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策朗智能丨上银一级代理

滚珠丝杆知识部分

发布时间:2019-09-23 丨 文案: 策朗智能

  • 滚珠螺杆选用和安装的重要观念

  • (1) 滚珠螺杆必须保持彻底的清洁并且用防锈油作好防护,应特别注意不可使尖锐物或刀具撞击牙型表面及不可让任何铁屑进入螺帽内部;而且组装轴端外径亦不可碰撞擦伤,如图4.1。
    (2) 选择精度等级适用的滚珠螺杆请参考表4.5,依组装标准程序安装,换言之,使在CNC工具机上的精密研磨级滚珠螺杆,必须精确的校正及选用合适的精密轴承组合。
    转造级滚珠螺杆适用于精度较不高的场合,如包装机械…等,即可选用精度较不高的支撑轴承组合。特别重要是,避免轴承支撑座与螺帽的偏心,造成负荷的不均,如图 4.2。不均匀负载含径向力及扭矩,参图 4.2(a),皆可能造成故障及寿命减低,如图4.2(b)。

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    (3) 为使滚珠螺杆达到最高寿限, HIWIN 建议您使用含有润滑剂之轴承用油,但油中含石墨及二硫化钼 (MoS2)除外,油脂必须保持填注于钢珠及珠槽上。油浴式或滴油式给油法皆可,但以直接给油到螺帽内为佳,如图4.2。
    (4) 特别注意,当安装滚珠螺杆于机械上,请勿敲打螺帽或弯管,同时不可让螺帽与螺杆分离或过行程 -螺帽部份行程离开螺杆,如图4.3,若是如此会造成钢珠脱离珠槽。
    (5) 选择合适的轴端支撑轴承组合,在CNC工具机上,建议采用斜角轴承(斜角:60°)。如图4.4

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    (6) 在螺杆两端应该安装防撞器或不出牙设计以避免螺帽过行程,导致螺杆的破坏,如图4.5。
    (7) 滚珠螺杆建议使用伸缩式之保护套来保护,以避免受到环境中尘埃或铁屑的污染。若有碎屑或异物进入螺帽内,则会造成螺杆只剩十分之一寿命。采以伸缩式须要在法兰上加螺纹孔以固定之,如图4.6。此项特殊之需求,请告知策朗智能的技术人员。

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    (8) 若您选用内循环或端盖式循环的滚珠螺杆,则其一端螺纹必须出牙且肩部最大尺寸,必须小于根径0.5~1.0mm,若要求肩部尺寸大于根径亦可,但将有螺纹线留于肩部上便于螺帽装入。如图4.7。
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    (9) 滚珠螺杆热处理时于靠近肩部加工的螺纹牙部份有10~20mm长度须保持软化,以便于加工肩部。此区域会标示“”记号于HIWIN图面上,如图4.8。如您有特殊之要求请与HIWIN连系。
    (10) 过大的预压力将造成摩擦扭矩的大增及温升效应而使得预期寿命的减短。但太低的预压力,会使得滚珠螺杆刚性不足及增加失步(lost motion)的可能性。于CNC工具机的使用上,HIWIN建议您,以不超过8%动负荷为预压力的最大值;于自动化 X-Y平台机构以不超过5%动负荷为预压力的最大值。
    (11) 当您需要与螺杆轴分离并再组合时,必须透过一个外径小于螺杆根径 0.2~0.4 mm的管子,参考公式M37接于螺杆出牙的一端,将螺帽旋出,套内管中参照图4.9。
    (12) 图4.10表示轴端承靠面的逃槽;轴端支撑轴承必须有一倒角才能正确的定位,同时维持适当的直度,HIWIN建议您采用DIN 509的逃槽尺寸,如详图4.11。

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  • 滚珠丝杆运行不顺畅的原因

  • 滚珠丝杆运行不顺畅有四个主要原因:
    (1) 滚珠丝杆的使用环境比较的恶劣,粉尘、铁屑、切削液有进入到循环系统;
    (2) 滚珠丝杆在加工时连螺母一起加工,切削液及铁粉顺着珠道进入到螺母的循环系统,全检时没有清理好就出货;
    (3) 滚珠丝杆的钢珠有异常及回流系统有损坏;
    (4) 加工的尺寸不达标及安装不同轴。

  • DN值定义和安全极限

  • DN值定义
    以DmN值来评定滚珠丝杠高速性,Dm为滚珠丝杠上下滚珠之中心圆直径(P.C.D),N为丝杠最大回转数,所以DmN值即表示滚珠之公转速度,DmN值即为该滚珠丝杠的设计高速极限。
    为方便计,以丝杠外径D取代Dm。以50ψx 30 滚珠丝杠而 言,当丝杠最大回转数为3000rpm时,DN值可达15万,最大进给速度为 90 m/min。


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  • 高DN值与高导程的应用差异性

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  • 高DN值与高导程的差异性

  • 设计理念:
    高导程:以丝杠导程增加,提升进给速度
    高DN值:回转数与导程之有效平衡考量如精度、动静负荷、临界速度、惯性力诱发振动、温升等高速化引发的问题。

