Aká je úloha rotujúcej guľovej matice v lineárnom pohybe

Rotujúca guľová matica prevádza rotačný pohyb matice na lineárny pohyb pozdĺž hriadeľa skrutky, ktorý je normálne fixovaný proti otáčaniu. Jeho hlavnou úlohou je poskytovať efektívny a presný lineárny pohyb bez potreby otáčania dlhého alebo ťažkého skrutkového hriadeľa.

Toto usporiadanie je užitočné najmä pri osiach s dlhým zdvihom a vysokorýchlostných osiach, kde by otáčanie skrutky mohlo spôsobiť nadmernú rotačnú zotrvačnosť, vibrácie alebo šľahanie skrutky. Systém rotujúcich matíc však vyžaduje špeciálne ložisko, pohon a montážnu štruktúru okolo matice.

Vyššie zobrazené guľôčkové matice znázorňujú bežné štruktúry matíc. Kompletný systém rotačných matíc tiež vyžaduje vhodné ložiskové puzdro a hnací mechanizmus.

Ako funguje rotačná guľová matica

Bežná os guľôčkovej skrutky zvyčajne otáča skrutku a zároveň zabraňuje otáčaniu matice. Matica sa potom pohybuje pozdĺž skrutky a nesie stôl stroja alebo iný pohyblivý komponent.

Systém rotujúcich guľôčkových matíc obracia toto usporiadanie. Hriadeľ skrutky je držaný proti otáčaniu, pričom guľová matica je podopretá ložiskami a poháňaná motorom, rozvodovým remeňom, ozubeným kolesom alebo iným rotačným prevodom. Keď sa matica otáča, pohybuje sa pozdĺž stacionárnej skrutky alebo vytvára relatívny lineárny pohyb medzi skrutkou a krytom matice v závislosti od usporiadania stroja.

Obehové guľôčky sa odvaľujú medzi dráhami skrutky a matice, čím znižujú klzné trenie a prenášajú axiálne zaťaženie. Jedna otáčka matice vytvorí lineárny pohyb rovný stúpaniu guľôčkovej skrutky.

Napríklad s 10 mm predstihom jedno úplné otočenie vytvorí 10 mm teoretického lineárneho zdvihu:

Lineárny chod = počet otáčok matice × stúpanie guľôčkovej skrutky

Porovnanie otočnej skrutky a matice

Redukujúci skrutkový bič na dlhých osiach

Keď sa dlhý hriadeľ skrutky otáča, odstredivá sila môže spôsobiť, že sa ohne smerom od stredu otáčania. Toto správanie sa bežne nazýva skrutkovací bič. Prípustná rýchlosť otáčania klesá so zvyšujúcou sa dĺžkou nepodporovanej skrutky.

Ak skrutka pracuje blízko alebo nad kritickou rýchlosťou, os môže zaznamenať vibrácie, hluk, nestabilitu polohy a poškodenie podporných ložísk skrutky. Zväčšenie priemeru skrutky alebo pridanie medziľahlých podpier môže pomôcť, ale tieto zmeny môžu zvýšiť veľkosť a zložitosť systému.

Rotujúca matica udržuje dlhý hriadeľ skrutky v pokoji. Tým sa odstráni rotácia skrutky ako priamy zdroj vibrácií pri kritickej rýchlosti, vďaka čomu je usporiadanie užitočné pre určité osi s dlhým chodom, ktoré musia pracovať pri relatívne vysokých lineárnych rýchlostiach.

Systém nie je oslobodený od rýchlostných obmedzení. Povolené otáčky matice, schopnosť obehu guľôčok, výkon maziva, otáčky ložiska a hodnota DN sa musia ešte posúdiť.

Zníženie rotačnej zotrvačnosti

Dlhý skrutkový hriadeľ môže mať značnú rotačnú zotrvačnosť. Motor musí pri každom pohybe zrýchľovať a spomaľovať celý hriadeľ, čo môže zvýšiť požadovaný krútiaci moment motora a znížiť odozvu osi.

V systéme s otočnými maticami sa otáča iba zostava matice, jej podporné ložiská a pripojené komponenty pohonu. V závislosti od rozmerov a usporiadania to môže znížiť zotrvačnosť otáčania a zlepšiť výkon pri zrýchlení a spomalení.

Skutočná výhoda by sa mala potvrdiť výpočtom. Veľké teleso rotačnej matice, remenica a ložisková zostava môžu mať tiež značnú zotrvačnosť, takže dizajn by sa nemal vyberať len na základe všeobecného predpokladu.

Efektívny prenos axiálneho zaťaženia

Podobne ako bežná guľôčková skrutka, aj rotačná guľová matica využíva valivý kontakt medzi guľôčkami a špirálovými obežnými dráhami. To poskytuje nižšie trenie a vyššiu mechanickú účinnosť ako porovnateľná posuvná skrutka.

