Eine geschliffene Kugelumlaufspindel dient in erster Linie der Kraftübertragung entlang der Spindelachse. Es sollte nicht als Komponente verwendet werden, die das Gewicht eines beweglichen Tisches, eine radiale Bearbeitungskraft oder ein Kippmoment trägt.
Aus diesem Grund gibt es keine allgemeingültige „maximal zulässige Radiallast“, die für alle geschliffenen Kugelgewindetriebe gilt. In Katalogen für Kugelgewindetriebe werden normalerweise axiale dynamische Tragzahlen, axiale statische Tragzahlen, zulässige Axiallast, kritische Drehzahl und Lebensdauer angegeben. Für die Auswahl des Kugelgewindetriebs selbst wird in der Regel keine gesonderte Radialtragzahl herangezogen.
Praktische Antwort:Eine absichtliche radiale Belastung der Kugelmutter und der Spindelwelle sollte vermieden werden. Verwenden Sie zur Aufnahme radialer Kräfte und Momente Linearführungen oder einen anderen Führungsmechanismus.
Axiallast und Radiallast sind unterschiedlich
Eine Axiallast wirkt parallel zur Mittellinie der Schraubenwelle. Dies ist die Richtung, in der die Kugelumlaufspindel das Motordrehmoment in linearen Schub umwandelt.
Eine Radiallast wirkt senkrecht zur Schraubenachse. Typische Quellen sind:
- Das Gewicht eines Tisches oder einer beweglichen Komponente
- Schnitt- oder Bearbeitungskräfte, die quer zur Achse wirken
- Eine von der Schraubenmittellinie entfernte Querlast
- Falsche Ausrichtung zwischen Kugelumlaufspindel und Linearführungen
- Ein Mutterngehäuse, das nicht senkrecht zur Schraubenachse steht
- Motor-, Kupplungs- oder Stützlager-Fehlausrichtung
Die Kugeln und Laufbahnen im Inneren einer Kugelumlaufspindel sind so angeordnet, dass sie die Axialkraft effizient übertragen. Bei seitlicher Belastung verteilt sich die Last nicht mehr wie vorgesehen auf die Kugelumläufe.
Warum eine geerdete Kugelumlaufspindel keine Radiallast tragen sollte
Geschliffene Laufbahnen sorgen für eine präzise Führung und gleichmäßige Bewegung, aber der Schleifprozess verwandelt die Kugelumlaufspindel nicht in eine radiale Führung. Geschliffene und gerollte Kugelumlaufspindeln folgen demselben grundlegenden Konstruktionsprinzip: Sie übertragen axiale Bewegung und Schub, während ein separates Führungssystem den beweglichen Tisch steuert.
Übermäßige Radiallast oder Fehlausrichtung können Folgendes verursachen:
- Ungleichmäßige Ballbelastung:Einige Kugeln und Laufbahnbereiche tragen mehr Last als andere.
- Erhöhtes Laufdrehmoment:Die Schraube fühlt sich möglicherweise fest an oder erfordert zum Drehen ein höheres Motordrehmoment.
- Lokale Kleidung:Konzentrierte Kontaktbeanspruchung kann die Laufbahnen beschädigen und die Lebensdauer verkürzen.
- Vibration und Lärm:Eine seitliche Belastung kann die reibungslose Kugelzirkulation beeinträchtigen.
- Reduzierte Positionierungsgenauigkeit:Schraubenauslenkung und instabile Reibung können die Wiederholgenauigkeit beeinträchtigen.
- Schäden an Dichtung und Rücklaufsystem:Eine starke Fehlausrichtung kann die inneren Mutternkomponenten zusätzlich belasten.
- Vorzeitiger Ausfall:Ein fortgesetzter Betrieb unter unbeabsichtigter Seitenlast kann zur Beschädigung der Mutter, der Spindelwelle oder der Stützanordnung führen.
Ermöglicht ein größerer Schraubendurchmesser eine höhere Radiallast?
