Wstępne naprężenie śruby kulowej: jak je prawidłowo sprawdzić i wyregulować

Wstępne napięcie śruby kulowejjest wewnętrznym obciążeniem osiowym wprowadzonym pomiędzy wałem śruby, nakrętką kulkową i kulkami recyrkulującymi. Służy do zmniejszenia luzu osiowego i zwiększenia sztywności układu pozycjonowania, szczególnie przy zmianie kierunku ruchu.

Jednak nie każda śruba kulowa umożliwia regulację napięcia wstępnego po montażu. Prawidłowa metoda zależy od tego, czy w montażu stosowane są kulki o większym rozmiarze, pojedyncza nakrętka o przesuniętym skoku, podkładka z podwójną nakrętką, czy też inna konstrukcja zaprojektowana przez producenta. Próba regulacji niewłaściwego typu może zwiększyć moment obrotowy, uszkodzić układ powrotny lub spowodować przedwczesne zużycie.

Co to jest napięcie wstępne śruby kulowej?

Nienaprężona wstępnie śruba kulowa zawiera niewielki wewnętrzny luz osiowy pomiędzy kulkami a bieżniami. Gdy kierunek ruchu ulegnie zmianie, luz ten może spowodować utratę ruchu, zanim obciążenie zostanie przeniesione w przeciwnym kierunku.

Wstępnie naprężona śruba kulowa tworzy kontakt po przeciwnych stronach bieżni, dzięki czemu luz osiowy jest zmniejszany lub eliminowany w określonych warunkach kontroli. Poprawia to zachowanie przy odwróceniu i sztywność osiową.

Nie należy mylić obciążenia wstępnego z zewnętrznym obciążeniem roboczym. Obciążenie robocze pochodzi z przesuwania lub ustawiania elementu maszyny, podczas gdy napięcie wstępne występuje już wewnątrz zespołu śruby i nakrętki przed przyłożeniem obciążenia zewnętrznego.

Co poprawia wstępne napięcie śruby kulowej?

Prawidłowo wybrane wstępne ładowanie może zapewnić kilka korzyści:

• Zmniejszony luz osiowy
• Poprawiona dokładność cofania
• Większa sztywność osiowa
• Zmniejszone przemieszczenie przy zmieniających się obciążeniach osiowych
• Bardziej stabilna reakcja w precyzyjnych systemach pozycjonowania

Wstępne obciążenie nie poprawia automatycznie dokładności odprowadzenia. Dokładność skoku zależy głównie od dokładności wykonania śruby, podczas gdy napięcie wstępne wpływa przede wszystkim na luz osiowy i sztywność.

Napięcie wstępne również nie wydłuża automatycznie żywotności. Nadmierne napięcie wstępne zwiększa obciążenie wewnętrzne, tarcie, moment obrotowy i wytwarzanie ciepła. Może skrócić trwałość zmęczeniową śruby, nakrętki, kulek i łożysk podporowych.

Czy można regulować napięcie wstępne każdej śruby kulowej?

Nie. Przed przystąpieniem do regulacji napięcia wstępnego śruby kulowej należy zapoznać się z budową nakrętki i metodą pierwotnie zastosowaną do wytworzenia napięcia wstępnego.

Jeśli struktura napięcia wstępnego nie jest znana, nie demontuj nakrętki ani nie wyjmuj jej z wału śruby. Kulki recyrkulujące mogą wypaść, a ich pierwotny rozmiar, ilość i kolejność ładowania mogą zostać utracone.

Wstępne obciążenie ponadwymiarowej piłki

W przypadku śruby wstępnie naprężonej z dużą kulką średnicę kulki dobiera się tak, aby uzyskać kontrolowany interferencję pomiędzy kulkami a bieżniami śruby i nakrętki. Ta metoda może zapewnić zwartą strukturę z pojedynczą nakrętką.

Napięcie wstępne ustala się na podstawie rozmiaru kulki, geometrii bieżni, kąta zwilżania i dopasowania wymiarowego śruby i nakrętki. Nie można go wiarygodnie wyregulować poprzez dokręcenie zewnętrznego łącznika.

