Каково предварительное натяжение вращающейся шариковой гайки?

Преднатяг вращающейся шариковой гайки представляет собой внутреннюю осевую нагрузку, приложенную между шариками и дорожками качения винта и гайки. Его основное назначение – уменьшить осевой зазор и повысить жесткость ШВП до приложения внешней рабочей нагрузки.

Правильная предварительная нагрузка может улучшить реакцию на позиционирование и уменьшить потерю хода при изменении направления. Однако большая предварительная нагрузка не всегда лучше. Чрезмерная предварительная нагрузка увеличивает момент трения, выделение тепла, износ и нагрузку на двигатель, что потенциально сокращает срок службы ШВП.

Предварительный натяг и осевой зазор — не одно и то же

Осевой зазор — это относительное осевое перемещение между винтом и гайкой, когда направление приложенной силы меняется на противоположное. Шариковая гайка с зазором имеет небольшой внутренний зазор, а гайка с предварительным натягом сохраняет контакт на противоположных сторонах дорожек качения.

Нулевой измеряемый осевой зазор не обязательно указывает на высокий предварительный натяг. Шаровую гайку можно отрегулировать, чтобы устранить большую часть зазора, воспринимая при этом лишь относительно небольшую внутреннюю нагрузку. Поэтому требуемое условие следует указывать с точки зрения зазора, уровня предварительной нагрузки, жесткости или динамического крутящего момента, а не просто требовать «отсутствия люфта».

Почему вращающаяся шариковая гайка имеет предварительный натяг?

Уменьшение потерянного движения

Когда ось меняет направление, внутренний зазор должен быть устранен до того, как винт и гайка начнут передавать усилие в противоположном направлении. Предварительная нагрузка поддерживает контакт между шариками и дорожками качения, уменьшая потери в движении.

Это ценно в системах позиционирования, которые совершают частые движения вперед и назад. Тем не менее, общий люфт по оси может также исходить от опорных подшипников гайки, муфты, ременной передачи, монтажных соединений и конструкции машины. Предварительная нагрузка шариковой гайки не может компенсировать ослабление в других частях системы.

Увеличение осевой жесткости

Под внешней осевой нагрузкой шарики и дорожки качения упруго деформируются на небольшую величину. Применение соответствующей предварительной нагрузки позволяет противоположным контактным поверхностям распределять нагрузку и уменьшает изменение осевого смещения при изменении рабочей нагрузки.

Более высокая жесткость может улучшить стабильность позиционирования, но польза становится меньше по мере увеличения предварительной нагрузки, в то время как трение и усталостная нагрузка продолжают расти. Поэтому уровень предварительного натяга следует выбирать в соответствии с фактическими требованиями к жесткости.

Улучшение реакции во время разворота

Удаление осевого зазора создает более прямую механическую реакцию между вращением двигателя и линейным движением. Это может улучшить контурирование и поведение реверса в системах управляемого движения.

Предварительная нагрузка не определяет точность шага. Точность хода по-прежнему зависит от класса шага винта, выравнивания крепления, теплового расширения и обратной связи управления.

Распространенные методы предварительной нагрузки шариковой гайки

Увеличенный предварительный натяг шара

Одну гайку можно предварительно нагрузить, выбрав шарики, которые создают условия взаимодействия между дорожками качения винта и гайки. Это обеспечивает компактную конструкцию гайки, но доступный диапазон предварительной нагрузки и компенсации ограничен.

Диаметр шарика должен быть выбран точно. Слишком большие шарики могут вызвать чрезмерный крутящий момент, нагрев и локальное контактное напряжение, тогда как слишком маленькие шарики могут создавать нежелательный осевой зазор.

Предварительная нагрузка со смещенным выводом

В некоторых конструкциях с одной гайкой используется контролируемое смещение выводов между внутренними шариковыми цепями. Смещение создает противоположные контактные силы внутри одного корпуса гайки, создавая предварительную нагрузку без использования отдельной второй гайки.

Этот метод обеспечивает относительно компактную сборку, но предварительная нагрузка заложена в геометрию гайки и обычно не регулируется простой затяжкой крепежных болтов.

Предварительная нагрузка двойной гайки

В конструкции с двумя гайками используются две шариковые гайки, разделенные или отрегулированные так, что они прикладывают противоположные осевые силы. Предварительный натяг можно установить с помощью проставки, прокладки или резьбовой регулировочной конструкции, в зависимости от конструкции.

Двойные гайки могут обеспечить высокую жесткость и большую гибкость в регулировке предварительного натяга, но они требуют дополнительного осевого пространства и имеют большую массу, чем сопоставимая одинарная гайка.

Размер или внешний вид гайки сами по себе не определяют уровень ее предварительной нагрузки. Также необходимо подтвердить внутреннее соответствие шариков, конструкцию дорожек качения и измеренный крутящий момент.

Как определяется предварительная загрузка?

Предварительная нагрузка может выражаться как осевая сила или как процент от номинальной динамической нагрузки ШВП. Соответствующее значение зависит от конструкции производителя, конструкции гайки и требований применения.

