Metrische vs. imperiale Kugelgewindetriebe: Die wichtigsten Unterschiede

Der Hauptunterschied zwischen metrischen und zölligen Kugelumlaufspindeln besteht im Maßsystem, das zur Angabe des Spindeldurchmessers, der Steigung, der Muttergeometrie und der bearbeiteten Wellenenden verwendet wird. Bei metrischen Kugelumlaufspindeln werden Millimetermaße verwendet, während bei Kugelumlaufspindeln der zölligen oder Zoll-Serie Zoll- und Bruchteil-Zoll-Abmessungen verwendet werden.

Keines der Systeme ist von Natur aus genauer, effizienter oder langlebiger. Die Leistung hängt von der Genauigkeitsklasse des Kugelgewindetriebs, dem Herstellungsverfahren, der Vorspannung, dem Material, der Belastbarkeit, der Installation und der Schmierung ab.

Metrische und zöllige Kugelgewindetriebe auf einen Blick

Wie metrische Kugelgewindetriebgrößen identifiziert werden

Die Modellnummern metrischer Kugelumlaufspindeln enthalten üblicherweise den Nenndurchmesser und die Steigung der Spindel in Millimetern. Zum Beispiel:

2510 Kugelumlaufspindel = ca. 25 mm nominaler Spindeldurchmesser und 10 mm Steigung

Die Steigung ist der lineare Weg, den die Mutter während einer Umdrehung der Schraube zurücklegt. Eine Steigung von 10 mm ergibt also 10 mm theoretischen Weg pro Umdrehung.

Die Zahl 2510 bedeutet nicht 25 Zoll und 10 Zoll. Eine Kugelumlaufspindel mit 25 Zoll Durchmesser wäre ein extrem großes Sonderbauteil und steht in keinem Zusammenhang mit der gängigen Modellbezeichnung 2510.

Modellcodes sind nicht völlig universell. Der gleiche Durchmesser und die gleiche Steigung können mit unterschiedlichen Muttertypen, Kugelumläufen, Vorspannungsstufen und Genauigkeitsgraden kombiniert werden. Die Zeichnung des Lieferanten sollte immer überprüft werden.

Wie imperiale Kugelgewindetriebgrößen angegeben werden

Imperiale Kugelgewindetriebe geben Durchmesser und Steigung in Zoll an. Der Durchmesser kann als Dezimalzahl oder Bruchzahl angegeben werden, z. B. 0,750 Zoll, 1,000 Zoll oder 1-1/4 Zoll.

Der Vorsprung kann in Zoll Weg pro Umdrehung ausgedrückt werden. Einige Zeichnungen oder Kataloge verwenden möglicherweise andere Gewindebeschreibungen auf Zollbasis. Daher ist es wichtig zu bestätigen, ob der angegebene Wert Steigung, Steigung oder Umdrehungen pro Zoll bedeutet.

Lead und Pitch sind nicht immer identisch. Die Steigung ist der gesamte lineare Weg pro Umdrehung, während die Steigung der axiale Abstand zwischen benachbarten Gewinderillen ist. Bei einer mehrgängigen Schraube entspricht die Steigung der Steigung multipliziert mit der Anzahl der Gänge.

Durch die Einheitenumrechnung wird kein exakter Ersatz erstellt

Die grundlegende Umrechnung ist:

1 Zoll = 25,4 mm

Eine Umrechnung der Einheiten bedeutet jedoch nicht, dass zwei Nenngrößen mechanisch identisch sind.

Zum Beispiel:

• 25 mm = ungefähr 0,9843 Zoll, nicht genau 1 Zoll
• 10 mm = ungefähr 0,3937 Zoll
• 0,400 Zoll = 10,16 mm
• 0,200 Zoll = 5,08 mm, nicht genau 5 mm

Eine 1-Zoll-Schraube ist also etwa 0,4 mm größer als eine 25-mm-Schraube. Dieser Unterschied ist zu groß, um ihn bei der Anpassung einer Kugelmutter, eines Stützlagers oder eines bearbeiteten Gehäuses zu ignorieren.

