Warum Kugelgewindetriebe?
In den letzten Jahren wurde der Bedarf an Mini-Kugelumlaufspindeln durch Gespräche mit unseren Kunden und Rückmeldungen vom Markt immer deutlicher. Insbesondere steigt die Nachfrage nach hochwertigen Kugelumlaufspindeln, die in den USA hergestellt werden und ab Lager verfügbar sind. Als Reaktion darauf hat FUYU Linear diesem Ruf mit einer Reihe von Kugelumlaufspindeln mit einem Durchmesser von sechs, acht und zehn Millimetern Folge geleistet.
FUYU Linear zielt auf Anwendungen in der Medizin-, Laborautomatisierungs- und Halbleiterindustrie ab. Dies sind einige der Branchen, von denen wir glauben, dass sie heiß begehrt sein werden, da viele der Roboter, die die Automatisierung ermöglichen, Miniatur-Kugelumlaufspindeln erfordern.
Präzision und Genauigkeit von Kugelgewindetrieben
In der Branche kann es zu terminologischen Verwirrungen kommen, wenn es um Genauigkeit und Präzision geht. Kunden bezeichnen diese oft als austauschbar, was aber nicht der Fall ist. Dabei handelt es sich eigentlich um zwei separate Begriffe, die zur Definition von Kugelumlaufspindeln und ihrer Verwendung in einer Anwendung verwendet werden.
Die Genauigkeit wird durch die Schraube definiert und kann widerspiegeln, wie sie hergestellt wurde. Wurde es zum Beispiel gerollt oder geschliffen? Genauigkeit ist vergleichbar damit, einen Pfeil in Richtung Mitte zu werfen und das Bullauge zu treffen. Andererseits definiert Präzision das Ziel und ist die Wiederholbarkeit oder wie oft das System das beabsichtigte Ziel trifft.
Ausrichtung der Kugelumlaufspindel
Ein weiterer Faktor, den Ingenieure gerne vergessen, ist die Ausrichtung der Kugelumlaufspindel. Kugelumlaufspindeln sind so konzipiert, dass sie die beste Leistung erbringen, wenn ihre Lasten in der axialen Position sind. Der Grund dafür ist, dass es normalerweise eine Profilschiene, ein Linearlager oder eine Schiene gibt, die die Last trägt, während die Kugelumlaufspindel selbst die Bewegung ausführt.
Sobald dieses System vertikal gedreht wird, wird die Lastrichtung zu einer Einheitsrichtung, wobei die Kräfte vollständig nach unten gerichtet sind. Dies hat vielfältige Auswirkungen auf das Design des Systems, einschließlich der Abnutzung der Kugelumlaufspindel während der Geschwindigkeits- und Beschleunigungsbewegung. Wenn sich das Gerät auf und ab bewegt, wird das System durch Geschwindigkeit und Verzögerung zusätzlich belastet. Das Ergebnis kann eine implizite Stoßbelastung am Boden sein, sodass die Umkehrung der Belastung für die Konstruktion des Systems von entscheidender Bedeutung ist.
Geschwindigkeit und Beschleunigung der Kugelumlaufspindel
Die Geschwindigkeit ist ein weiterer kritischer Faktor, lässt sich jedoch am besten in zwei Teile unterteilen: Geschwindigkeit der Kugelmutter und Geschwindigkeit der Spindel. Der erste Teil bezieht sich auf die Schraube selbst und bezieht sich darauf, wie schnell sich die Schraube dreht. Die Länge der Schnecke bestimmt oft die Grenzen der Schneckengeschwindigkeit. Je länger beispielsweise eine Schraube ist, desto mehr Vibrationen sind möglich. Vibrationen im System führen zu Korrosion und einer verkürzten Lebensdauer. Viele Konstrukteure möchten, dass sich Lasten so schnell wie möglich bewegen, um schnellstmöglich die gewünschte Position zu erreichen. Leider gibt es Einschränkungen bei der Schraube, die behoben werden müssen.
Der zweite Teil der kritischen Geschwindigkeit gilt für die Mutter. Hier bezieht sich die kritische Geschwindigkeit darauf, wie schnell sich die Mutter innerhalb der Grenzen des Rückführungssystems drehen kann, und spiegelt wider, wie schnell die internen Kugellager umlaufen. Metrische Miniatur-Schraubenbaugruppen von FUYU Linear verfügen über einen internen Rücklauf, der sehr sanft und leise ist und höhere Mutterngeschwindigkeiten ermöglicht.