  • 工具机与射出机滚珠丝杠之比较

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    自润式滚珠丝杠之比较

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    螺母材质及特性

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    丝杠材质及特性

    材质

    滚珠丝杠之丝杠材质一般是使用高碳合金钢(参照下表)等材质;
    特性
    高碳合金钢含碳量达0.45%以上,适合感应热处理,能使材料具有良好的表面硬度及表面耐磨耗性,滚珠丝杠因此具有优良的使用寿命;同时由于材料的心部未麻田散铁化而保持变韧铁组织,抗拉强度高而韧性强,故丝杠不易因为冲击性的负荷而发生断裂。

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  • 滚珠丝杠的预压产生方式有四种设计及其差异情况

  • A 1、单螺母预压:(包含过大钢珠预压方式、导程偏移预压方式)
    2、双螺母预压:(包含:拉伸预压方式、压缩预压方式)
    B 1、过大钢珠预压方式:(以钢珠大小,调整预压)

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    2、导程偏移预压方式:(加大节距或缩小节距)
    特征:在螺母节距上作δ值的偏移来取代传统双螺母预压方式,此方式较适用于中轻预压,最好将预压力设计在5%动负荷以下。
    3、拉伸预压方式
    特征:使用一过厚的预压片将两个螺母外张方式达到预压之效果,此为HIWIN精密级滚珠丝杠最常使用的方式。

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    4、压缩预压
    特征:由较薄的预压片,再以螺栓将两螺母锁紧一起,达到预压之效果。

  • 丝杠、螺母及钢珠的硬度

  • 研磨级丝杠、螺母:58~62HRC
    转造级丝杠、螺母:56~62HRC
    钢珠:62~66HRC

  • 滚珠丝杠需要预压的情况及优缺点

  • A、机器精度要求高,而机器的背隙上限值小的时侯(如配合直线导轨使用可以使机器的反向运动背隙接近于零)。 
    B、优点:消除背隙;消除背隙可使机械传动的精度更为稳定,且机械传动结构的刚性提高。 
    缺点:降低机械效率,预压若过大会产生温升问题及寿命降低,所以滚珠丝杠的预压必须设定在一合理范围内。

  • 滚珠丝杠的润滑油脂选用

  • 一般建议以轴承润滑油为滚珠丝杠之润滑油,如要使用油脂则建议以锂皂基的油脂。油品的黏度选用是依操作速度、工作温度及负荷的情形来做选择。高速时,建议使用的润滑油为40℃时的黏度指数范围32~68 cSt (ISO VG 32~68)(DIN 51519)。低速时,建议使用的润滑油为40℃时的黏度指数范围在90 cSt (ISO VG 90)以上。
    用于高速且重负载的时后,必须以强制冷却来降低温度,且可藉由中空丝杠通入冷却油或水来达到冷却效果。

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  • 常用的油嘴及接头及在设计需要考虑的因素

  • A、 公制有M6、M8*1P,英制则为1/8"PT。
    B、 设计考虑因素:1.空间考量。2.注油位置最好于法兰上方或上方45度角位置,以提供注油的最好效果(油品可以由于重力而进入螺母内部)。

  • 静负荷的定义

  • 滚珠丝杠在静止状态,滚珠和轨道接触面都不致产生大于万分之一(0.0001)钢珠直径之塑性变形量时,滚珠丝杠之最大可承受负荷。

  • 高防尘滚珠丝杠的使用时机

  • HIWIN特殊设计的高防尘滚珠丝杠,使用多层防尘材料紧密包覆丝杠,所以尘屑不易进入,而能达到高防尘效果;其适用在较高尘屑的工作环境,例如:木工业、橡塑胶…等。

  • 配珠的时机及优缺点

  • A、 设计时机:于机构空间不足使用单螺母预压方式时,为了提升其动作特性,一般建议以1:1配珠。
    B、 优点:能提升其动作特性,减少相邻钢珠间之相互摩擦。
    缺点:减低丝杠动负荷。

  • 丝杠中空使用的时机及优点

  • A、 一般较适合于丝杠温升要求较严格的机器。使用中空丝杠,由于可以通油或水来冷却丝杠,故丝杠本身不易发热,可有效控制温度,达到精度稳定目的。
    B、 中空滚珠丝杠具有重量减轻之优点,因此丝杠比较不易因自重而下垂过大,而且由于丝杠之惯量减少,使马达之驱动扭力降低;另一方面,由于丝杠的中空部份可以使冷却剂流经而达到降低丝杠温度之用,因此丝杠的温度可以得到较佳的控制。

  • 滚珠丝杠安装时应注意的事项

  • 滚珠丝杠为精密的机械零组装,所以在安装时需注意下列事项:
    (1)滚珠丝杠必须保持干净及擦拭清洁,不使异物进入螺母内。
    (2)不可任意敲打,并保持外观不碰撞伤。
    (3)安装面的表面修整及清洁要彻底。
    (4)合宜的公差及精确的校正。
    (5)适宜的润滑。
    (6)不可将丝杠与螺母分离。
    (7)最好在丝杠两端加装防撞器,以避免运转超过行程极限而损伤滚珠丝杠。
    (8)使用保护套来保护滚珠丝杠,并且防尘。

  • 丝杠一般的预拉量

  • 特征:钢珠与珠槽四点接触,适用于轻预压。
    一般以1米长约0.02~0.03mm为预拉值。