Mit der Reise summieren sich kleine Vorsprungsunterschiede

Eine metrische Steigung und eine nahegelegene zöllige Steigung mögen austauschbar aussehen, aber ihr Wegunterschied erhöht sich mit jeder Umdrehung.

Betrachten Sie eine Kugelumlaufspindel mit 5 mm Steigung und eine Kugelumlaufspindel mit 0,200 Zoll Steigung:

• Metrische Steigung: 5,00 mm pro Umdrehung
• Imperiale Steigung: 0,200 Zoll = 5,08 mm pro Umdrehung
• Differenz pro Umdrehung: 0,08 mm
• Differenz nach 100 Umdrehungen: 8 mm

Wenn die Steuerung auf 5 mm pro Umdrehung programmiert ist, sich die installierte Schraube jedoch um 5,08 mm bewegt, weichen die Sollposition und die Istposition erheblich voneinander ab. Die Bewegungsparameter des Controllers müssen aktualisiert werden, wenn sich die Führung ändert.

Metrisch bedeutet nicht genauer

Das Messsystem bestimmt nicht die Genauigkeit eines Kugelgewindetriebs. Eine präzisionsgefertigte zöllige Kugelumlaufspindel kann genauer sein als eine metrische Allzweck-Kugelumlaufspindel.

Die Genauigkeit hängt von folgenden Faktoren ab:

• Herstellverfahren gewalzt oder geschliffen
• Angegebener Grad der Steigungsgenauigkeit
• Kumulierter Führungsfehler über den effektiven Verfahrweg
• Reisevariation innerhalb eines definierten Intervalls
• Axialspiel oder Vorspannung
• Stützlager- und Montagegenauigkeit
• Temperatur- und Wärmekompensation

Je nach anwendbarer Norm und Hersteller können metrische Kugelumlaufspindeln in Güteklassen wie C3, C5, C7 oder C10 spezifiziert werden. In einem zölligen Katalog kann der zulässige Steigungsfehler in Zoll pro Fuß oder über eine andere Referenzlänge angegeben werden.

Vergleichen Sie nicht nur den Sortennamen. Konvertieren Sie beide Spezifikationen in die gleiche Referenzlänge und Einheit, bevor Sie den zulässigen Fehler vergleichen.

Die Tragfähigkeit wird nicht durch das Einheitensystem bestimmt

Eine metrische Kugelumlaufspindel ist nicht automatisch stärker oder schwächer als eine zöllige Kugelumlaufspindel. Die Belastbarkeit hängt vom Schraubendurchmesser, dem Kugeldurchmesser, der Laufbahngeometrie, der Anzahl der belasteten Kreise, der Mutterstruktur, dem Material und der Wärmebehandlung ab.

Beim Vergleich möglicher Ersetzungen ist sowohl die dynamische Tragzahl als auch die statische Tragzahl im gleichen Einheitensystem zu prüfen. Überprüfen Sie außerdem die axiale Steifigkeit, die zulässige Geschwindigkeit und die berechnete Lebensdauer.

Seien Sie vorsichtig bei der Umrechnung von Lastwerten. Kilogramm beschreiben die Masse, während Newton, Kilonewton und Pound-Force die Kraft beschreiben. Ohne die korrekte Umrechnung sollten die Einheiten nicht als direkt austauschbar betrachtet werden.

Mutternabmessungen müssen überprüft werden

Selbst wenn der Schraubendurchmesser und die Steigung nahe beieinander liegen, können sich metrische und zöllige Muttern in folgenden Punkten unterscheiden:

• Durchmesser des Mutternkörpers
• Gesamtlänge der Mutter
• Flanschdurchmesser und -dicke
• Durchmesser der Befestigungsbohrung
• Lochkreisdurchmesser
• Flanschausrichtung
• Schmieranschlussgewinde
• Pilotdurchmesser und Montageschulter

Eine Ersatzmutter muss zum vorhandenen Mutterngehäuse und den vorhandenen Befestigungsschrauben passen. In einigen Nachrüstprojekten werden möglicherweise Adapter entwickelt, es gibt jedoch keinen universellen Umrüstsatz, der alle metrischen und zölligen Kugelumlaufspindeln austauschbar macht.

