Eine Kugelumlaufspindel wandelt die Drehbewegung eines Motors in eine kontrollierte lineare Bewegung um. Es wird häufig in CNC-Maschinen, Automatisierungsgeräten, Industrierobotern, Messsystemen und anderen Maschinen eingesetzt, die eine effiziente und wiederholbare Positionierung erfordern.
Die Begriffe „Kugelumlaufspindelpaar“ und „Kugelumlaufspindel-Mutter-Paar“ werden manchmal verwendet, um die Kombination aus Spindelwelle und Kugelmutter zu beschreiben. In der internationalen Ingenieur- und Einkaufskommunikation ist „Kugelumlaufspindel-Montage“ oder „Kugelumlaufspindel-Mutter-Montage“ im Allgemeinen natürlicher.
Das Betriebsergebnis hängt nicht allein von der Schneckenwelle ab. Laufbahngenauigkeit, Kugelumlauf, Mutternspiel oder Vorspannung, Stützlageranordnung, Schmierung und Installationsausrichtung müssen als ein einziges Übertragungssystem zusammenarbeiten.
Hauptkomponenten einer Kugelumlaufspindel
Schraubenschaft
Die Schraubenwelle enthält eine spiralförmige Laufbahn, die den Nenndurchmesser, die Steigung und die Richtung der linearen Bewegung bestimmt. Wenn sich die Schraube dreht, bestimmt die Steigung den theoretischen linearen Weg, der bei jeder Umdrehung erzeugt wird.
Die Wellenenden werden normalerweise für Stützlager, Nutmuttern, Kupplungen und andere Montagekomponenten bearbeitet. Die Abmessungen der Endbearbeitung-müssen mit der ausgewählten Stützanordnung und der Maschinenstruktur übereinstimmen.
Kugelmutter
Die Kugelmutter enthält passende interne Laufbahnen und ein Rückführungssystem. Je nach verfügbarem Einbauraum kann ein Flansch, ein zylindrischer Körper oder eine andere Montageform verwendet werden.
Für unterschiedliche Spiel- und Steifigkeitsanforderungen stehen Einzel--Mutter- und Doppelmutter-Strukturen zur Verfügung. Die richtige Konfiguration sollte je nach Last, Geschwindigkeit, Positionieranforderung und akzeptablem Antriebsdrehmoment ausgewählt werden, anstatt davon auszugehen, dass eine höhere Vorspannung immer besser ist.
Umlaufende Kugeln
Stahlkugeln rollen zwischen den Laufbahnen von Schraube und Mutter. Nachdem sie die belastete Kontaktzone durchlaufen haben, kehren sie über einen internen, externen oder Endkappenzirkulationspfad zurück und treten wieder in die Laufbahn ein.
Diese kontinuierliche Zirkulation ersetzt einen Großteil des Gleitkontakts einer herkömmlichen Leitspindel durch Rollkontakt, wodurch die Reibung verringert und die mechanische Effizienz verbessert wird.
Rücksendung von Komponenten, Dichtungen und Schmierteilen
Rücklaufrohre, interne Deflektoren oder Endkappen leiten die Kugeln durch den Rückführungspfad. Dichtungen tragen dazu bei, das Eindringen von Staub und Partikeln zu begrenzen, während Schmieröffnungen dafür sorgen, dass Fett oder Öl die inneren Kontaktflächen erreichen.
Schäden, fehlerhafte Montage oder Verschmutzung in diesen Bereichen können zu ungewöhnlichen Geräuschen, unterbrochener Kugelzirkulation oder erhöhtem Betriebswiderstand führen.
Wie aus einer Drehbewegung eine lineare Bewegung wird
Bei einer typischen Antriebsanordnung dreht der Motor die Spindelwelle über eine Kupplung, während die Kugelmutter an einem beweglichen Tisch befestigt ist. Da sich die Mutter nicht frei drehen kann, bewegt sie sich beim Drehen der Schraube entlang der spiralförmigen Laufbahn.
Die Anordnung kann auch umgekehrt sein. Bei einigen Systemen bleibt die Schraube axial fixiert, während sich die Mutter dreht, oder die Schraube bewegt sich, während die Mutter in einem festen Gehäuse verbleibt. Die geeignete Anordnung hängt von Verfahrweglänge, Geschwindigkeit, Massenträgheit, Bauraum und Maschinenkonstruktion ab.
Der theoretische lineare Weg wird durch die Spindelsteigung bestimmt. Beispielsweise ergibt eine 5-mm-Steigung einen theoretischen Weg von 5 mm für jede vollständige Umdrehung. Die tatsächliche Positionierungsleistung hängt auch von der Steigungsgenauigkeit, dem Axialspiel, der elastischen Verformung, der thermischen Veränderung und der Genauigkeit des Antriebs- und Steuerungssystems ab.
Faktoren, die die Übertragungsleistung bestimmen
Lead-Genauigkeit
Die Steigungsgenauigkeit beschreibt, wie genau der tatsächliche lineare Weg dem angegebenen Weg über eine bestimmte Schraubenlänge folgt. Der erforderliche Genauigkeitsgrad sollte entsprechend den Positionierungsanforderungen der Maschine ausgewählt werden.