Jeżeli napięcie wstępne zostało utracone w wyniku zużycia, zwykły montaż większych kulek bez pomiaru bieżni jest niebezpieczny. Zbyt duże kulki mogą powodować nadmierne naprężenia kontaktowe, wysoki moment obrotowy, słabą cyrkulację, ciepło i wczesne uszkodzenie powierzchni.

Korygowanie tego typu napięcia wstępnego śruby kulowej zwykle wymaga od producenta lub wykwalifikowanego zakładu naprawczego:

• Sprawdź bieżnie śrub i nakrętek
• Zmierz zużycie i uszkodzenia powierzchni
• Wybierz odpowiednią średnicę i klasę kulki
• Ponownie załaduj prawidłowo obwody cyrkulacyjne
• Zmierz luz osiowy i moment obrotowy

Wstępne obciążenie offsetem

Napięcie wstępne o przesuniętej podziałce powstaje poprzez zmianę podziałki rowka w nakrętce kulowej. Dwie obciążone sekcje działają w przeciwnych kierunkach osiowych i wytwarzają napięcie wstępne bez konieczności stosowania dwóch oddzielnych nakrętek i zewnętrznej podkładki dystansowej.

To napięcie wstępne jest wbudowane w geometrię nakrętki podczas produkcji. Użytkownik sprzętu nie może go regulować poprzez ręczne obracanie lub przesuwanie jednej części nakrętki.

Jeżeli w śrubie kulowej naprężonej z przesunięciem występuje nadmierny luz osiowy, nietypowy hałas lub zwiększony moment obrotowy, należy sprawdzić cały zespół. Możliwe przyczyny obejmują zużycie bieżni, zużycie kulek, awarię smarowania, zanieczyszczenie, niewspółosiowość lub uszkodzenie układu powrotnego.

Wstępne napięcie śruby kulowej z podwójną nakrętką

Śruba kulowa z podwójną nakrętką wykorzystuje dwie sekcje nakrętek działających w przeciwnych kierunkach osiowych. Precyzyjnie kontrolowana przekładka, podkładka, gwint lub inna konstrukcja regulująca ustala względne położenie osiowe pomiędzy nimi.

Wśród popularnych konstrukcji śrub kulowych konstrukcja z podwójną nakrętką najprawdopodobniej umożliwi korektę napięcia wstępnego. Jednakże regulacja powinna nadal być zgodna z rysunkiem producenta, określonym napięciem wstępnym i procedurą kontroli.

Ogólna procedura regulacji

1. Zidentyfikuj oryginalny zespół.Potwierdź model, średnicę śruby, skok, strukturę nakrętki, metodę napięcia wstępnego i specyfikacje producenta.
2. Sprawdź cały system.Sprawdź smarowanie, wyosiowanie, łożyska oporowe, sprzęgło, powierzchnie montażowe i stan śrub, zanim założysz, że przyczyną problemu jest napięcie wstępne.
3. Zmierz istniejący stan.Zanotuj luz osiowy, moment rozruchowy, moment roboczy, zmiany momentu obrotowego i zachowanie w temperaturze.
4. Zwolnij konstrukcję blokującą.Zaznacz oryginalne pozycje i postępuj zgodnie z instrukcją demontażu producenta.
5. Zmieniaj element dystansowy lub pozycję regulacji w kontrolowanej ilości.Zwiększanie względnego odstępu pomiędzy obciążonymi sekcjami nakrętek zazwyczaj zwiększa napięcie wstępne, ale dokładna zależność zależy od projektu.
6. Prawidłowo zabezpiecz zespół.Przywróć elementy zamykające zgodnie z podaną metodą.
7. Zmierz ponownie.Przed ponownym oddaniem osi do użytku sprawdź luz osiowy, moment obrotowy, gładkość i temperaturę.

Nie używaj momentu dokręcania śrub obudowy nakrętki jako bezpośredniego pomiaru napięcia wstępnego śruby kulowej. Moment dokręcania potwierdza warunki mocowania; nie ustala bezpośrednio wewnętrznego napięcia wstępnego pomiędzy kulkami i bieżniami.

