Kugelrückkehrsysteme, Kugelschraubenauswahl und Kugelschraubenschmierung.

Durch die Angabe der richtigen Ballschraube für eine bestimmte Anwendung wird die Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Lebensdauer von Maschinen sichergestellt und gleichzeitig die Gesamtbetriebskosten minimieren.

Ein Kugelschraubenantrieb übersetzt die Rotationsbewegung in lineare Bewegung oder umgekehrt und kann hohe Schublasten auftragen oder standhalten - mit einer statischen Kapazität von 750.000 lb unter Verwendung eines Ø6.000 -Zoll -Kugellschraubenbaugruppes - mit Effizienz von typischerweise mehr als 90%. Kugelschrauben helfen, zu unterstützen, zu unterstützen, zu lokalisieren und genau zu bewegen, die Komponenten und Produkte in einer Reihe von Automatisierungsanwendungen bewegt werden.

Eine Kugelschraubenantrieb besteht aus einer Kugelschraube und einer Kugelmutter mit Rücklagerungskugellager. Die Grenzfläche zwischen der Schraube und der Mutter wird durch Kugellager hergestellt, die in den passenden Formen in der Kugelschraube und der Kugelmutter rollen. Die Last der Kugelschraube ist über eine große Anzahl von Kugellagern verteilt, so dass jede Kugel einer relativ geringen Last ausgesetzt ist. Aufgrund seiner rollenden Elemente hat der Kugelschraubenantrieb einen sehr geringen Reibungskoeffizienten, was einer hohen mechanischen Effizienz entspricht.

Der wichtigste Unterschied zwischen Kugelschrauben und Bleischrauben besteht darin, dass die Umwälzkugellager in der Kugelschraube verwendet werden, um die Reibung zu minimieren und die Effizienz zu maximieren. Kugelschrauben sind teurer als Bleischristen, aber ihre Fähigkeit, hohe Lasten zu tragen, schnelle Geschwindigkeiten zu erzielen und ein vorhersehbares Leben zu liefern, machen sie für viele Anwendungen ihre zusätzlichen Kosten wert.

Kugelschraubenfahrten bieten typischerweise eine mechanische Effizienz von mehr als 90%, sodass ihre Kosten häufig durch reduzierte Strombedürfnisse ausgeglichen werden. Die erhöhte Belastungskapazität, die längere Lebensdauer und die vorhersehbare Zuverlässigkeit von Kugelschrauben sind Vorteile gegenüber Bleischristen.

Wiederholbarkeit und Genauigkeit

Genauigkeit ist ein Maß dafür, wie genau ein Bewegungssystem einer Befehlsposition nähert und als maximaler Fehler zwischen der erwarteten und der tatsächlichen Position definiert ist. Die Wiederholbarkeit ist definiert als die Fähigkeit eines Positionierungssystems, während des Betriebs an einen Ort zurückzukehren. Kugelschraubenfahrten liefern eine hervorragende Wiederholbarkeit (die Gegenreaktion hängt vom Kugellagerdurchmesser ab, reicht jedoch typischerweise zwischen 0,005 und 0,015 Zoll) und der Genauigkeit (± 0,004 Zoll/ft für Präzisionskugel- und ± 0,0005-in./ft für Kugelschrauben mit der Bezeichnung Präzisions-Plus).

Die Bleigenauigkeit ist das häufigste Maß für die Genauigkeit der Kugelschraube. Blei bezieht sich darauf, wie weit eine nicht rotierende Kugelmutter mit einer einzigen 360 ° -Wendung der Schraube wandert. Die Bleigenauigkeit wird als zulässige Reisevariation (tatsächliche Position gegenüber theoretischer Position) pro Fuß oder pro 300 mm gemessen. Kugelschrauben werden in Precision Plus- und Transportnoten angeboten, wobei die Präzision plus die Ansammlung von Bleifehlern über die gesamte Reisedauer fest steuert.

Rückschläge ist die freie Bewegung zwischen Mutter und Schraube und kann axial und radial gemessen werden. Der beste Weg, um axiale Gegenreaktionen zu messen, besteht darin, die Schraube vor Bewegung zu sichern und die Kugelmutter axial zu drücken und zu ziehen, während die Bewegung mit einem Zifferblatt -Indikator misst. Backlash kann auch gemessen werden, indem eine Zifferblattanzeige auf die Kugelmutter in das System gelegt und einen Zentimeter vorwärts und zurück in die ursprüngliche Position fährt. Die Variation von Null ist die Gegenreaktion. Wiederholbarkeit ist einfach der quantitative Wert der Gegenreaktion einer Kugelschraube.

