Types d'écrous de vis à billes : bride, circulation interne et externe

Les écrous de vis à billes sont souvent décrits par des termes tels que écrou à bride, circulation interne, circulation externe et écrou précontraint. Ces termes ressemblent à des « types d’écrous » concurrents, mais ils décrivent en réalité différentes dimensions de conception.

UNécrou à bridedécrit comment le corps de l'écrou se monte sur le chariot ou le boîtier.Circulation interne et externedécrire comment les billes reviennent de la fin du chemin de roulement chargé jusqu'au début du chemin de circulation suivant.Préchargementdécrit comment le jeu axial et la rigidité sont contrôlés.

Comprendre ces distinctions est essentiel pour comparertypes d'écrous de vis à billespour unmodule linéaire. Ce guide explique les principales structures d'écrous, leurs compromis techniques et comment sélectionner un écrou en fonction des exigences d'espace, de vitesse, de charge, de rigidité, de jeu et de maintenance.

Trois questions différentes définissent un écrou de vis à billes

Une façon utile de classer un écrou à bille est de répondre à trois questions distinctes :

1. Comment est monté l'écrou ?Bride, cylindrique, carrée ou autre forme de boîtier.
2. Comment les boules recirculent-elles ?Tube/tuyau de retour, déflecteur, pièce de retour, embout ou autre système de circulation.
3. Comment le jeu axial est-il contrôlé ?Type à jeu, précharge à bille surdimensionnée, précharge décalée, précharge à double écrou ou autre disposition spécifique au fabricant.

Important:un écrou peut être un écrou à bride, utiliser une circulation interne et également être préchargé en même temps. Ces labels ne s’excluent pas mutuellement.

Comment fonctionne un écrou de vis à billes

À l’intérieur d’une vis à billes, les billes roulantes transportent une charge entre la rainure de l’arbre de vis et la rainure de l’écrou. Lorsque la vis ou l'écrou tourne, les billes se déplacent à travers le chemin de roulement chargé.

Étant donné que les billes ne peuvent pas simplement sortir de l'écrou après avoir atteint l'extrémité du chemin de roulement, l'écrou comprend un chemin de recirculation qui les redirige vers une rainure antérieure.

Le système de recirculation affecte :

• Diamètre extérieur de l'écrou
• Longueur de l'écrou
• Taille de plomb et de balle disponible
• Vitesse de rotation admissible
• Comportement sonore et vibratoire
• Complexité de fabrication
• Facilité d'entretien

Écrous à vis à billes à bride

UNécrou à bride pour vis à billespossède une bride de montage élargie qui se boulonne à la table mobile, au boîtier d'écrou ou à la structure de la machine.

La bride peut être :

• Rond
• Coupe à plat
• En forme de carré
• Usiné sur mesure

Le modèle exact des boulons varie selon la série et le fabricant.

Pourquoi les écrous à bride sont courants dans les modules linéaires

La bride fournit une interface mécanique directe entre l'écrou à bille et le chariot. Cela simplifie le transfert de force axiale et rend l'assemblage simple.

Les avantages typiques incluent :

• Montage simple
• Chemin de charge axial clair
• Remplacement pratique
• Intégration facile dans un bloc de chariot

La forme de la bride ne détermine pas la méthode de circulation

Un écrou à bride peut utiliser un tube de retour, un déflecteur interne, un embout ou un autre mécanisme de circulation. La bride est donc une caractéristique d'installation et non une classification de retour de bille.

Corps d'écrous cylindriques et compacts

Certains écrous à bille utilisent un corps cylindrique ou mince sans grande bride conventionnelle. Ils peuvent être serrés, filetés ou montés dans un boîtier dédié.

Ces configurations peuvent être utiles lorsque :

• L'espace radial est limité
• La machine utilise un boîtier d'écrou personnalisé
• Un module intégré compact est requis
• L'écrou doit s'insérer dans un profil étroit

La conception du montage doit toujours empêcher la rotation de l’écrou et transmettre la totalité de la charge axiale en toute sécurité.

Que signifie « circulation interne » ?