Gerollte Kugelumlaufspindeln werden häufig in der allgemeinen Industrieautomatisierung verwendet, während geschliffene Kugelumlaufspindeln dann eingesetzt werden, wenn die Anwendung eine höhere Steigungsgenauigkeit und eine kontrollierte Bewegungsleistung erfordert.
Axialspiel und Vorspannung
Das Axialspiel beeinflusst die Umkehrgenauigkeit, wenn sich die Bewegungsrichtung ändert. Vorspannung kann das Spiel verringern und die Steifigkeit erhöhen, aber sie erhöht auch die innere Belastung, das Betriebsdrehmoment und die Wärmeentwicklung.
Der Vorspannungszustand sollte daher zur Anwendung passen. Allgemeine Transportgeräte, Präzisionspositionierungssysteme und schwere Maschinenachsen erfordern möglicherweise unterschiedliche Mutterstrukturen und Vorspannungsniveaus.
Belastung und Steifigkeit
Der Schraubendurchmesser, die Steigung, der Mutterntyp, das Kugelkontaktdesign und die Stützanordnung beeinflussen die axiale Belastbarkeit und die Systemsteifigkeit. Bei der Auswahl sollten dynamische Belastung, statische Belastung, Beschleunigung, Arbeitszyklus und erforderliche Lebensdauer berücksichtigt werden.
Eine Schraube, die nur nach Durchmesser ausgewählt wird, bietet möglicherweise nicht die erforderliche Lebensdauer oder Steifigkeit. Der vollständige Betriebszustand muss beurteilt werden.
Geschwindigkeit und nicht unterstützte Länge
Mit zunehmender Schneckenlänge und Drehzahl werden Wellenvibrationen und kritische -Geschwindigkeitsgrenzen immer wichtiger. Lange Schrauben erfordern möglicherweise einen größeren Wellendurchmesser, eine andere Lageranordnung, eine reduzierte Drehzahl oder eine alternative Antriebsstruktur.
Vertikale Anwendungen müssen außerdem auf Axiallast und Knickgefahr überprüft werden. Die bewegte Masse und die Einbaurichtung der Schraube können das Auswahlergebnis verändern.
Unterstützungseinheiten sind Teil des Gesamtantriebs
Obwohl Stützlager nicht Teil des Schrauben--und-Mutterpaares selbst sind, sind sie für die vollständige Bewegungsachse von wesentlicher Bedeutung. Das feste Ende steuert normalerweise die axiale Position und trägt die Schublast, während das unterstützte Ende zur Aufrechterhaltung der Wellenausrichtung beiträgt und ein angemessenes thermisches Verhalten ermöglicht.
BK/BF, FK/FF und EK/EF sind gängige Kombinationen von Stützeinheiten. Die richtige Serie und Größe muss zur Wellenendenbearbeitung und Installationsanordnung passen.
DLY liefert passendes ZubehörKugelumlaufspindel-Stützeinheitenund kann Wellenenden gemäß genehmigten Zeichnungen bearbeiten oder Einheitenabmessungen unterstützen-.
Die Genauigkeit der Installation bleibt von entscheidender Bedeutung
Eine hochpräzise Kugelumlaufspindel kann eine schlechte Installation nicht ausgleichen. Wenn die Spindelwelle, die Stützeinheiten, das Mutterngehäuse und das Linearführungssystem nicht richtig ausgerichtet sind, kann es zu ungleichmäßigem Widerstand, Vibrationen, Hitze oder vorzeitigem Verschleiß der Baugruppe kommen.
Während der Installation sollte der Mechanismus vor dem endgültigen Anziehen der Schraube langsam über seinen gesamten Hub bewegt werden. Das Laufdrehmoment und der Widerstand sollten ohne lokale Bindung einigermaßen konstant bleiben.
Ohne Übertragungshülse darf die Kugelmutter nicht von der Spindelwelle gedreht werden. Andernfalls könnten die Umlaufkugeln herausfallen oder ihre korrekte Position innerhalb der Mutter verlassen.
Auswahl einer kompletten Kugelumlaufspindelbaugruppe
Zu den wichtigsten für die Auswahl erforderlichen Informationen gehören Spindeldurchmesser, Steigung, Gesamtlänge, Hub, Genauigkeitsgrad, Mutterntyp, Axiallast, Geschwindigkeit, Montageausrichtung und Wellenendabmessungen. Zeichnungen sind besonders wichtig, wenn die Baugruppe zu vorhandenen Stützeinheiten passen oder eine installierte Schraube ersetzen muss.
DLY-LieferungenKugelgewindetriebein SFU, SFA, SFE, SFY, DFU, DFI und anderen Konfigurationen. C7-gewalzte Kugelumlaufspindeln sind für allgemeine Industrieanwendungen erhältlich, während geschliffene Kugelumlaufspindeln für Projekte geliefert werden können, die eine höhere Steigungsgenauigkeit erfordern.
Für Stützeinheiten, Sicherungsmuttern, Kupplungen und Motoranschlüsse ist eine standardmäßige und kundenspezifische Endenbearbeitung verfügbar. Kugelumlaufspindellängen von bis zu 6 Metern können je nach Durchmesser, Genauigkeit, Verarbeitungs- und Transportanforderungen bewertet werden.
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