Golyóscsavaros hajtások – funkció/szerkezet/típusok/precíziós osztályok
A golyóscsavaros hajtások a DIN ISO 3408 vagy a JIS B 1192 stb. szabványok kiválasztási kritériumai és előírásai szerint készülnek.
A golyóscsavaros hajtások nagy pontosságú alkatrészek, amelyeket különböző alkalmazásokban használnak a forgó mozgások lineáris mozgássá alakítására. A golyóscsavaros hajtások alkalmazási területei széleskörűek, és olyan területeket foglalnak magukban, mint a CNC-gépek, 3D nyomtatók, robotika, szerszámgépek és számos más ipari alkalmazás.
A golyóscsavaros hajtások felépítése
A golyóscsavaros hajtások egy vezetőcsavarból (2), egy golyóscsavaranyából (3) és golyókból (4) állnak. Egy speciális futópálya (1) található abban az anyában, amelyen a golyók gurulnak. A vezetőcsavar megfelelő menetvezetővel van ellátva, amely az anya alakjához igazodik. A golyók lehetővé teszik az alacsony súrlódású mozgást az anya futópályái és a vezetőcsavar között. A golyóscsavaros hajtások önzáró mechanizmussal rendelkezhetnek. Az önzárolás a mechanikus rendszer azon képessége, amely megakadályozza a véletlen önműködő mozgást. Az önzáró rendszerben a mozgást mechanikai vagy súrlódási erők blokkolják, amint a hajtóerő megszűnik.
A vezetőcsavarok stílusa
A vezetőcsavaroknak különböző változatai vannak. Például az alábbiak szerint különböznek egymástól:
- A konstrukció elve (forgó, helyhez kötött vezetőcsavar), az anya lineáris vezetője
- A golyó visszatérése (belül vagy kívül)
- Bal vagy jobb oldali indítás
- Egyszeres vagy többszörös
- Pontosság: A csavarhajtás szállítása vagy pozicionálása
Az egyszeres golyóscsavaros hajtások
Az egyszeres golyóscsavaros hajtások egyetlen vezetőcsavarból állnak, és egy golyóscsavaranyájuk van. Széles körben használják őket az iparban, és elsősorban alacsony terhelésű és nagy sebességű alkalmazásokban használják.
A többszörös golyóscsavaros hajtások
Az egyszeres golyóscsavaros hajtásokkal ellentétben a többszörös golyóscsavaros hajtások egy több golyósorral rendelkező golyós forgóanyából állnak. A további golyósorok nagyobb terhelési kapacitást és merevséget eredményeznek, és gyakran használatosak nagy igénybevételt jelentő alkalmazásokban.
Lineáris vezetővel
A lineáris vezetővel ellátott golyóscsavaros hajtáson egy vagy több vezetősín található, amelyen a golyósanya (amely a kocsit vagy a terhelést hordozza) csúszik. A vezetősín feladata a lineáris mozgás irányítása és támogatása, valamint a pontosság és a stabilitás elérése. Az előnyök a nagy pontosság, az ismételhetőség és a merevség. A lineáris vezetőkkel rendelkező golyóscsavaros hajtások különösen alkalmasak olyan alkalmazásokhoz, amelyek pontos pozicionálást és stabilitást igényelnek, például CNC gépekhez és szerszámgépekhez.
- 1 Vezetőcsavar
- 2 Golyóscsavaros anya karimával
- 3 Csapágy
- 4 Kocsi
- 5 Motor sebességváltóval
Lineáris vezető nélkül
Lineáris vezető nélküli golyóscsavarok esetén a golyóscsavaranya közvetlenül a vezetőcsavaron mozog, külön lineáris vezetősín nélkül. Az anya végigcsúszik a vezetőcsavaron. Ennek előnye az, hogy a különálló lineáris vezető nélküli csavarokat olyan alkalmazásokban használják, amelyek helykorlátokkal rendelkeznek, vagy egyszerű kialakítást igényelnek. Kevésbé nagy igénybevételt jelentő alkalmazásokban olcsóbb megoldást kínálhatnak.