Ein größerer Schraubenschaft ist im Allgemeinen biegesteifer als ein kleinerer Schaft gleicher effektiver Länge. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die zulässige Radiallast allein aus dem Wellendurchmesser gewählt werden kann.
Die tatsächliche Wirkung einer Radialkraft hängt von mehreren Bedingungen ab:
- Kerndurchmesser der Schraubenwelle
- Nicht unterstützte Länge der Welle
- Position, an der die Seitenkraft ausgeübt wird
- Fest-Fest-, Fest-Abstütz- oder Fest-Frei-Lageranordnung
- Mutterposition entlang des Hubs
- Abmessungen des Wellenendes
- Zulässige Schneckenauslenkung
- Dynamische Geschwindigkeits- und Vibrationsbedingungen
Selbst wenn die Schraubenwelle stark genug ist, um einer bleibenden Verformung standzuhalten, kann die radiale Auslenkung immer noch zu groß für ein Präzisionspositionierungssystem sein. Noch wichtiger ist, dass die Kugelmutter einen ungleichmäßigen Innenkontakt erfahren kann, bevor die Welle ihre Materialfestigkeitsgrenze erreicht.
Daher sollte die Biegefestigkeit der Welle nicht als zulässige Radiallast der gesamten Kugelumlaufspindel betrachtet werden.
Was bedeuten die Tragzahlen von Kugelgewindetrieben?
Bei der Auswahl einer Kugelumlaufspindel sind die wichtigsten Tragzahlen in der Regel axiale Nennwerte.
Grundlegende dynamische Tragzahl
Bei der Berechnung der nominellen Ermüdungslebensdauer unter axialen Betriebslasten wird die dynamische Tragzahl verwendet. Dies stellt keine empfohlene Radiallast auf die Kugelumlaufspindel dar.
Grundlegende statische Tragzahl
Die statische Tragzahl bezieht sich auf die bleibende Verformung am Kontakt zwischen Kugeln und Laufbahnen unter axialer statischer Belastung. Sie sollte nicht als maximale Radialkraft interpretiert werden, die die Baugruppe aushalten kann.
Zulässige Axiallast
Die zulässige Axiallast kann außerdem durch Knickung der Schraubenwelle, Zug- oder Druckspannung, Montageanordnung und Lage der Mutter begrenzt sein. Besonders wichtig werden diese Bedingungen bei langen Schneckenwellen und vertikalen Achsen.
AHochlast-Kugelumlaufspindelist so konzipiert, dass es eine größere Kapazität in der vorgesehenen axialen Richtung bietet. „Hohe Belastung“ bedeutet nicht, dass die Spindel eine Linearführung ersetzen oder gezielt große Radialkräfte aufnehmen kann.
Wie radiale Lasten unterstützt werden sollten
Der bewegliche Tisch sollte durch richtig dimensionierte Linearführungen, Linearlager oder einen anderen speziellen Führungsmechanismus getragen werden. Diese Bauteile bestimmen die Fahrtrichtung und tragen Radiallasten, Querkräfte und Kippmomente.
In einer typischen Linearachse:
- Die Kugelumlaufspindelsorgt für Axialschub und Positionierungsbewegung.
- Die Linearführungentragen die bewegte Masse und äußere Radiallasten.
- Die Führungsblöckewiderstehen Nick-, Gier- und Rollmomenten.
- Die StützlagerPositionieren Sie die Schraubenwelle und tragen Sie die an den Wellenenden erzeugten Lasten.
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Schraubenbelastung nicht mit Stützlagerbelastung verwechseln
Die Stützlager an den Enden einer Kugelumlaufspindel können ihre eigenen axialen und radialen Tragzahlen haben. Diese Werte beziehen sich auf die Lager und deren Montageanordnung, nicht auf die Kugelmutter.
Beispielsweise kann eine Schräglageranordnung auf der Festseite axialen Schub aufnehmen und gleichzeitig eine bestimmte radiale Lagerbelastung tolerieren. Dies bedeutet nicht, dass die Kugelumlaufmutter als Radiallager für den beweglichen Tisch verwendet werden kann.