Einschaltdauer von Kugelgewindetrieben
Ein Arbeitszyklus allein ist nicht übermäßig kritisch. Normalerweise bietet es sich eher für eine Diskussion über die Schraubenlebensdauer an, was bei der Betrachtung eines Bewegungsprofils äußerst kompliziert werden kann. Ein Bewegungsprofil ist typischerweise eine trapezförmige Bewegung, bei der es zunächst eine Beschleunigung, dann eine konstante Bewegung und schließlich eine Verzögerung gibt. Während diese allesamt sehr wichtig sind, gehört die Beschleunigung zu den Punkten, die normalerweise vernachlässigt werden. Tatsächlich ist der Versuch, in Referenzmaterialien Beschleunigungsbeschränkungen für Kugelumlaufspindeln zu ermitteln, eine große Herausforderung und wird daher häufig auf standardmäßige eineinhalb G beschränkt. Bei dieser Zahl handelt es sich eher um einen Richtwert, da die tatsächlichen Höchstgeschwindigkeiten, Beschleunigungen und Verzögerungen wirklich anwendungsabhängig sind und häufig durch Experimente ermittelt werden müssen.
Eines der großartigen Dinge an Kugelumlaufspindeln ist ihre definierte Lebensdauer. Internationale Normen klären, wie wir die Lebensdauer eines Kugelgewindetriebs definieren. Bei Metriken handelt es sich normalerweise um eine Funktion von einer Million Umdrehungen, was unserer L10-Lebensdauer entspricht und statistisch gesehen 90 % der Kugelumlaufspindeln diese Lebensdauer erreichen werden. In Wirklichkeit erreichen sie vielleicht noch viel mehr, aber mittlerweile gibt es einen festgelegten Mindestwert.
Kugelumlaufspindelweg
Bei Miniatur-Kugelumlaufspindeln gibt es verschiedene Faktoren im Zusammenhang mit dem Hub. Bei kurzen Verfahrwegen von einem oder zwei Millimetern treten Schwierigkeiten auf, weil die Kugeln nicht vollständig in der Mutter zirkulieren. Die Festlegung der Lebensdauer des Kugelgewindetriebs unter diesen Umständen sowie das Design und die Funktion des Rückführungssystems spielen eine entscheidende Rolle für dessen Leistung. Beispielsweise benötigt eine Flüssigkeitspumpe einen extrem kurzen Hubbereich von 10 bis 100 Millimetern. Auf den letzten Millimeter Verfahrweg wird die größte Kraft ausgeübt, was möglicherweise zu Problemen bei der Festlegung der Lebensdauer der Kugelumlaufspindel führt.
Auch Anwendungen mit langen Reisen können zu Problemen führen. Wenn beispielsweise eine 6-Millimeter-Kugelumlaufspindel einen Meter zurücklegt, werden die kritische Geschwindigkeit und die Vermeidung von Durchhang zu wichtigen Faktoren. Zwischen dem extrem kurzen und dem langen Hub liegt also der mittlere Hub bzw. der Sweet Spot, bei dem 100 bis 200 Millimeter Hub ideal sind, damit diese Art von Schrauben optimal funktionieren.
Belastbarkeit von Kugelgewindetrieben
Kugelgewindetriebe sind für eine axiale Belastung von 100 % ausgelegt. Bei korrekter Ausführung hält die Kugelumlaufspindel ihre L10-Lebensdauer. Wenn Kugelumlaufspindeln ausfallen, kommt es häufig zu einer Verformung der Schraube und Mutter, die auf eine nicht richtig ausgerichtete Last zurückzuführen ist. Eine Radiallast oder eine Momentlast auf eine Kugelumlaufspindel kann sich auf die L10-Lebensdauer auswirken, indem die Tragfähigkeit um über 90 % sinkt. Die Lektion hier ist: Wenn es in einem Katalog Konstruktionsberechnungen gibt, die eine parallele Stützstruktur innerhalb eines bestimmten Parameters empfehlen, ist es wichtig, diese Richtlinie einzuhalten.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 23. Okt. 2023