Eine nicht ausgeladene Kugelmutter hat interne Genehmigungen zwischen den Komponenten, was bedeutet, dass eine Gegenreaktion existiert. Eine vorinstallierte Kugelmutter hat keinen axialen Clearance und beseitigt daher die Gegenreaktion und erhöht anschließend die Steifheit. Die Vorspannung erhöht auch das Drehmoment, das zum Umdrehen der Schraube erforderlich ist, und wird durch den Prozentsatz der Vorspannung auf dynamische Kapazität gemessen (eine Kugelmutter mit einer dynamischen Kapazität von 1500 lb und eine Vorspannungsbewertung von 10% hat eine interne Vorspannung von 150 Pfund). Präzisions-Gewindekugelschrauben werden im Allgemeinen ohne Vorladung verwendet. Die Vorladung einer Kugelschraube verbessert die Wiederholbarkeit durch Entfernen von Rückschlägen, wirkt sich jedoch nicht auf die Genauigkeit aus.

Vorausgestattete Kugelmuttern sind in Präzisionsrückschrauben erhältlich und wählen Präzisionsschraubenprodukte aus. Ihre Kosten sind aufgrund von Komplexität, zusätzlicher Bearbeitung, Montage und Überprüfung/Messung höher als nicht ausgestattete Nüsse. Kugelschraubenbaugruppen können mit doppelten oder einzelnen Nusskonfigurationen vorinstalliert werden. Es gibt drei Haupttypen von Vorspannungen - übergroßer Kugeln (4 -Punkte -Kontakt), Einzelmut -Skip -Lead (2 -Punkte -Kontakt) und Doppelmutter (2 -Punkte -Kontakt). Eine einzelne Nut -Vorspannung hält die kleinste Packungsgröße beibehalten, während die volle Ladung aufrechterhalten wird. Überspringen von Blei -Kugelmuttern haben die Hälfte der Kapazität ähnlich großer einzelnen Nüsse, da nur die Hälfte der Kugellager in jede Richtung geladen ist. Doppelmutter -Vorspannungsanordnungen haben die gleiche Belastungskapazität wie eine einzelne Mutter, wie nur eine Kugelmutter in jede Richtung geladen wird.

Es gibt viele Methoden zur Herstellung von Kugelschrauben, obwohl sie normalerweise in zwei Kategorien eingeteilt werden - Präzision und Präzision plus. Das Rennen einer Präzisions-Thread-Kugelschraube wird durch einen kalten Rolling-Prozess gebildet. Die Mutter ist so bearbeitet, dass sie mit der Schraubleistungspflicht entspricht. Dieser Ansatz liefert eine mäßige Genauigkeit in der Größenordnung von ± 0,004 in. Die Schraube und die Nuss der Präzisionsgewindekugelschrauben werden durch Präzisionsschleifen erzeugt. Precision-Plus-Gewindekugelschrauben bieten eine viel höhere Genauigkeit von ± 0,0005 in. Die Kosten für Präzision plus Gewindekugelschrauben sind aufgrund einer höheren Verarbeitungszeit höher als die Präzisionsschrauben.

Ball -Return -Systeme

Es werden häufig drei verschiedene Arten von Kugelrückgabesystemen verwendet. Externe Returnrohre, die normalerweise in Zollschrauben verwendet werden, sind kostengünstig und einfach zu installieren, zu warten und zu reparieren. Interne Button -Rückgabesysteme werden in der Regel bei niedrigen Leitschrauben verwendet. Sie sind kompakt, ohne externe radiale Vorsprünge, um die Montage zu komplizieren und weniger Rauschen und Vibrationen zu bieten als externe Renditen. Interne Button-Rückgabesysteme werden häufig in 4-Punkte-Kontakt-, Einzelmutter- und Vorspannungsanordnungen verwendet. Interne Endkappe Renditen werden typischerweise bei hohen Bleischrauben verwendet. Sie sind kompakt ohne externe radiale Protrusionen, um die Montage zu komplizieren. Ihr Rauschen und seine Vibration sind im Vergleich zu externen Renditen ebenfalls gering.

