Kugelumlaufspindeln sind in erster Linie für die Aufnahme axialer und nicht radialer Lasten ausgelegt.Normalerweise gibt es keine universelle maximale Radiallast, die auf jede Kugelumlaufspindel angewendet werden kann. Das Gewicht des beweglichen Tisches, Seitenkräfte und Kippmomente sollten durch Linearführungen, Linearlager oder einen anderen speziellen Führungsmechanismus aufgenommen werden.
Aufgrund des Wellengewichts, eines Installationsfehlers oder einer Betriebsdurchbiegung kann eine kleine unbeabsichtigte Radialkraft auftreten, die jedoch nicht als normale Arbeitslast betrachtet werden sollte. Wenn die Kugelmutter bewusst zur Führung der beweglichen Komponente verwendet wird, kann die seitliche Belastung zu ungleichmäßigem Kugelkontakt, höherem Laufdrehmoment, Hitze und vorzeitigem Laufbahnverschleiß führen.
Axiallast vs. Radiallast auf eine Kugelumlaufspindel
Der Unterschied wird durch die Richtung bestimmt, in die die Kraft wirkt.
| Ladetyp | Richtung | Komponente, die dazu bestimmt ist, es zu tragen |
|---|---|---|
| Axiale Belastung | Parallel zur Schraubenachse | Kugelumlaufspindel und Kugelmutter |
| Radiale oder seitliche Belastung | Senkrecht zur Schraubenachse | Linearführungen, Linearlager oder andere Führungskomponenten |
| Umkippmoment | Dreht oder neigt den beweglichen Schlitten | Eine geeignete Schienen-Block-Anordnung |
Katalogwerte für Kugelumlaufspindeln wie die dynamische Tragzahl und die statische Tragzahl beschreiben im Allgemeinen die axiale Belastung der Kugelumlaufspindel. Sie sollten nicht als zulässige Radiallastwerte interpretiert werden.
Warum gibt es keinen einzelnen maximalen Radiallastwert?
Eine Zahl wie „100 N maximale Radiallast“ kann nicht auf alle Kugelgewindetriebe angewendet werden, da die resultierende Belastung von der gesamten mechanischen Anordnung abhängt.
Zu den wichtigen Variablen gehören:
- Schraubenwellendurchmesser und nicht unterstützte Länge;
- Position, an der die Seitenkraft ausgeübt wird;
- Fest gelagert, fest-fest oder eine andere Lagerung;
- Abstand zwischen den Schraubenstützen;
- Länge der Kugelmutter und innere Struktur;
- Wellengeradheit und Endzapfenschlag;
- Ausrichtung der Installation und Steifigkeit der Mutternhalterung;
- Schneckengeschwindigkeit, Beschleunigung und Vibration;
- Erforderliche Genauigkeit und Lebensdauer.
Die gleiche Radialkraft kann bei einer kurzen Spindel mit großem Durchmesser und einer langen Spindel mit kleinem Durchmesser zu sehr unterschiedlichen Wellenauslenkungen und Kugelmutter-Kontaktbedingungen führen. Aus diesem Grund sollte die Radialbelastung als abnormale Seitenkraft oder als Problem der Wellendurchbiegung analysiert werden und nicht aus einer universellen Bewertung der Kugelmutter ausgewählt werden.
Woher kommen unerwünschte Radiallasten?
Der bewegliche Tisch ist nicht richtig geführt
Wenn der bewegliche Tisch ohne geeignete Linearführungen mit der Kugelmutter verbunden ist, können sein Gewicht und äußere Kräfte direkt auf die Mutter wirken. Die Kugelumlaufspindel muss dann zwei unterschiedliche Aufgaben erfüllen: den Antrieb der Achse und die Führung der bewegten Masse.
Diese Anordnung scheint in einem kleinen, leicht belasteten Mechanismus zu funktionieren, bietet jedoch nicht die gleiche Steifigkeit, Lebensdauer oder Positionierungsstabilität wie eine ordnungsgemäß geführte Achse.
