Для большинства вращающихся шариковых гаек правильный материал шарика не выбирается независимо от вала винта и гайки. Шарики из закаленной подшипниковой стали обычно используются как часть согласованного узла ШВП, поскольку их диаметр, твердость, класс прочности и геометрия контакта должны соответствовать дорожкам качения винта и гайки.
Шарики из нержавеющей стали или керамики можно использовать для особых условий эксплуатации, но они не являются прямой модернизацией. Изменение материала шарика может изменить предварительную нагрузку, контактное напряжение, рабочий крутящий момент, выделение тепла, характеристики износа и срок службы. Поэтому весь узел вращающейся гайки должен быть спроектирован и испытан для выбранного материала.
Что делают шарики внутри вращающейся шариковой гайки?
Шарики катятся между винтовыми дорожками качения вала винта и гайки. Они передают осевую нагрузку, многократно циркулируя через систему возврата гайки.
В конструкции с вращающейся гайкой вал винта обычно остается неподвижным, пока гайка вращается. Принцип контакта качения такой же, как и в обычной ШВП, но конструкция вращающейся гайки уделяет больше внимания:
- Стабильность циркуляции шарика при необходимой скорости гайки;
- Рабочий крутящий момент и тепловыделение;
- Распределение смазки внутри вращающегося узла;
- Динамический баланс гайки и встроенной несущей конструкции;
- Контроль загрязнения вокруг системы возврата шаров;
- Совместимость шариков, дорожек качения, уплотнений и предварительного натяга.
Материал шара — лишь одна часть этой системы. Выбор другого материала без проверки других компонентов может снизить производительность, а не улучшить ее.
Стандартный выбор: закаленная подшипниковая сталь.
Закаленная подшипниковая сталь является обычным выбором для несущих шариков в промышленных шарико-винтовых передачах. Он обеспечивает твердость, постоянство размеров, сопротивление усталости и чистоту поверхности, необходимые для многократного контакта качения.
В практическом производстве «стальной шарик» не следует трактовать как обычную низкоуглеродистую сталь. Шарики должны быть изготовлены как прецизионные компоненты подшипников и соответствовать закаленным дорожкам качения винтов и гаек.
Подшипниковая сталь остается предпочтительным выбором для большинства станков с ЧПУ, оборудования автоматизации, систем перемещения и общепромышленных осей, поскольку она предлагает проверенный баланс:
- Сопротивление усталости в контакте качения;
- Устойчивость к остаточной деформации под нагрузкой;
- Контролируемый диаметр и округлость;
- Равномерное качество поверхности;
- Совместимость с обычной смазкой ШВП;
- Предсказуемый преднатяг и рабочий крутящий момент.
Для обычной вращающейся шариковой гайки, работающей в чистой и смазанной промышленной среде, закаленную подшипниковую сталь следует рассматривать как вариант по умолчанию, а не как самый дешевый вариант.
Можно ли использовать шарики из нержавеющей стали?
Шарики из нержавеющей стали можно использовать в тех случаях, когда влага, промывка, конденсат или умеренное коррозионное воздействие создают явный риск появления ржавчины. Однако использование только шариков из нержавеющей стали не делает всю шарико-винтовую передачу устойчивой к коррозии.
Также необходимо оценить винтовой вал, дорожки качения гайки, возвратные компоненты, опорные подшипники, крепеж и открытые монтажные поверхности. Если закаленные дорожки качения остаются уязвимыми для коррозии, замена только шариков обеспечит ограниченную защиту.
Поэтому использование нержавеющей стали следует рассматривать только после подтверждения:
- Точная агрессивная среда и концентрация;
- Температура эксплуатации и очистки;
- Требуемая нагрузка и ожидаемый срок службы;
- Совместимость твердости с дорожками качения;
- Совместимость смазочных материалов и уплотнений;
- Будет ли более подходящей обработка поверхности или внешняя защита?
Коррозионная стойкость и точность позиционирования — это разные свойства. Шарики из нержавеющей стали нельзя назвать более точными просто потому, что они лучше сопротивляются ржавчине.
Когда можно рассмотреть возможность использования керамических шариков?