Kugelschraubenauswahl

Die Kugelschraubenbaugruppe, die die angegebene Belastungskapazität und Lebensdauer bereitstellt, die für eine bestimmte Anwendung erforderlich ist, wird am besten durch einen iterativen Prozess ausgewählt. Die Entwurfslast, die Systemorientierung, die Reiselänge, die erforderliche Lebensdauer und die erforderliche Geschwindigkeit werden verwendet, um den Durchmesser und die Blei der Kugelschraubenbaugruppe zu bestimmen. Einzelne Kugelschraubenkomponenten werden dann basierend auf Genauigkeits- und Wiederholbarkeitsanforderungen, dimensionalen Einschränkungen, Montagekonfiguration, verfügbaren Leistungsanforderungen und Umgebungsbedingungen ausgewählt.

Beginnen Sie mit der Bestimmung der Positionsgenauigkeit und Wiederholbarkeit der Anwendung. Zollkugelschrauben werden in zwei Hauptklassen hergestellt - Transport und Präzision plus. Transportgradkugelschrauben werden in Anwendungen verwendet, die nur grobe Bewegung oder solchen benötigen, die lineare Feedback für die Position des Positionsortes verwenden. Präzisions-plus-Kugelschrauben werden verwendet, wenn eine genaue und wiederholbare Positionierung kritisch ist. Transportqualitätsschrauben ermöglichen eine größere kumulative Variation über die nützliche Länge der Schraube. Präzision plus Klassenschrauben enthalten Akkumulation des Bleifehlers für eine präzise Positionierung über die gesamte nützliche Länge der Schraube.

Bestimmen Sie, wie die Kugelschraubenbaugruppe in die Maschine montiert wird. Die Konfiguration des Endes und die Reiseentfernung diktiert die Last- und Geschwindigkeitsbeschränkungen der Kugelschraube.

Eine Kugelschraube in Spannung kann Lasten bis zur Nennkapazität der Mutter verarbeiten. Verwenden Sie für eine Kugelmutter in Komprimierung ein vom Hersteller erhältlicher Kompressionslastdiagramm, um einen Kugelschraubendurchmesser auszuwählen, der die Entwurfsladung erfüllt oder überschreitet. Alle Schrauben mit Kurven, die beispielsweise durch oder oben und rechts vom aufgetragenen Punkt gelangen, sind für die folgende Beispielanwendung geeignet. Die in diesem Diagramm gezeigten geeigneten Komprimierungslasten sollen die maximale statische Belastungskapazität nicht überschreiten, wie in der Bewertungstabelle für die einzelnen Kugelmuttenbaugruppe angegeben. Somit 2159 mm (133.500 N) und mit einer Endfixität von einem Ende und dem anderen Ende der anderen Endstrecke beträgt die minimale Auswahl eine 1,750 x 0,200 Präzision plus Inch -Kugel -Montage.

Berechnen Sie das Blei der Kugelschraube, die die Geschwindigkeitsanforderung unter Verwendung der folgenden Formel erzeugt.

Blei (in.) = TravelRate (in. Min.-1)/U/min

Ermittlung der Lebenserwartung der Anwendung

Die Assemblerlebensdauer kann unter Verwendung der dynamischen Lastbewertung für jede Ballmutter berechnet werden. Alle Kugelmuttern mit Kurven, die durch den geplanten Punkt gelangen oder über dem aufteilten Punkt liegen, sind für das Beispiel geeignet. Die in diesem Diagramm gezeigten geeigneten Lebenserwartungen sollen die maximale statische Belastungskapazität nicht überschreiten, wie in der Bewertungstabelle für die individuelle Kugelmuttenbaugruppe angegeben. In diesem Beispiel beträgt die gewünschte Anwendungslebenserwartung (Total Travel) 50,8 Millionen mm (2 Millionen Zoll). Dann beträgt die maximale normale Betriebslast 10.000 lb (44.500 N).

Ermittlung der kritischen Geschwindigkeitsgeschwindigkeit

Die kritische Schraubengeschwindigkeit ist der Zustand, bei dem die Drehzahl der Baugruppe harmonische Schwingungen einstellt. Die kritische Geschwindigkeit hängt vom Wurzeldurchmesser der Schraube, der nicht unterstützten Länge und der Konfiguration der Endunterstützung ab. In den meisten Herstellerdiagrammen sind alle Schrauben mit Kurven, die durch oder über und rechts vom aufteilten Punkt gelangen, für das folgende Beispiel geeignet. Die vier Endfixitätszeichnungen zeigen die Lagerkonfigurationen zur Unterstützung einer rotierenden Welle, und die Tabelle zeigt die Auswirkung dieser Bedingungen auf die kritische Wellengeschwindigkeit für die nicht unterstützte Schraubenlänge. Die akzeptablen Geschwindigkeiten, die durch dieses Diagramm gezeigt werden, gelten für die ausgewählte Schraubwelle und weist nicht auf die Geschwindigkeiten hin, die für alle zugehörigen Kugelmuttenanordnungen erreichbar sind.