Die Spindel- und Linearführungen sind nicht parallel
Wenn die Spindelachse nicht parallel zum Führungsweg verläuft, zieht die Mutternhalterung die Kugelmutter bei der Bewegung des Schlittens zur Seite. Die Seitenkraft kann sich entlang des Hubs ändern, wodurch an einer Position ein fester Punkt und an einer anderen eine sanftere Bewegung entsteht.
Typische Anzeichen sind:
- Laufdrehmoment, das sich entlang des Hubs ändert;
- Lokale Erwärmung in der Nähe der Kugelmutter;
- Lärm oder Vibration an wiederholbaren Positionen;
- Kupplungsbewegung oder Motorlastschwankung;
- Ungleichmäßiger Dichtungs- oder Laufbahnverschleiß;
- Bindung, nachdem alle Befestigungsschrauben festgezogen wurden.
Die Mutternhalterung zwingt die Mutter in Position
Eine Mutternhalterung mit falscher Mittenhöhe, schlechter Rechtwinkligkeit oder unzureichender Steifigkeit kann zu seitlicher Belastung führen. Das Anziehen der Befestigungsschrauben sollte nicht dazu dienen, eine falsch ausgerichtete Mutter in die gewünschte Position zu ziehen.
Eine praktische Installationskontrolle besteht darin, die Mutter-Halter-Verbindung bei der anfänglichen Ausrichtung leicht locker zu lassen. Wenn sich die Halterung beim Kontakt mit dem Mutternflansch sichtbar verschiebt, sollte die Montagegeometrie vor dem endgültigen Anziehen korrigiert werden.
Der Schraubenschaft ist verbogen oder unzureichend abgestützt
Eine lange oder schlanke Schraube kann sich unter ihrem Eigengewicht durchbiegen. Zusätzliche Seitenkräfte, eine schlechte Transportunterstützung oder eine verbogene Welle können die radiale Bewegung während der Drehung verstärken.
Dieser Zustand sollte unabhängig von der axialen Tragzahl der Kugelmutter überprüft werden. Durch Erhöhen der Mutternlast kann eine übermäßige Wellendurchbiegung nicht korrigiert werden.
Verträgt ein größerer Kugelgewindetrieb mehr Radiallast?
Ein größerer Schraubendurchmesser sorgt normalerweise für eine größere Biegesteifigkeit bei gleicher Länge und gleichen Stützbedingungen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Kugelmutter so ausgewählt werden sollte, dass sie eine kontinuierliche radiale Arbeitslast tragen kann.
Ein größerer Durchmesser kann bei der Kontrolle helfen:
- Wellendurchbiegung durch Eigengewicht;
- Knicken unter axialer Druckbelastung;
- Beschränkungen der kritischen Geschwindigkeit;
- Torsionsverformung;
- Vibration bei längeren Schraubenverbindungen.
Bei der richtigen Konstruktion wird weiterhin die Kugelumlaufspindel für den Axialantrieb und das Führungssystem für Radial- und Momentlasten verwendet. Der Durchmesser sollte anhand der Anforderungen an Axiallast, Schraubenlänge, Geschwindigkeit, Knickung, kritische Geschwindigkeit und Steifigkeit ausgewählt werden – nicht anhand einer angenommenen radialen Belastungsbewertung.
Erhöht die Vorspannung die radiale Belastbarkeit?
Nein. Die Vorspannung der Kugelumlaufspindel verringert das Axialspiel und erhöht die Axialsteifigkeit. Die Kugelmutter wird dadurch nicht in ein Radiallager oder einen Führungsblock umgewandelt.
Eine Erhöhung der Vorspannung bei vorhandener Seitenbelastung kann das Problem verschlimmern, da die Kugeln bereits eine innere Last tragen, bevor die äußere Fehlausrichtungskraft hinzukommt. Mögliche Ergebnisse sind ein höheres Drehmoment, zusätzliche Wärme und eine kürzere Ermüdungslebensdauer.
Wenn ein Kugelgewindetrieb schwer läuft, erhöhen Sie nicht automatisch die Vorspannung. Überprüfen Sie zunächst die Schraubenausrichtung, die Position der Mutter-Halterung, die Stützlager, die Schmierung und die Geradheit der Welle.