Керамические шарики из нитрида кремния имеют меньшую плотность, чем стальные шарики, и могут обеспечить высокую твердость, электрическую изоляцию и сильную коррозионную стойкость. Эти свойства делают их полезными в некоторых специализированных подшипниковых системах.
Однако вращающаяся гайка с керамическим шариком должна быть спроектирована как согласованный узел. Керамические шарики отличаются от стальных шариков жесткостью, тепловым расширением, ударными свойствами и контактными характеристиками.
Возможные причины для оценки керамических шариков включают в себя:
- Специально разработанная высокоскоростная система, где инерция шара является проверенным ограничением;
- Требования к электроизоляции;
- Специальные химические или вакуумные среды;
- Исследования или разработки OEM, разработанные на основе гибридного контакта качения;
- Приложение, для которого вся гайка была проверена путем испытаний.
Керамические шарики не следует выбирать только потому, что гайка быстро вращается. На высокой скорости система возврата, ход, диаметр шара, смазка, баланс гайки и допустимое значение DN могут быть более важными, чем сам материал шара.
Почему бронзовые и твердосплавные шарики не следует указывать в качестве стандартных опций
Фосфористую бронзу можно использовать для изготовления втулок, сепараторов и компонентов скольжения, но ее не следует рассматривать как обычный материал для несущих шариков для прецизионных вращающихся шариковых гаек. Его механические характеристики и характеристики контакта качения не делают его нормальной заменой шариков из закаленной стали подшипников.
Точно так же твердосплавные шарики могут иметь высокую твердость, но сама по себе твердость не делает материал подходящим для шарико-винтовой передачи. Также необходимо учитывать плотность, хрупкость, совместимость дорожек качения, качество поверхности, контактное напряжение, производственные допуски и стоимость.
Для обычных запросов на шариковые винты DLY ни бронза, ни твердый сплав не должны предлагаться в качестве предполагаемой альтернативы, если только специальный инженерный проект не был рассмотрен и подтвержден.
Материал шара нельзя отделить от диаметра шара.
Диаметр шара является критически важным параметром согласования. Даже очень небольшое изменение может повлиять на осевой зазор, преднатяг, угол контакта и рабочий крутящий момент.
В некоторых конструкциях ШВП используются тщательно отобранные шарики увеличенного размера для уменьшения зазора или создания предварительного натяга. Это не означает, что шарики большего размера можно свободно устанавливать во время технического обслуживания. Выбранный диаметр должен соответствовать геометрии дорожки качения и заданному предварительному натягу.
Замена оригинальных шариков на другой материал также может изменить контактную деформацию под нагрузкой. Запасной шарик с тем же номинальным диаметром может не обеспечивать такие же условия эксплуатации, если его упругие свойства, марка или качество поверхности различны.
По этой причине DLY не рекомендует клиентам разбирать шариковую гайку и самостоятельно заменять шарики только на основании измеренного диаметра.
Ключевые условия, которые следует проверить, прежде чем рассматривать специальный материал
Прежде чем оценивать шарики из нержавеющей стали или керамики, определите реальную проблему эксплуатации. Следующие условия более полезны, чем вопрос только о том, какой материал «лучший».
| Условия эксплуатации | Почему это важно | Что следует подтвердить |
|---|---|---|
| Осевая нагрузка | Влияет на контактный стресс и усталость от катания. | Нормальная нагрузка, пиковая нагрузка, направление нагрузки и рабочий цикл. |
| Скорость вращения гайки | Влияет на стабильность циркуляции, поведение тепла и смазки. | Максимальная и постоянная скорость, диаметр и ход винта. |
| Предварительный натяг или осевой зазор | Определяет жесткость, крутящий момент и чувствительность к нагреву. | Требуемая жесткость, требования к позиционированию и допустимый рабочий крутящий момент. |
| Температура | Изменяются размеры, вязкость смазки и состояние предварительного натяга. | Окружающая, постоянная и пиковая рабочие температуры. |
| Коррозионное воздействие | Может повредить шарики, дорожки качения и возвратные компоненты. | Тип химического вещества, влажность, метод промывки и продолжительность воздействия. |
| Смазка | Контролирует трение, износ, нагрев и защиту дорожек качения. | Тип смазки или масла, способ подачи и интервал повторного смазывания. |
| Шок и загрязнение | Может вызвать вмятину, растрескивание или нарушение кровообращения. | Источник удара, частицы, уплотнения и защитные кожухи. |
Скорость вращения гайки имеет большее значение, чем просто материал
Вращающаяся шариковая гайка часто выбирается для системы с длинным ходом, поскольку вал винта может оставаться неподвижным во время вращения гайки. Это может уменьшить проблемы, связанные с вращением длинного винтового вала.