Dans l'usage général de l'ingénierie,écrous à billes à circulation internerenvoyer les billes grâce à des éléments de rappel compacts incorporés ou étroitement intégrés au corps de l'écrou.

Les exemples courants incluent les mécanismes de type déflecteur ou de type pièce de retour. Un déflecteur redirige une balle d'une rainure vers une rainure voisine afin qu'elle puisse réintégrer la trajectoire chargée.

Selon la terminologie du fabricant, certains systèmes d'embouts peuvent également utiliser des passages de retour intégrés dans le corps de l'écrou. Étant donné que les conventions de dénomination varient, la structure exacte du retour doit être confirmée à partir du dessin du produit.

Avantages de la circulation interne

Les conceptions à circulation interne peuvent fournir :

• Dimensions extérieures compactes
• Pas de gros tube de retour externe dépassant de l'écrou
• Bon emballage à l'intérieur de modules linéaires étroits
• Géométrie d'écrou équilibrée dans certaines conceptions à grande vitesse

THK, par exemple, utilise la circulation de déflecteurs dans les conceptions compactes de vis à billes, spécifiquement pour réduire les dimensions des écrous.

Limites potentielles

Les limitations exactes dépendent de la géométrie de retour, mais les concepteurs devront peut-être prendre en compte :

• Diamètre de boule disponible
• Gamme de plomb
• Nombre de circuits de circulation
• Complexité de fabrication
• Accessibilité des composants de retour internes

Écrous à bille de type déflecteur

Un déflecteur est un élément de rappel compact placé dans l'écrou. Il guide les billes à travers le filetage vers une rainure chargée adjacente.

Cette approche est attractive pour :

• Automatisation compacte
• Diamètre extérieur du petit écrou
• Modules linéaires intégrés
• Applications où les tubes de retour externes pourraient interférer avec l'emballage

La circulation du déflecteur signifie-t-elle automatiquement un fonctionnement plus silencieux ?

Non. Le bruit dépend de la vitesse de la balle, de la géométrie du chemin de retour, de la précharge, de la lubrification et de la qualité de fabrication. Certains systèmes de retour interne spécialement optimisés sont conçus pour un fonctionnement rapide et silencieux, mais la « circulation interne » à elle seule ne garantit pas un niveau sonore spécifique.

Que signifie « circulation externe » ?

Ecrous à billes à circulation externeutilisez généralement un tube de retour ou un tuyau de retour qui guide les billes à l'extérieur du chemin de roulement de l'écrou principal avant de les renvoyer dans la zone chargée.

Le tube de retour est généralement fixé à l'extérieur du corps de l'écrou, créant ainsi un chemin de recirculation clairement visible.

Avantages de la circulation par tube de retour externe

Les conceptions de tubes de retour sont largement utilisées car elles peuvent prendre en charge un large éventail de :

• Diamètres de vis
• Conduit
• Tailles de balle
• Capacités de charge
• Dispositions de préchargement

Ils sont courants dans les vis à billes industrielles, les machines-outils et les assemblages de vis plus grands.

Compromis d’emballage

La principale différence visible est que le tube de retour occupe un espace radial supplémentaire autour de l'écrou.

Cela peut être important lorsque la vis à billes doit s'insérer dans un profilé de module linéaire étroit en aluminium.

Circulation interne ou externe

Ne sélectionnez pas le type de tirage à partir d’un seul tableau de comparaison générique.La vitesse, la charge nominale et le bruit admissibles doivent être tirés de la série d'écrous réelle.

Circulation d'extrémité

Les écrous à billes d'extrémité utilisent des composants de retour aux extrémités de l'écrou ainsi que des passages de retour qui ramènent les billes à l'extrémité opposée du circuit chargé.

Cette architecture est souvent associée à des conduits plus grands ou à des conceptions nécessitant une circulation efficace sur un trajet de retour plus long.

Selon le fabricant et la série, les conceptions d'embouts peuvent être optimisées pour une vitesse et une charge élevées.