Окончательный выбор должен учитывать:

• Требуемая осевая жесткость
• Допустимый осевой зазор
• Внешняя осевая нагрузка
• Скорость и ускорение
• Рабочий цикл
• Допустимый момент трения
• Повышение температуры
• Требуемый срок службы

Процент предварительной нагрузки не следует выбирать без проверки соответствующего влияния трения, внутренней нагрузки и усталостной долговечности.

Как проверяется предварительная нагрузка шариковой гайки?

Непосредственное измерение внутренней силы предварительного натяга после сборки не всегда практично. Производители обычно оценивают состояние посредством измерения осевого зазора и контролируемого измерения динамического крутящего момента шариковой гайки.

Во время испытания на динамический крутящий момент гайка или винт вращаются с заданной скоростью, при этом рабочий крутящий момент записывается на протяжении эффективного хода. Измерения следует проводить при определенных условиях смазки, температуры и установки.

Измеренный крутящий момент создается не только за счет предварительной нагрузки. Он также может включать в себя:

• Сопротивление уплотнения или грязесъемника
• Устойчивость к смазке
• Сопротивление рециркуляции шариков
• Варианты хода винта и дорожки качения
• Несовпадение во время тестирования

По этой причине простые показания динамометрического ключа не следует рассматривать как точное измерение силы предварительного натяга. Метод испытаний и диапазон приемки должны быть согласованы до начала производства.

Предварительная нагрузка шариковой гайки и предварительная нагрузка подшипника

Узел вращающейся шариковой гайки содержит два разных состояния предварительного натяга, которые не следует путать.

Предварительный натяг шариковой гайкидействует между шариками и дорожками качения винтов и гаек. Он контролирует осевой зазор и жесткость внутри пары ШВП.

Предварительный натяг опорного подшипникадействует внутри подшипников, которые позволяют корпусу гайки вращаться. Он контролирует осевую и радиальную жесткость вращающегося опорного узла.

Оба влияют на измеренный крутящий момент и поведение оси. Чрезмерная предварительная нагрузка подшипника может привести к повышению температуры, даже если сама предварительная нагрузка шариковой гайки правильная.

Полное объяснение механизма см.роль вращающейся шариковой гайки в системе линейного движения.

Что произойдет, если предварительная нагрузка слишком высока?

Чрезмерная предварительная нагрузка увеличивает внутреннюю шариковую нагрузку еще до того, как ось начнет воспринимать внешнюю рабочую нагрузку. Возможные последствия включают в себя:

• Более высокий пусковой и рабочий крутящий момент
• Повышенная нагрузка на двигатель
• Повышенное тепловыделение
• Ухудшение качества смазки
• Ускоренный износ дорожек качения и шариков
• Уменьшение усталостной долговечности
• Возможное залипание в локальных точках ошибок опережения

Гайка, которая кажется необычно затянутой, не должна автоматически считаться более точной. Высокий или неравномерный крутящий момент может указывать на чрезмерную предварительную нагрузку, загрязнение, плохую смазку, повреждение дорожки качения или несоосность крепления.

Что произойдет, если предварительная нагрузка слишком низкая?

Недостаточная предварительная нагрузка может оставить измеримый осевой зазор или обеспечить меньшую жесткость, чем требуется для применения. Возможные симптомы включают потерю движения при реверсе, снижение реакции на позиционирование и движение при переменных осевых нагрузках.

Вибрацию и шум не следует автоматически связывать с низкой предварительной нагрузкой. Несоосность, поврежденные шарики, плохая смазка, ослабление опорных подшипников и неподходящая конструкция привода могут вызывать аналогичные симптомы.

Выбор подходящей предварительной нагрузки

Наилучшая предварительная нагрузка — это самый низкий уровень, обеспечивающий требуемый осевой зазор и жесткость в реальных условиях эксплуатации. Такой подход ограничивает ненужное нагревание и внутреннюю усталостную нагрузку.

Прежде чем подтвердить спецификацию, предоставьте:

• Диаметр и ход винта
• Тип гайки и доступное место для установки
• Максимальная и средняя осевая нагрузка
• Рабочая скорость и ускорение
• Требуемый осевой зазор или жесткость
• Целевые показатели точности и повторяемости позиционирования
• Рабочая температура и рабочий цикл
• Требования к смазке и охране окружающей среды

Условия смазки могут существенно изменить измеренный крутящий момент. Для специальных применений, таких каквращающаяся шариковая гайка, используемая в вакуумной средеВыбор смазки необходимо оценивать вместе с предварительным натягом.

Заключение

Предварительный натяг во вращающейся шариковой гайке представляет собой внутреннюю нагрузку между катящимися шариками и противоположными поверхностями дорожек качения. Он используется для уменьшения осевого зазора и повышения осевой жесткости, особенно когда ось часто меняет направление или должна постоянно реагировать на изменяющиеся нагрузки.

Предварительная нагрузка должна быть сбалансирована с учетом момента трения, температуры и срока службы. Его следует устанавливать с помощью конструкции гайки, сопоставления шариков или регулировки двойной гайки, а затем проверять в контролируемых условиях измерения, а не путем затягивания фланца гайки на машине.

Посмотреть DLYизделия из шариковых ореховдоступные конструкции и размеры гаек.

← Вернуться назад на Блог DLY