Matica prenáša axiálnu silu medzi stacionárnou skrutkou a pohyblivou zostavou. Jeho nosnosť závisí od priemeru skrutky, stúpania, veľkosti guľôčky, počtu zaťažených okruhov, geometrie obežnej dráhy a predpätia – nielen od toho, či sa matica otáča.

Usporiadanie s otočnou maticou automaticky nezvyšuje menovité zaťaženie guľôčkovej skrutky. Vybraná matica a skrutka musia ešte spĺňať požadované výpočty dynamického zaťaženia, statického zaťaženia, tuhosti a životnosti.

Udržiavanie presnosti polohovania

Presnosť polohovania kompletnej osi je ovplyvnená presnosťou stúpania skrutky, axiálnou vôľou, predpätím, tuhosťou podporného ložiska, zarovnaním montáže, tepelnou rozťažnosťou a spätnou väzbou riadiaceho systému.

Predpätie môže znížiť axiálnu vôľu a zlepšiť tuhosť, ale nadmerné predpätie zvyšuje trecí moment, teplotu a opotrebovanie. Prečítajte si viac opredpätie v otočnej guľovej matici.

Dôležité sú aj podperné ložiská matíc. Musia ovládať radiálny a axiálny pohyb a zároveň umožniť hladké otáčanie matice. Vôľa alebo deformácia v tomto usporiadaní ložísk môže znížiť výkon polohovania celej osi.

Kľúčové časti zostavy s otočnou maticou

Kompletný mechanizmus s otočnou maticou bežne obsahuje viac ako guľovú maticu a skrutkový hriadeľ:

• Hriadeľ guľôčkovej skrutky upevnený proti otáčaniu
• Guľôčková matica vhodná pre požadované zaťaženie, predstih a rýchlosť
• Pevný kryt matice
• Radiálne a axiálne oporné ložiská okolo matice
• Motor, spojka, rozvodový remeň alebo ozubený pohon
• Dodávka mazania alebo spôsob údržby
• Mechanizmus, ktorý zabraňuje otáčaniu skrutky
• Lineárne vedenia na podporu a obmedzenie pohybujúceho sa nákladu

Guľôčková skrutka by mala prenášať axiálny pohyb a nie prenášať radiálne alebo pretáčavé zaťaženie zo stola stroja. Tieto zaťaženia by mali byť podporované správne nainštalovanými lineárnymi vedeniami.

Kedy stojí za zváženie rotačná guľová matica?

Konštrukciu s otočnou guľovou maticou možno zvážiť, keď:

• Požadovaná dráha je dostatočne dlhá na to, aby sa kritická rýchlosť skrutky stala obmedzením
• Os vyžaduje vysokú lineárnu rýchlosť pri dlhom zdvihu
• Rotačná zotrvačnosť dlhej skrutky by obmedzila zrýchlenie
• Usporiadanie stroja umožňuje usporiadanie motora a ložísk okolo matice
• Dodatočnú maticovú nosnú konštrukciu je možné spoľahlivo nainštalovať a udržiavať

Nemusí to byť najlepšia voľba, keď je dráha krátka, prevádzková rýchlosť je mierna alebo stroj vyžaduje najjednoduchšiu možnú štruktúru pohonu. V týchto prípadoch môže byť konvenčné usporiadanie s otočnou skrutkou praktickejšie a ekonomickejšie.

Vyžadujú sa informácie o výbere

Pred výberom guľôčkovej skrutky pre systém rotačných matíc potvrďte:

• Požadovaný zdvih a celková dĺžka skrutky
• Priemer skrutky a vedenie
• Maximálna lineárna rýchlosť a zrýchlenie
• Axiálne zaťaženie a montážna orientácia
• Požadovaná presnosť polohovania a opakovateľnosť
• Očakávaný pracovný cyklus a životnosť
• Požiadavky na predpätie a axiálnu tuhosť
• Mazanie a prevádzkové prostredie
• Dostupný priestor pre puzdro matice, ložiská a pohon

Špeciálne prostredia vyžadujú dodatočné hodnotenie. Pred použitím si napríklad prečítajte požiadavky na mazanie, materiály a čistenie arotujúca guľová matica vo vákuovom prostredí.

Záver

Primárnou úlohou rotujúcej guľovej matice je previesť rotáciu matice na lineárny pohyb pri udržiavaní skrutkového hriadeľa nehybného. Toto usporiadanie môže znížiť obmedzenia skrutkového biča a rotačnú zotrvačnosť pri vysokorýchlostných osiach s dlhým zdvihom.

Otočná matica je však súčasťou kompletného mechanického systému a nie priamou náhradou, ktorú je možné nainštalovať bez zmeny dizajnu. Ložiská podpery matice, kryt, pripojenie pohonu, mazanie, vyrovnanie a zaistenie skrutiek musia byť skonštruované pre požadovanú rýchlosť, zaťaženie a presnosť.

Zobraziť DLYvýrobky z guľôčkových orechovpre dostupné štruktúry a rozmery matíc.

← Späť na DLY Blog