Jak sprawdza się napięcie wstępne śruby kulowej?

Wstępne obciążenie zwykle nie jest potwierdzane wyłącznie dotykiem dłoni. Śruba, która wydaje się dokręcona, może być źle ustawiona, zanieczyszczona, źle nasmarowana lub uszkodzona, a nie prawidłowo naprężona.

W zależności od produktu i zastosowania kontrola może obejmować:

Pomiar luzu osiowego

Siłę osiową przykłada się w przeciwnych kierunkach, jednocześnie mierząc względne przemieszczenie pomiędzy śrubą i nakrętką. Siła testowa, sztywność mocowania i pozycja pomiaru muszą pozostać spójne.

Moment rozruchowy i roboczy

Moment obrotowy mierzy się, gdy nakrętka lub śruba wykonuje efektywny skok. Wartość i dopuszczalną odchyłkę należy porównać ze specyfikacją producenta.

Pomiar momentu obrotowego musi uwzględniać uszczelki, smar, temperaturę, przyspieszenie, ustawienie wału i opór łożyska podporowego. Pomiar całej zainstalowanej osi bez rozdzielenia tych efektów może dać mylący wynik.

Test obciążenia osiowego i przemieszczenia

W przypadku systemów o większej precyzji przykładane jest obciążenie osiowe i rejestrowane jest przemieszczenie. Wynikowa zależność obciążenia od przemieszczenia dostarcza informacji o sztywności zespołu śruby i nakrętki.

Kontrola temperatury i gładkości

Po regulacji śruba powinna pracować płynnie przez cały skok, bez zacięć, powtarzających się szczytów momentu obrotowego, nietypowego hałasu lub szybkiego wzrostu temperatury.

Jakie napięcie wstępne powinna mieć śruba kulowa?

Nie ma uniwersalnej wartości napięcia wstępnego odpowiedniej dla każdej śruby kulowej. Wymagany poziom zależy od:

• Przyłożone obciążenie osiowe
• Wymagana sztywność
• Wymagania dotyczące pozycjonowania i cofania
• Średnica śruby i skok
• Struktura nakrętki i obiegu
• Prędkość robocza i przyspieszenie
• Cykl pracy
• Smarowanie
• Oczekiwany wzrost temperatury
• Wymagany okres użytkowania

Zastosowania o umiarkowanych wymaganiach dotyczących pozycjonowania mogą wymagać niskiego napięcia wstępnego lub nakrętki o kontrolowanym luzie. Precyzyjne osie maszyn mogą wymagać większego napięcia wstępnego, ale zwiększenie napięcia wstępnego powyżej niezbędnego poziomu nie zapewnia nieograniczonej dokładności ani sztywności.

Wybrane napięcie wstępne musi mieścić się w zakresie możliwości śruby, nakrętki, łożysk wsporczych, silnika i całego układu podawania.

Wstępne napięcie śruby kulowej walcowanej i szlifowanej

Walcowana śruba kulowa nie wymaga automatycznie mniejszego napięcia wstępnego niż szlifowana śruba kulowa. Odpowiednie napięcie wstępne zależy od budowy nakrętki, możliwości produkcyjnych, wymagań dotyczących dokładności i zastosowania.

Śruby walcowane są powszechnie wybierane do zastosowań w ogólnej automatyce i ekonomicznych systemach pozycjonowania, natomiast śruby szlifowane są stosowane, gdy wymagana jest większa dokładność prowadzenia i spójność ruchu. Jednakże oba typy mogą być dostarczane z różnymi luzami lub stanami napięcia wstępnego, w zależności od konstrukcji produktu.

Zamawiając śrubę kulową z naprężeniem wstępnym, należy określić wymaganą dokładność, luz osiowy, sztywność, obciążenie, prędkość i zastosowanie, a nie pytać tylko o „duże napięcie wstępne”.

