí se může promáčknout nebo poškodit během instalace, manipulace nebo kolize stroje. Vzhledem k tomu, že vratné potrubí vede kuličky zpět do oběhu, i malá deformace může ovlivnit pohyb kuličky.

Pokud se kuličkový šroub po instalaci náhle zasekne nebo je hlučný, je třeba pečlivě zkontrolovat zpětné potrubí a dráhu cirkulace kuličky.

Nesouosost

Pokud sedlo matice a sedlo ložiska nejsou soustředné, může vznikat radiální zatížení. Přílišná excentricita může způsobit ohnutí šroubu. Ještě menší excentricita může způsobit abnormální opotřebení a časem snížit přesnost.

Čím vyšší je předpětí matice, tím je kuličkový šroub citlivější na chybu seřízení. U předepjatých kuličkových šroubů by se sedlo matice, sedlo ložiska, spojka, hřídel motoru a vyrovnání vodicí dráhy měly kontrolovat pečlivěji.

Nesprávné usazení mezi maticí a sedlem matice

Pokud je kuličková matice instalována pod úhlem nebo je namontována excentricky v sedle matice, může na matici působit abnormální zatížení. To může způsobit nestabilní provozní odpor a může se projevit jako kolísání zatížení motoru během provozu.

Sedlo matice by mělo být opracováno a smontováno tak, aby matice byla podepřena rovnoměrně bez nucené deformace.

Poškození při manipulaci

Kuličkové šrouby se mohou poškodit nárazem, ohnutím, pádem nebo nárazem do vratného potrubí během přepravy a instalace. Vzhledem k tomu, že kuličkové šrouby jsou přesné převodové součásti, může nesprávná manipulace způsobit problémy ještě předtím, než se stroj vůbec rozběhne.

Při manipulaci by měl být šroub řádně podepřen, udržován v čistotě a chráněn před nárazy. Matice by se neměla nedbale odstraňovat, pokud nejsou použita správná opatření pro zadržení kuličky.

Porucha typu 3: Zlomenina

Zlomenina je vážnější porucha kuličkového šroubu. Může se jednat o prasknutí ocelové kuličky, promáčknutí nebo prasknutí vratného potrubí nebo zlomení na konci vřetena. Tyto poruchy často souvisí se selháním mazání, nárazem, přejezdem, koncentrací napětí nebo opakovaným abnormálním zatížením.

Zlomenina ocelové kuličky

K lomu ocelové kuličky může dojít, když se provozní teplota, stav mazání, zatížení nebo místní napětí stanou abnormálními. Původní poznámky k poruchám upozorňují, že nárůst teploty mazaného a nemazaného kuličkového šroubu může být výrazně odlišný.

Pokud je mazání nedostatečné, zvyšuje se tření a teplo. Mohlo by to poškodit kuličky, oběžnou dráhu matice nebo drážku pro šroub. Plánování mazání by mělo být zohledněno jak při konstrukci stroje, tak při běžné údržbě.

Promáčknutí nebo zlomenina vratného potrubí

Nadměrný pohyb matice nebo přímý náraz na vratné potrubí může způsobit promáčknutí nebo zlomeniny. Jakmile je vratná trubka poškozena, může být ucpaná dráha cirkulace koulí, což způsobí, že koule klouzají místo kutálení.

To může vést k hrubému pohybu, zablokování, vnitřnímu poškození a nakonec prasknutí zpětného potrubí. Spolehlivé dojezdové limity a pečlivá instalace jsou důležité pro prevenci tohoto selhání.

Zlomení konce vřetena kuličkového šroubu

Zlomení na konci vřetena kuličkového šroubu může být způsobeno nesprávnou konstrukcí, koncentrací napětí, špatnou strukturou ramene, ohnutím hrdla šroubu, radiální silou nebo opakovaným střídavým namáháním.

Rameno šroubu by se mělo vyhýbat ostrým úhlům, kde by se mohlo koncentrovat místní napětí. Rovněž je třeba pečlivě kontrolovat kolmost mezi opěrnou plochou ložiska a osou závitu pojistné matice.

Pokud excentricita instalace vytváří abnormální radiální sílu, opakované smykové namáhání může způsobit předčasné selhání na konci vřetena. To je důvod, proč je vyrovnání sedla ložisek a návrh nosné konstrukce důležité pro dlouhodobý-provoz.

Tabulka odstraňování poruch kuličkového šroubu

Níže uvedená tabulka shrnuje tři hlavní typy poruch a praktický směr řešení problémů.

Jak zabránit selhání kuličkového šroubu

Většina poruch kuličkového šroubu souvisí s instalací, podporou, mazáním, ochranou nebo provozními podmínkami. Preventivní opatření by měla být naplánována před instalací a udržována během provozu stroje.

Referenční příručka analýzy selhání kuličkového šroubu DLY

Dodávky DLYkuličkové šrouby, kuličkové ořechy, podpůrné jednotkya přizpůsobené koncové obrábění pro CNC stroje, automatizační zařízení, balicí stroje a průmyslové pohybové systémy.

Pro analýzu selhání kuličkového šroubu je třeba společně zkontrolovat předpětí, výběr opěrného ložiska, opracování konců, tuhost sedla matice, vyrovnání sedla ložiska, spojení spojky, mazání, ochranu a pracovní prostředí. Selhání kuličkového šroubu je často spíše systémový problém než jen problém s hřídelí šroubu.

Závěr

Společnýporuchy kuličkového šroubulze obecně seskupit do nadměrné vůle, neplynulého provozu a zlomeniny. Nadměrná vůle často souvisí s předpětím, podporou ložiska, tuhostí pouzdra, přesností montáže nebo připojením pohonu. Nehladký provoz je běžně spojován s kontaminací, problémy se zpracováním, přejížděním, poškozením vratného potrubí, nesouosostí nebo poškozením při manipulaci. Zlomenina může zahrnovat ocelové kuličky, vratné potrubí nebo konce vřetena při abnormálním zatížení nebo špatném mazání.

Odstraňování problémů by mělo začít od viditelného příznaku, poté krok za krokem zkontrolovat kuličkový šroub, matici, opěrná ložiska, spojku, sedlo matice, sedlo ložiska, montážní povrch, mazání a provozní stav.

Správné předpětí, správný výběr opěrného ložiska, přesná instalace, spolehlivá ochrana, pravidelné mazání a pečlivé zacházení mohou pomoci snížit mnohá běžná rizika selhání kuličkových šroubů.