Momentové hřídele - Rotační kuličkové drážkování | výrobce NIPPON BEARING
Jak základní technologie kuličkového drážkování ovlivňují výkon.
Rotační kuličkové drážkování
V první řadě je důležité si upřesnit, zda by měla matice rotačního drážkování jezdit na kuličkových ložiskách s kosoúhlým stykem nebo na křížených válečkových ložiskách. Po zjištění požadavků na vaši aplikaci - délka zdvihu; rychlost; aplikované zatížení; montážní prostor; pracovní cyklus; požadovaná životnost; rozměry; směr instalace; prostředí a přesnost - jste připraveni zohlednit následující faktory:
Výhody a nevýhody obou technologií.
Pokud uvažujete o rotačním kuličkovém drážkování, víte, že kromě silné stránky kuličkového drážkování - přenosu točivého momentu - přidává rotační kuličkové drážkování matici, která se otáčí na hřídeli kuličkového drážkování, díky čemuž je jednotka schopna současného lineárního a rotačního pohybu se submilimetrovou přesností. Z konstrukčních důvodů je však rozhodující výběr druhu rotačního kuličkového drážkování, tj. zda se rotační matice pohybuje na kuličkových ložiscích s kosoúhlým stykem, nebo na křížových válečkových ložiscích.
Konstrukce kuličkového drážkování
Kuličkové drážkování je konstruováno ze tří základních komponent: drážkovaného hřídele, drážkovací matice a kuličkových ložisek.
Na rozdíl od kuličkových pouzder je matice kuličkového drážkování uložena na drážkované hřídeli, což zabraňuje otáčení matice na hřídeli. To umožňuje přenos točivého momentu přes hřídel na matici nebo naopak. Typická aplikace však vyžaduje, aby byla hřídel nebo matice připevněna k pevné konstrukci. Pokud je třeba upevnit hřídel, lze konce hřídele otočit směrem dolů, aby bylo možné namontovat radiální ložiska, která podpoří otáčení, avšak pokud je třeba upevnit matici, musí být radiální ložisko namontováno na vnější průměr matice, což může způsobit, že celková montáž je objemná a matice se nedá tak snadno upravit pro montáž různých velikostí ložisek.
V tomto případě se stává rotační kuličkové drážkování efektivním a hospodárným. Protože rotační kuličkové drážkování má radiální opěrné ložisko již zabudované v matici kuličkového drážkování, není nutné, aby uživatel hledal a integroval ložisko.
Důležitost předpětí
Když síla způsobí otáčení buď hřídele, nebo drážkovací matice (nikoli rotační matice), matice a hřídel se budou otáčet společně, protože kuličková ložiska matice jsou zajištěna drážkami. K úhlové vůli dochází tehdy, když prostor mezi drážkovou maticí a hřídelí dovoluje trochu viklání, tj. kuličky nejsou předepnuty.
Čím vyšší je stupeň předpětí, tím těsněji jsou kuličky v drážkách a tím větší tření vzniká. Je důležité zvolit vhodný stupeň předpětí pro danou aplikaci, aby se maximalizovala životnost výrobku s kuličkovým drážkováním, tuhost a přesnost a zachoval se plynulý pohyb. Výrobci nabízejí standardní předpětí nebo si můžete vyžádat předpětí na míru.
Předpětí může také zvýšit tuhost drážkování snížením deformace sestavy při aplikačním zatížení. Protože počáteční velikost deformace je u oceli mnohem větší, může předdeformování součástí vložením kuliček o větším průměru snížit velikost deformace při zatížení sestavy drážkování pro aplikaci. Výsledkem je, že sestava bude pevnější a přesnější.
Maximalizace točivého momentu
Počet drážek na drážkovaném hřídeli a počet bodů kontaktu kuliček v drážkách je charakteristikou, která určuje jmenovitý točivý moment. Kuličková drážkování, která mají hřídele se 4 drážkami, budou mít vyšší hodnoty krouticího momentu než drážkování se 3 drážkami. Stejně tak drážky ve tvaru gotického oblouku se čtyřbodovým kontaktem poskytují vyšší jmenovité hodnoty než drážky ve tvaru kruhového oblouku, které mají dva kontaktní body.