Тем не менее, высокую скорость гайки все равно необходимо проверять на соответствие всей сборке. Важные факторы включают в себя:
- Структура гайки и метод циркуляции шарика;
- Диаметр и ход винта;
- Допустимая частота вращения или значение DN;
- Комплексная опорно-несущая способность;
- Подача смазки на рабочей скорости;
- Выделение тепла и тепловое расширение;
- Балансировка гайки, соосность крепления и соосность муфты.
Материал шаров с более низкой плотностью не может исправить плохо спроектированный обратный путь, неподходящую смазку или чрезмерное смещение. Вращающуюся гайку следует выбирать как комплектный узел передачи.
Не заменяйте шарики во время планового технического обслуживания.
Обычно шариковую гайку не следует открывать и наполнять шариками в ходе планового технического обслуживания. Снятие гайки без передаточной втулки может привести к выпадению шариков, а неправильная сборка может изменить последовательность шариков и предварительную нагрузку.
Если шарики выпали, подверглись коррозии или имеют видимые повреждения, это также может повлиять на дорожки качения. Заправка гайки внешне похожими шариками может временно восстановить движение, но не подтверждает первоначальную точность, предварительную нагрузку или номинальный срок службы.
Для замены шариковой гайки укажите диаметр винта, шаг винта, модель гайки, размеры фланца, направление резьбы и четкие фотографии. Если оригинальную гайку невозможно подобрать безопасно, более надежным решением может оказаться комплект из винта и гайки в сборе.
См. DLYАссортимент шариковых гаек и рекомендации по заменедля получения информации, необходимой перед подтверждением модели.
Что следует отправить в DLY для технического подтверждения?
Если приложение действительно требует нестандартного материала шарика, перед предложением необходимо предоставить следующую информацию:
- Модель вращающейся шариковой гайки или полный габаритный чертеж;
- Диаметр винта, ход и общая длина;
- Максимальная и постоянная скорость гайки;
- Нормальные, пиковые и ударные нагрузки;
- Требуемый осевой зазор или предварительная нагрузка;
- Требования к точности и повторяемости позиционирования;
- Диапазон рабочих температур;
- Коррозионная среда или метод очистки;
- Тип смазки и система смазки;
- Ожидаемый рабочий цикл и срок службы.
DLY может сначала проверить, подходит ли стандартный шариковый узел из закаленной стали. Специальные материалы следует обсуждать только после рассмотрения условий применения и соответствующей конструкции дорожки качения.
Структуру и доступное расположение см. в DLY.вращающаяся гайка шарикового винта. Более широкое объяснение кровообращения и структуры орехов см.Какие бывают типы шарико-винтовых гаек?
Принцип окончательного выбора
Закаленная подшипниковая сталь является обычным и наиболее практичным материалом для шариков вращающихся шариковых гаек. Шары из нержавеющей стали или керамики следует рассматривать только в том случае, если четко определенные экологические или технические требования оправдывают специально подобранную конструкцию.
Шарики нельзя выбрать только по названию материала. Диаметр шарика, сорт, твердость дорожки качения, предварительная нагрузка, структура циркуляции, скорость вращения и смазка должны быть подтверждены вместе.
При заказе вращающейся шариковой гайки отправьте в DLY размер винта, ход, скорость гайки, нагрузку, точность, предварительную нагрузку и условия эксплуатации. Не заменяйте оригинальные шарики самостоятельно, пока не будут проверены все характеристики гайки и условия соответствия.