Objawy nieprawidłowego napięcia wstępnego śruby kulowej

Napięcie wstępne może być zbyt niskie, gdy:

• Luz osiowy przekracza podaną wartość
• Odwrócenie powoduje wymierny ruch utracony
• Nakrętka porusza się pod niewielkim odwracalnym obciążeniem osiowym
• Sztywność osi jest niższa niż oczekiwano

Napięcie wstępne może być zbyt wysokie, gdy:

• Moment rozruchowy lub roboczy jest nadmierny
• Śruba szybko się nagrzewa podczas pracy
• Moment obrotowy zmienia się znacznie wzdłuż skoku
• Silnik wymaga większego prądu, niż oczekiwano
• Ruch staje się nierówny lub wytwarza nietypowy dźwięk
• Stan smaru szybko się pogarsza

Objawy te nie dowodzą, że jedyną przyczyną jest obciążenie wstępne. Niewspółosiowość, uszkodzone łożyska oporowe, nieprawidłowe smarowanie, zanieczyszczenie, wygięte wały śrubowe, odkształcenie mocowania i uszkodzone elementy powrotne mogą powodować podobne zachowanie.

Typowe błędy w regulacji napięcia wstępnego

• Demontaż nakrętki kulowej ze śruby bez tulei transferowej
• Wymiana kulek bez znajomości oryginalnej średnicy i układu obwodów
• Zwiększanie napięcia wstępnego w celu kompensacji zużytych lub uszkodzonych bieżni
• Oceniać napięcie wstępne tylko poprzez ręczne obracanie śruby
• Przyjęcie momentu obrotowego śruby mocującej jako wartości napięcia wstępnego
• Ignorowanie oporu łożyska podporowego podczas pomiaru momentu obrotowego
• Regulacja napięcia wstępnego przed skorygowaniem niewspółosiowości śruby i prowadnicy
• Zakładając, że zerowy mierzalny luz zawsze oznacza, że ​​napięcie wstępne jest prawidłowe

Kiedy należy wymienić śrubę kulową?

Regulacja napięcia wstępnego nie jest w stanie naprawić każdej śruby kulowej. Jeżeli kontrola wykaże:

• Wżery, łuszczenie się lub zarysowania na bieżniach
• Poważne lub nierówne zużycie
• Uszkodzone elementy powrotu kulki
• Wygięty wał śruby
• Stała zmiana momentu obrotowego po kontroli wyosiowania i smarowania
• Luz osiowy, którego nie można skorygować w ramach oryginalnej konstrukcji
• Utrata wymaganej dokładności podczas skoku roboczego

W przypadku starszych zespołów wymiana samych kulek lub nakrętek może nie przywrócić pierwotnego działania, jeśli bieżnia śruby jest już zużyta.

Informacje o wstępnym obciążeniu śruby kulowej dla zapytania

Aby uzyskać odpowiednią rekomendację należy podać:

• Seria śrub kulowych i kompletny model
• Średnica śruby i skok
• Konstrukcja jedno- lub dwunakrętkowa
• Stopień dokładności
• Wymagany luz osiowy lub napięcie wstępne
• Maksymalne obciążenie osiowe
• Prędkość robocza i cykl pracy
• Skok i całkowita długość śruby
• Orientacja montażowa
• Rysunek obróbki końcowej
• Istniejące pomiary momentu obrotowego, luzu lub usterek

Opcje śrub kulowych i nakrętek kulowych DLY

DLY produkuje walcowane i szlifowane śruby kulowe w kilku konfiguracjach nakrętek do urządzeń automatyki, obrabiarek, modułów liniowych i projektów OEM. Dostępne opcje zależą od średnicy śruby, skoku, konstrukcji nakrętki, klasy dokładności, wymaganego luzu osiowego i warunków pracy.

Poznaj DLYasortyment śrub kulowychIseria nakrętek kulkowych.

Jeśli istniejąca śruba kulowa ma nadmierny luz lub nieprawidłowy moment obrotowy, prześlij kompletny model, wymiary, zdjęcia, zmierzony luz, warunki pracy i objawy usterki. DLY może następnie sprawdzić, czy bardziej odpowiednim podejściem jest dostosowanie, dopasowanie lub wymiana.

← Powrót do bloga DLY