Gotický oblouk eliminuje jakoukoli vůli, která by mohla vést k vychýlení, a proto je nejvhodnější pro aplikace vyžadující maximální přesnost. Čtyřbodový kontakt také zvyšuje nosnost a tuhost, takže zvládne větší zatížení a točivý moment. U čtyřdrážkového drážkování a čtyřbodového kuličkového kontaktu je tedy celkový počet kontaktů na drážkovaný hřídel šestnáct, zatímco u tří drážek a dvou kontaktů na drážku by bylo kontaktních bodů pouze dvanáct.
Přestože různé kulové drážky mohou mít naprosto stejnou velikost, mohou mít velmi rozdílné hodnoty krouticího momentu.
Vlastnosti hřídele, které ovlivňují přesnost
Zvýšení symetričnosti drážkovací hřídele může zvýšit maximální rychlost otáčení a stabilitu drážkovací hřídele díky snížení vibrací.
Drážkovací hřídele se liší podle toho, zda jsou přesně broušené, broušené nebo z tažené ocelové tyče. Liší se také třídou základního materiálu. Výrobci řadí hřídele podle charakteristik, jako je tolerance broušených hřídelí, kolmost na čelní plochu, soustřednost dílčí části vůči nosné části a také třída materiálu.
Řízení obrábění všech drážek hřídele tak, aby byly lineární po celé délce s vysokou přesností, je velmi obtížné. Nebroušené (tažené) drážkované hřídele mají přirozeně nižší přesnost. Výrobci obecně uvádějí 3 stupně přesnosti: Precision (což znamená jejich nejvyšší přesnost) High (což znamená jejich standardní třídu - obvykle skladové zboží) a Normal nebo Commercial (často nebroušené hřídele). Nejvyšší třída jednoho výrobce však může být standardní třídou jiného výrobce. Porovnání tříd přesnosti se omezuje na porovnání měr výše uvedených charakteristik hodnocení - tolerance průměru hřídele, přímosti, kolmosti a soustřednosti.
Pokud je přijatelný menší stupeň přesnosti, protože primárním zájmem je přenos krouticího momentu, lineární přenos, rotační pohyb nebo délka, pak mohou být nejlepší volbou tažené drážkované hřídele, které nejsou broušené. Některé tažené hřídele mohou používat stejné matice jako broušené drážkování, ale nosnost je snížena, protože matice se pohybuje v nebroušené drážce oběžných drah. Jsou však levnější a mohou být dlouhé až pět metrů, takže jsou vhodné pro aplikace přenosu a manipulace s materiálem.
Co je rotační drážkovací matice s kříženými válečkovými ložisky?
Ložiska se zkříženými válečky fungují podobně jako kuličková ložiska s tím rozdílem, že ložiska umístěná v otočné matici mají místo kuličkového tvaru tvar válečku. Válečky se kříží pod úhlem 90° a pohybují se mezi ložiskovými drahami s drážkami ve tvaru písmene "V" nebo drážkami vybroušenými do vnějšího průměru drážkovací matice a otočné příruby připevněné na matici.
Ložiska se zkříženými válečky nabízejí linii styku oproti styčným bodům kuličkového ložiska, čímž vytvářejí širší styčnou plochu, která může přenášet větší zatížení. To zajišťuje větší tuhost, menší deformaci, a tím i větší přesnost ve srovnání s bodovým kontaktem kuliček. Z tohoto důvodu jsou křížová válečková ložiska nejpřesnější formou mechanické pohybové součásti.
Jak ložiska s kosoúhlým stykem, která jezdí na kuličkách, tak křížená válečková ložiska mohou jako rotační nosná ložiska přenášet jak axiální, tak radiální zatížení, protože v závislosti na použití kuličkového drážkování lze očekávat oba typy zatížení nebo kombinované zatížení. Ložisko s kosoúhlým stykem toho dosahuje pomocí dvou řad kuliček, zatímco křížená válečková ložiska toho mohou dosáhnout v jedné řadě, ale s některými nevýhodami, jako je rychlost a problém s opotřebením, jak je popsáno níže.