Pourquoi les conceptions d'embouts sont importantes dans les modules linéaires

Une vis à pas élevé peut fournir une plus grande course linéaire par tour, réduisant ainsi le régime de vis requis pour une vitesse linéaire cible. La circulation par embout est donc pertinente dans certains systèmes à grande vitesse.module à vis à billesdessins.

Pièce de retour et autres modèles de circulation

Les fabricants utilisent également des pièces de retour, des retours de type pont et des structures de circulation exclusives.

La leçon pratique est que « interne et externe » est une distinction de haut niveau utile, mais une comparaison technique sérieuse devrait identifier le mécanisme de circulation exact utilisé dans le numéro de pièce sélectionné.

Qu'est-ce qu'un écrou de vis à billes préchargé ?

UNécrou de vis à billes préchargéest conçu de telle sorte que les éléments roulants ou la disposition des écrous créent une charge axiale interne avant même que la charge de processus externe ne soit appliquée.

Le but est de réduire le jeu axial et d’augmenter la rigidité.

La précharge peut améliorer :

• Positionnement bidirectionnel
• Réponse d'inversion
• Rigidité axiale
• Résistance aux petites perturbations extérieures

La précharge n'est pas la même chose que le niveau de précision

Une vis de haute précision peut avoir un jeu si elle n'est pas préchargée, et une vis de précision inférieure peut avoir un jeu axial très faible si son écrou est préchargé.

Ces spécifications contrôlent différentes caractéristiques de performances :

• Degré de précision :précision d'avance/déplacement
• Préchargement/autorisation :jeu axial et rigidité

Les modules linéaires de précision doivent souvent prendre en compte les deux.

Méthodes de préchargement courantes

Les fabricants de vis à billes utilisent plusieurs dispositions de précharge.

Précharge du double écrou

Deux écrous sont séparés axialement ou chargés l'un contre l'autre, souvent avec une entretoise, pour supprimer le jeu.

Les avantages peuvent inclure :

• Rigidité axiale élevée
• Précharge réglable ou définie
• Fortes performances de positionnement bidirectionnel

Le compromis est une longueur et une masse d'écrou plus grandes.

Précharge à pas décalé ou à écrou unique

La relation de rainure interne est fabriquée de manière à ce que différentes parties d'un écrou génèrent une précharge axiale opposée.

Cela peut fournir une précharge dans un boîtier plus compact qu'une structure conventionnelle à double écrou.

Précharge de balle surdimensionnée

Des billes légèrement surdimensionnées peuvent être utilisées pour créer une interférence entre les chemins de roulement des vis et des écrous.

Cela peut réduire le jeu sans utiliser deux écrous séparés, bien que la précharge réalisable et la plage d'application dépendent de la conception spécifique.

Quelle est la meilleure précharge ?

Plus de précharge n’est pas automatiquement meilleure.

Une précharge plus élevée peut améliorer la rigidité mais également augmenter :

• Couple de fonctionnement
• Génération de chaleur
• Couple efficace du moteur
• Demande de lubrification
• Usure si la lubrification ou l'alignement est mauvais

La précharge doit correspondre à la rigidité et aux performances d'inversion requises.L’utilisation d’une précharge excessive peut réduire l’efficacité et la stabilité thermique.

Écrous à billes à dégagement

Tous les modules linéaires n'ont pas besoin d'un écrou préchargé.

Un écrou à jeu ou à faible précharge peut être approprié lorsque :

• L'application est principalement unidirectionnelle
• La précision absolue de l'inversion n'est pas critique
• Un faible couple de fonctionnement est important
• Le coût est plus important que la rigidité maximale
• L'axe est utilisé pour le transport général

Le jeu axial autorisé doit toujours être comparé aux exigences de positionnement de la machine.

Écrou simple vs écrou double

La longueur de l'écrou affecte la course disponible

Dans une longueur totale de module fixe, un écrou plus long ou un ensemble à double écrou peut réduire la course utile car plus d'espace interne est occupé par l'ensemble d'écrous mobiles et les jeux d'extrémité.