Precíziós osztályok
A golyóscsavaros hajtások precíziós osztályai a pontosságot és a tűréseket leíró speciális besorolások. Ezeket a vonatkozó szabványok, például a japán JIS B 1192 (ISO 3408) határozzák meg. Az ISO 3408 például meghatározza a célútvonal és a névleges útvonal közötti különbséget a hasznos útvonalon. Így a következő tűrésosztályok állnak elő:
- C0–C5: Az átlagos útvonaleltérés és az útvonal-ingadozás tűrése határozza meg
- C7–C10: A 300 mm-es hosszon bekövetkező átlagos távolsági eltérés határozza meg.
Az ISO 286 szabvány alternatív besorolást biztosít a bizonyos szabványokban használt tűrési szintekhez, és hasonló pontossági fokot biztosít, mint a C osztályok: IT 1 és azt követő
Az axiális játékot illetően a golyóscsavaros hajtások lehetnek előtöltöttek (nincs játék) vagy lehet játékuk. A nagy pontosságú golyóscsavaros hajtások általában előtöltöttek. Előtöltéssel rendelkező golyóscsavaros hajtás javasolt a pontos pozicionáláshoz, a pozíciómérési alkalmazásokhoz, a tudományos eszközök felépítéséhez és általában olyan alkalmazásokhoz, amelyek a szerelvény lehető legnagyobb merevségét igénylik. Az alacsony pontosságú golyóscsavaros hajtásoknak általában játékuk van. A golyóscsavaros hajtások használata akkor ajánlott, ha a nyomatékállóság (sima járat) kulcsfontosságú követelmény, ha a tűréseltéréseket mérőrendszer kompenzálja, vagy ha az axiális játék által okozott pozícióhibák nem relevánsak.
A golyóscsavaros hajtások előnyei
A golyóscsavaros hajtások nagy pontosságot és merevséget biztosítanak, mivel a súrlódás jelentősen csökken. Ez a funkció nagyobb pontosságot és a forgó mozgás lineáris mozgásra való hatékony átvitelét teszi lehetővé. A golyók egyenletes terheléseloszlása a futópályán biztosítja a stabilitást és a terhelés hatékony eloszlását. A golyóscsavaros hajtások telepítésre kész szerelvényként kaphatók, és akár 95%-os hatékonysági szintet is elérhetnek.
Előnyök a trapézcsavarokkal szemben
A golyóscsavaros hajtás számos előnyt kínál a trapézcsavarokkal szemben:
- Nagyobb pontosság
- Alacsonyabb súrlódás: A golyóscsavarok kisebb súrlódással rendelkeznek, mivel görgős érintkezőkként golyókat vagy golyóscsapágyakat használnak.
- Nagyobb sebesség a kisebb súrlódásnak és a hatékony gördülési érintkezésnek köszönhetően
- Alacsonyabb önblokkolás
- A kopás csökkenése
- Csökkentett erőátvitel a kisebb súrlódásnak és a hatékonyabb energiaátvitelnek köszönhetően
- Kompaktabb kialakítás: A golyóscsavarok gyakran kompaktabb kialakítást tesznek lehetővé, mivel nagyobb hatékonyságuknak és pontosságuknak köszönhetően lehetővé teszik kisebb motorok vagy meghajtóegységek használatát.
Egyező golyóscsavaros hajtások megadása
Ha új golyóscsavaros hajtásra van szükség, fontos bizonyos paraméterek és tulajdonságok ismerete. A golyóscsavaros hajtások metrikus és hüvelykes menettel kaphatók. A kereskedelmi forgalomban rendelkezésre álló megnevezés információt nyújt arról, hogy melyik menetre van szükség. A hüvelykmérettel rendelkező golyóscsavaros hajtások 1004-es típusként vannak megadva (megfelel egy 1 hüvelyk és egy 1/4 hüvelyk osztású hajtásnak), a metrikus mérettel rendelkezők pl. 12x3-as típusként (megfelel egy 12 mm-es emelkedési csavarátmérőnek és egy 3 mm osztású hajtásnak).
A golyóscsavaros hajtásokat a golyós középponti kör átmérőjével és pályájával jelölik. A vezetőcsavar külső átmérője megmérhető a golyós középponti kör átmérőjének meghatározásához. A pálya meghatározásához először meg kell határozni, hogy egy- vagy többindítású golyóscsavaros hajtás szükséges-e. Az egyindítású golyóscsavaros hajtásokon a horonyszegmensek közvetlenül egymás mellett helyezkednek el, a többindítású golyóscsavaros hajtásokon pedig megfelelő hézagok vannak az indítások között. A legegyszerűbben kábel feltekerésével lehet meghatározni a típust:
az emelkedés a kábelszegmens és a következő kábelszegmens közötti távolságból származik – pl. 3 mm.