Rozměry
Při porovnávání rozměrů vás okamžitě zarazí rozdíl ve velikosti rotačního kuličkového drážkování, jehož rotační ložisko je uloženo na zkřížených válečkových ložiskách, a RBS, jehož rotační ložisko je uloženo na kuličkových ložiskách, tj. ložiskách s kosoúhlým stykem. Na hřídeli drážkování jsou matice drážkování v podstatě stejné. V každém případě jsou uloženy na kuličkových ložiscích. RBS, jehož rotační opěrné ložisko leží na křížových válečkových ložiskách, je mnohem kompaktnější. Důvodem, proč rotační drážkovací matice podepřená zkříženými válečkovými ložisky zabírá mnohem méně místa, je to, že rotační matice a drážkovací matice tvoří jeden celek. Zkřížené válečky jsou přímo připevněny k vnějšímu válci drážkovací matice. Kromě toho je křížové válečkové ložisko s opěrnou rotační drážkou tenčí.
Kompaktnost
Typ zkřížených válečků je kompaktní a má relativně vysokou nosnost vzhledem ke své velikosti. Je ideální, pokud potřebujete zachovat kompaktní rozměry a udržet vysoké zatížení pro aplikaci, která nevyžaduje nepřetržité otáčení. Vzhledem k tomu, že typ s úhlovým stykem je větší, je rotační část větší, přičemž celkové rozměry drážkování jsou větší než u typu s kříženými válečky. Jeho velká plocha snižuje kompaktnost celé aplikace.
Přesnost a vychýlení
Zkřížené válečky poskytují větší styčnou plochu než kuličková ložiska, čímž se snižuje pružná deformace. Díky této větší tuhosti zajišťují zkřížené válečky trvale přesný pohyb. Mezi styčnou plochou zkřížených válečků a nosností existuje přímá úměra. Zatížitelnost lze výrazně zvýšit kontaktem válečků s dráhou. Kuličky se obvykle dotýkají ve dvou až čtyřech bodech.
Výdrž
U aplikací, které se nepřetržitě otáčejí, se však zkřížené válečky opotřebovávají rychleji než kuličková ložiska, protože se využívá větší část jejich styčné plochy. Například typ s kosoúhlým stykem je lepší volbou pro pohon hnacího hřídele vřetena brusky, dopravníkového pásu nebo navíječky drátu. Zatímco křížové válečky jsou velmi žádoucí, pokud se připojené chapadlo otáčí tam a zpět, například při pohybu o polovinu nebo čtvrtinu otáčky při změně úhlu předmětu.
Rychlost otáčení
Při porovnání rychlosti otáčení je typ s úhlovým kontaktem výhodnější než typ se zkříženými válečky. Porovnáme-li oba typy při standardní velikosti 16 mm (průměr drážkování), je matice s kříženými válečky schopna dosáhnout 1 080 otáček za minutu oproti maximální rychlosti otáčení matice s úhlovým kontaktem, která činí 4 000 otáček za minutu.
Dodatečná montáž
Vzhledem k tomu, že technologie rotačních matic s kříženými válečky je novější, většina stávajících aplikací již používá kuličkové drážkování s podporou ložisek s kosoúhlým stykem. To prodražuje přechod na novější technologii, protože nemá stejnou velikost - je kompaktnější. Většina kuličkových drážek s opěrným ložiskem s kosoúhlým stykem je však velikostně zaměnitelná. Ačkoli vnější rozměry vyměnitelných rotačních kuličkových drážek mohou být stejné, je třeba vzít v úvahu konstrukční výhody, jako je počet drážek na drážce, místa styku kuliček v drážkách a tuhost hřídele.
Odkazy
Pro více informací nás neváhejte kontaktovat Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
Společnost MN - systems, s.r.o. je autorizovaným partnerem NIPPON BEARING CO., LTD. & NB Corporation of America pro Českou republiku a Slovensko.