Wie soll die Maschine Radiallasten tragen?
Verwenden Sie ein lineares Führungssystem, dessen Größe auf das Gewicht des beweglichen Tisches, die Bearbeitungskraft, die Beschleunigung und das Kippmoment abgestimmt ist. In einer typischen CNC- oder Automatisierungsachse:
- Die Kugelumlaufspindel erzeugt eine axiale Antriebskraft;
- Die Kugelmutter überträgt diese Kraft auf den beweglichen Schlitten;
- Die Linearführungsblöcke nehmen das Schlittengewicht und die Seitenkräfte auf;
- Die Schienenanordnung widersteht Roll-, Nick- und Giermomenten;
- Die Spindelstützlager fixieren die rotierende Welle und tragen die durch ihre Lageranordnung erforderlichen Lasten.
Spindelachse und Führungsweg müssen dann so ausgerichtet sein, dass sich die Kugelmutter über den gesamten Hub bewegen kann, ohne dass sie seitlich gezogen wird.
Informationen zum Design auf Systemebene finden Sie hierKoordination von Kugelumlaufspindel und Linearführung. Informationen zu Installationsprüfungen finden Sie unterSo richten Sie einen Kugelgewindetrieb während der Installation aus.
So bewerten Sie eine vorhandene Seitenlast
Wenn eine vorhandene Maschine eine Radialkraft auf die Kugelumlaufspindel ausübt, notieren Sie die folgenden Informationen, bevor Sie entscheiden, ob das System akzeptabel ist:
- Identifizieren Sie die Größe und Richtung der Seitenkraft.
- Messen Sie, wo die Kraft relativ zu den Stützlagern und der Kugelmutter wirkt.
- Bestätigen Sie den Schraubendurchmesser, die Steigung, die Gesamtlänge und die nicht unterstützte Länge.
- Überprüfen Sie die feste und schwimmende Lagerung.
- Überprüfen Sie die Anordnung der Linearführung und die Steifigkeit des Schlittens.
- Schraubenrundlauf und Einbauparallelität messen.
- Prüfen Sie, ob sich das Laufmoment entlang des Hubs ändert.
- Berechnen Sie gegebenenfalls Wellendurchbiegung und Lagerreaktionen.
Wenn die Maschine auf die Kugelumlaufspindel selbst angewiesen ist, um eine beträchtliche bewegliche Last zu führen, besteht die zuverlässigere Korrektur normalerweise darin, den Führungsmechanismus hinzuzufügen oder neu zu konstruieren, anstatt nach einer Kugelumlaufspindel mit einer größeren angenommenen Radiallast zu suchen.
Endgültige Antwort
Es gibt keine universelle maximale Radiallast, die alle Kugelumlaufspindeln tolerieren können. Kugelgewindetriebe und Kugelmuttern sind in erster Linie für axiale Belastung ausgelegt. Eine kontinuierliche radiale Belastung ist im Allgemeinen ein Zeichen dafür, dass die bewegliche Struktur nicht ausreichend geführt wird oder dass die Schraube, die Mutterhalterung und die Linearführungen falsch ausgerichtet sind.
Ein größerer Schraubendurchmesser verringert möglicherweise die Durchbiegung der Welle, führt jedoch nicht dazu, dass die radiale Belastung zu einem normalen Betriebszustand der Kugelmutter wird. Die bewegte Masse, die Querkraft und das Kippmoment sollten durch richtig ausgewählte Linearführungen aufgenommen werden, während die Kugelumlaufspindel für den Axialantrieb sorgt.
Zur Bedeutung der Kataloglastwerte lesen SieWie hoch ist die statische Belastbarkeit eines Kugelgewindetriebs?.
Benötigen Sie Hilfe bei der Überprüfung einer Kugelumlaufspindel- und Führungsanordnung?
Senden Sie DLY die Axiallast, die Seitenkraft, den Hub, den Schraubendurchmesser und die Steigung, die Geschwindigkeit, die Montagerichtung, die Halterungsanordnung und die Montagezeichnung für eine erste Überprüfung.
E-Mail:export@dlybearing.com