Endenbearbeitungs- und Stützeinheiten sind unterschiedlich

Die Enden der Kugelumlaufspindel sind so bearbeitet, dass sie zu Stützlagern, Sicherungsmuttern, Kupplungen und Motoranschlüssen passen. Eine metrische Schraube kann metrische Lagersitzdurchmesser und Gewinde verwenden, während eine zöllige Baugruppe Zollabmessungen und Zollgewinde verwenden kann.

Bevor Sie ein System durch ein anderes ersetzen, bestätigen Sie Folgendes:

• Lagersitzdurchmesser der Festseite und der Lagerseite
• Lagersitzlängen und Schulterpositionen
• Gewindegröße und -richtung der Sicherungsmutter
• Durchmesser der Kupplungsbohrung
• Montagemaße der Stützeinheit
• Gesamtschaftlänge und effektiver Federweg

DLY ansehenKugelumlaufspindel-Stützeinheitenbei der Überprüfung der Lager- und Montageschnittstelle.

Welchen Typ sollten Sie wählen?

Wählen Sie für eine neue Maschine das Maßsystem, das zur restlichen Ausrüstung, den Zeichnungsnormen, den Lagern, den Befestigungselementen und der örtlichen Ersatzteilversorgung passt.

Bei einem Ersatzprojekt ist es normalerweise die sicherste Wahl, das ursprüngliche Maßsystem beizubehalten, es sei denn, die gesamte Baugruppe kann neu entworfen und überprüft werden.

Wählen Sie basierend auf:

• Vorhandene Maschinenabmessungen
• Erforderlicher Durchmesser und Steigung
• Mutter-Montageschnittstelle
• Endbearbeitungszeichnung
• Stützlagerabmessungen
• Last- und Geschwindigkeitsanforderungen
• Anforderungen an Genauigkeit und Vorspannung
• Controller-Einstellungen
• Verfügbarkeit von Ersatzkomponenten

Für einen Ersatz erforderliche Informationen

Eine Modellnummer allein liefert möglicherweise nicht genügend Informationen, insbesondere wenn eine zöllige Kugelumlaufspindel durch eine kundenspezifische metrische Baugruppe ersetzt wird. Bieten:

• Vollständige Modellnummer der Kugelumlaufspindel
• Schraubendurchmesser und Steigung
• Gesamtlänge und effektiver Federweg
• Mutternabmessungen und Montagelochmuster
• Detaillierte Zeichnungen beider bearbeiteter Enden
• Genauigkeitsgrad oder zulässiger Steigungsfehler
• Anforderung an Vorspannung oder Axialspiel
• Belastung, Geschwindigkeit und Montagerichtung

Wenn keine Zeichnung verfügbar ist, können klare Fotos und Messungen der Originalschraube, Mutter, Lagersitze und Gewinde eine erste Überprüfung unterstützen. Kritische Abmessungen sollten vor der Produktion noch bestätigt werden.

Um das interne Bewegungsprinzip zu verstehen, lesen Siewie eine Kugelumlaufspindel funktioniert.

Abschluss

Metrische und zöllige Kugelumlaufspindeln verwenden unterschiedliche Maßkonventionen, aber keines der Systeme bietet einen inhärenten Vorteil in Bezug auf Genauigkeit, Effizienz oder Belastbarkeit.

Die praktischen Unterschiede sind der Schraubendurchmesser, die Steigung, die Mutternmontagemaße, die bearbeiteten Wellenenden, die Lagerschnittstellen und die zur Angabe der Genauigkeit verwendeten Einheiten. Eine umgebaute Größe in der Nähe ist nicht unbedingt ein austauschbarer Ersatz.

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