Wenn die Last-, Lebens- und Geschwindigkeitsberechnungen bestätigen, dass die ausgewählte Kugelschraubenbaugruppe die Entwurfsanforderungen erfüllt oder überschreitet, fahren Sie mit dem nächsten Schritt fort. Wenn nicht, erhöhen Schrauben mit größerem Durchmesser die Lastkapazität und erhöhen die Geschwindigkeitsbewertung. Kleinere Leitungen verringern die lineare Geschwindigkeit (unter der Annahme einer konstanten Eingangsmotordrehzahl), die Motordrehzahl (unter der Annahme einer konstanten linearen Geschwindigkeit) und das erforderliche Eingangsdrehmoment verringern. Höhere Leitungen erhöhen die lineare Geschwindigkeit (unter der Annahme einer konstanten Eingangsmotordrehzahl), verringern Sie die Eingangsmotordrehzahl (unter der Annahme einer konstanten linearen Geschwindigkeit) und erhöhen Sie das erforderliche Eingangsdrehmoment.

Bestimmen Sie, wie sich die Ballmutter in die Anwendung verbinden. Ein Kugelmutterflansch ist die typische Methode zum Anbringen der Kugelmutter an der Last. Gewindekugelmuttern und zylindrische Kugelmuttern sind alternative Möglichkeiten zur Bereitstellung der Schnittstelle.

Vorausgestattete Kugelmuttern beseitigen die Rücklassung des Systems und erhöht die Steifheit. Wischerkits schützen die Baugruppe vor Verunreinigungen und enthalten Schmierung. Lagerstützen und Endbearbeitung sind auch für die meisten Kugelschrauben erhältlich.

Kugelnschrauben müssen vor der ordnungsgemäßen Installation sorgfältig behandelt werden. Schocks an den Kugellagern können die Lagerrennen durch Brinell oder Knacken beschädigen. Hohe Ladungen oder Beugen der Schraube können zu Biegen führen. Es ist wichtig, die Baugruppe verpackt und geschmiert zu halten und in einem sauberen, trockenen Bereich aufbewahrt zu werden, da Trümmer und Kontaminationen Rückläufe auf dem Laufenden können, und hohe Luftfeuchtigkeit oder Regen kann zu Korrosion führen.

Die Systemmontage ist eine weitere wichtige Überlegung. Die Kugelmutter sollte nur axial beladen sein, da jede radiale Belastung die Leistung der Baugruppe erheblich verringert. Die Baugruppe sollte auch ordnungsgemäß mit dem Antriebssystem, dem Lagerträger und der Belastung ausgerichtet sein, um eine optimale Leistung und Lebensdauer zu erzielen.

Kugelschraubenschmierung

Die Kugelschraubenbaugruppe sollte niemals ohne ordnungsgemäße Schmierung durchgeführt werden. Schmiermittel behalten den niedrigen Reibungsvorteil von Kugelschraubenbaugruppen bei, indem der Rollwiderstand zwischen Kugeln und Rillen und Rutschenzüchter zwischen benachbarten Kugeln minimiert wird.

Öl kann mit einer kontrollierten Strömungsrate direkt bis zum Bedarf angewendet werden und reinigt Verunreinigungen, wenn es durch die Kugelmutter verläuft. Es kann auch Kühlung liefern. Andererseits ist ein Pump- und Messsystem erforderlich, um Öl ordnungsgemäß aufzutragen, da Öl auch das Potenzial von Kontaminationsprozessflüssigkeiten aufweist.

Fett ist günstiger und erfordert eine geringere häufige Anwendung als Öl, und es kontaminiert keine Prozessflüssigkeiten. Auf der anderen Seite ist das Fett schwer in der Kugelmutter zu halten und neigt dazu, sich an den Enden des Ball -Nuss -Reisens aufzubauen, wo es Chips und Schleifpartikel ansammelt. Die Inkompatibilität des alten Fetts mit Re-Gleitfett kann ein Problem verursachen. Daher ist es wichtig, die Kompatibilität zu überprüfen. Ein Ladungsfett kann dazu beitragen, die Lebensdauer einer Baugruppe zu verlängern, aber die Gesamtlastbewertung ändert sich nicht.