Die Tragfähigkeit, die Festigkeit des Wellenendes und die axiale Belastbarkeit des Kugelgewindetriebs müssen separat überprüft werden.
So prüfen Sie ein Design mit möglicher Seitenlast
Wenn möglicherweise eine Radialkraft auf die Kugelumlaufspindel einwirkt, identifizieren Sie zunächst deren Quelle, anstatt zu versuchen, der Spindel eine allgemeine radiale Belastungsgrenze zuzuweisen.
- Zeichnen Sie die Kraftrichtungen ein.Separate Axialkraft, Radialkraft und Kippmoment.
- Überprüfen Sie das Führungssystem.Stellen Sie sicher, dass die Führungsblöcke das bewegte Gewicht, äußere Seitenkräfte und aufgebrachte Momente tragen können.
- Überprüfen Sie die Ausrichtung von Schraube und Führung.Messen Sie die Parallelität zwischen Schraubenachse und Führungsschienen über den gesamten Hub.
- Untersuchen Sie das Mutterngehäuse.Stellen Sie sicher, dass die Montagefläche senkrecht zur Schraubenachse steht und die Mutter nicht zur Seite zieht.
- Überprüfen Sie die Wellenendanordnung.Überprüfen Sie die Lagerpassungen, die Gehäuseausrichtung und den Einbau der Kupplung.
- Drehen Sie die Schraube vor dem endgültigen Festziehen.Das Laufdrehmoment sollte über den gesamten Weg gleichmäßig bleiben.
- Bei unvermeidbarer kombinierter Belastung Rücksprache mit dem Hersteller halten.Eine spezielle Analyse ist erforderlich, wenn die Konstruktion die Seitenkräfte an der Mutter nicht beseitigen kann.
Warnzeichen für radiale Belastung oder Fehlausrichtung
Mögliche Symptome sind:
- Das Laufdrehmoment ändert sich, wenn sich die Mutter entlang des Hubs bewegt
- Die Schraube wird festgezogen, nachdem die Mutternhalterung vollständig befestigt ist
- Ungewöhnliche Geräusche oder Vibrationen in der Nähe einer bestimmten Position
- Ungleichmäßige Verschleißspuren auf der Schneckenlaufbahn
- Der Motorstrom steigt, ohne dass sich die Axiallast entsprechend erhöht
- Die Temperatur des Stützlagers oder der Mutter steigt schnell an
- Die Positionierungsgenauigkeit ändert sich an verschiedenen Punkten des Hubs
Wenn diese Symptome nach der Installation auftreten, lösen Sie das Mutterngehäuse und die Stützeinheiten in kontrollierter Reihenfolge und überprüfen Sie die Ausrichtung erneut. Versuchen Sie nicht, das Problem nur durch Erhöhen des Motordrehmoments oder Erhöhen der Vorspannung zu lösen.
Abschluss
Es gibt keine einzelne maximal zulässige Radiallast, die auf jede geerdete Kugelumlaufspindel ausgeübt werden kann. Geschliffene Kugelumlaufspindeln werden hauptsächlich nach Axiallast, Lebensdauer, Genauigkeit, Steigung, Geschwindigkeit, Knickfestigkeit und kritischer Geschwindigkeit ausgewählt.
Radiale Belastungen und Kippmomente sollten über ein separates Linearführungssystem aufgenommen werden. Jegliche seitliche Kraft, die auf die Kugelmutter einwirkt, sollte durch die richtige Auswahl der Führung, Konstruktion und Installationsausrichtung minimiert werden.
Geben Sie für eine bestimmte Anwendung die Axiallast, den Hub, die Montagerichtung, die Geschwindigkeit, die erforderliche Genauigkeit, die Anordnung der Spindelunterstützung und die Führungsanordnung an. DLY kann diese Informationen nutzen, um eine geeignete Lösung zu empfehlenKugelumlaufspindelund passende lineare Bewegungskomponenten.