Az akadozó csúszási hatás és a minimalizálás módja
Az akadozó csúszási hatás (vagy öngerjesztő rezgési rendszer) akkor jelentkezik, amikor két felület felváltva mozog és tapad a sima siklás helyett. Egy adott tárgy befogóereje ellensúlyozza azt a súlyerőt, amellyel a tárgyat mozgatni kell. A befogóerő leküzdéséhez szükséges erő kifejtéséig a tárgy beragad, majd nagyobb sebességgel szabadul fel, és elkezd siklani. Ha a csúszó súrlódási szintet elérte, és a tárgy továbbra is állandó nyomással mozog, akkor már nem ül meg.
Ennek ellenére a fellépő akadozó csúszási hatás ingadozásokhoz és rezgésekhez vezet a rendszerben, melyek általában nemkívánatosak. A statikus súrlódást mutató trapézmenetekkel vagy csavarmenetekkel ellentétben az akadozó csúszási hatás alig játszik szerepet a golyósmenetekben, mivel ezek jelentős mértékben gördülő súrlódást mutatnak. Ha azonban a golyóscsavaros hajtásokon akadozó csúszási hatás lép fel, különböző intézkedések tehetők, beleértve a következőket:
- Kenőanyagok használata
- Precíz gyártás és anyagválasztás
- A túlzott igénybevétel elkerülése
- Axiális játék nélküli vagy állítható axiális játékkal rendelkező szerelvények használata
- A szerelvény meghúzása a merevség növelése érdekében
A golyós menetek élettartamának kiszámítása
A golyóscsavaros hajtások élettartama a dinamikus terhelési besorolással számítható ki. A golyóscsapágy-felületek vagy golyók leválását követő fordulatok teljes száma, idő vagy távolság határozza meg. A következő képlet az Lh üzemóraszámra vonatkozik:
- Lh = üzemidő órában (h)
- C = Dinamikus terhelési besorolás (N): Egyenlő golyók csoportjára ható axiális terhelés, amelynél a tesztminták 90%-a képes 1 millió fordulatot elérni a gördülő felületek leválása nélkül
- Pm = Átlagos axiális terhelés (N)
- Nm = Átlagos sebesség (min-1)
- fw = Terhelési tényező, példák: Üzemeltetés lökési terhelés nélkül fw = 1,0–1,2 | Normál működés f w = 1,2–1,5 | Üzemeltetés lökési terheléssel fw = 1,5–2,0
A következő adatok szokásosak a hasznos élettartam szempontjából: 10 000 óra ipari gépeknél, 20 000 óra szerszámgépeknél, 15 000 óra automatizálási berendezéseknél és mérőműszereknél.
A golyóscsavaros hajtások kiválasztása
A megfelelő golyóscsavaros hajtás kiválasztása számos tényezőtől függ, beleértve a terhelési követelményeket, a sebességeket, a pontossági követelményeket és a környezetet, amelyben használják. A CNC gépeken a golyóscsavaros hajtások biztosítják a precíz gravírozást és marást, míg a 3D nyomtatóknál pontos rétegenkénti nyomtatási minőséget biztosítanak. A robotika az ízületek precíz mozgásvezérlésének előnyeiben részesül, a szerszámgépek pedig a rendkívül precíz megmunkálási folyamatokból.
Először meg kell adni a golyóscsavaros hajtás működési körülményeit, például a pozicionálás pontosságát, a löketet, a haladási sebességet, az élettartamot stb. A következő lépésben sor kerül a golyóscsavaros hajtás előzetes kiválasztására a vezető pontossága, az axiális játék és a várt terhelések alapján. Végül ellenőrizni kell a megengedett axiális terhelést, a megengedett forgási sebességet és a várható üzemi élettartamot. Használja kiválasztási folyamatunkat a MISUMI golyóscsavaros hajtás méretezéséhez. A MISUMI megfelelő golyóscsavar-hajtásokat, kiegyenlítő tengelykapcsolókat és a golyóscsapágyakat kínál számos alkalmazáshoz.