Cela est particulièrement important dans les machines compactes où le concepteur souhaite obtenir la course maximale possible à partir d'un corps de module court.

Le diamètre de l'écrou affecte la taille du profil du module

Un écrou avec une grande bride ou un tube de retour externe nécessite plus d'espace radial.

Cela peut influencer :

• Largeur du profil en aluminium
• Hauteur du chariot
• Géométrie du couvercle
• Accès à la lubrification
• Alignement du moteur et de l'accouplement

Les écrous compacts à circulation interne peuvent être utiles lorsque la section transversale du module constitue une contrainte de conception majeure.

La capacité de charge n'est pas déterminée uniquement par le style de l'écrou.

Un écrou de tube de retour n'est pas automatiquement « résistant » et un écrou à circulation interne n'est pas automatiquement « léger ».

La capacité de charge des vis à billes dépend de :

• Diamètre de vis
• Diamètre de la boule
• Nombre de circuits chargés
• Géométrie des contacts
• Longueur de l'écrou
• Matériau et traitement thermique

Comparez les charges nominales dynamiques et statiques réelles de la série sélectionnée.

Les circuits de circulation comptent

Un écrou à bille peut contenir un ou plusieurs circuits de circulation.

Des circuits plus chargés peuvent augmenter le nombre de billes partageant la charge axiale, mais l'effet sur la capacité dépend de la conception complète du contact.

Le nombre de circuits influence également :

• Longueur de l'écrou
• Capacité de charge
• Rigidité
• Disposition du retour de balle

Sélection à grande vitesse

Pour un module à vis à billes à grande vitesse, la qualité de la circulation devient particulièrement importante car les billes entrent et sortent de manière répétée du chemin de roulement chargé à haute fréquence.

Vérifier:

• Régime de vis admissible
• Limite dN ou DmN du fabricant si spécifiée
• Vitesse d'avance linéaire
• Température des noix
• Bruit
• Méthode de lubrification

Certains fabricants développent des systèmes de déflecteur ou de retour d'extrémité spécialisés spécifiquement pour une vitesse plus élevée et une circulation plus fluide.

Bruit et vibrations

Le bruit des vis à billes provient de plusieurs sources :

• Recirculation des billes
• Contact bille-rainure
• Composants de retour
• Préchargement
• Lubrification
• Vitesse de vis
• Roulements de support

L’architecture de circulation est importante, mais elle ne doit pas être utilisée comme seul indicateur du bruit.

Exigences de lubrification

Tous les types d'écrous de vis à billes nécessitent une lubrification appropriée entre les éléments roulants et les chemins de roulement.

La sélection de la lubrification doit prendre en compte :

• Vitesse
• Charger
• Préchargement
• Température
• Contamination
• Heures d'ouverture

Une précharge élevée et une vitesse élevée augmentent généralement l'importance de l'état du lubrifiant et du contrôle de la chaleur.

Joints et essuie-glaces

Les écrous à bille peuvent utiliser des joints ou des racleurs pour réduire la contamination pénétrant dans le chemin de roulement.

Une étanchéité supplémentaire peut améliorer la protection contre la contamination mais peut augmenter la résistance au fonctionnement.

Pour un module linéaire, considérez le système de protection complet :

• Joints d'écrou
• Couvercle du module
• Bande d'acier
• Soufflet
• Enceinte de machine

Montage et alignement des brides

Un écrou à bride doit être monté de manière à ce que son axe soit aligné avec précision avec la vis et le guide linéaire.

Un mauvais alignement peut provoquer :

• Couple de fonctionnement plus élevé
• Chargement inégal de la balle
• Chaleur
• Bruit
• Usure prématurée

La bride de l'écrou ne doit pas être forcée en position en serrant les boulons contre un chariot mal aligné.

La charge latérale externe doit être supportée par le guide linéaire

L'écrou de vis à billes est principalement conçu pour supporter une charge axiale.

Les forces latérales et les moments de renversement de l'outil, du montage ou de la pièce doivent être supportés par le système de guidage linéaire du module.

Règle de conception des modules :utilisez la vis à billes pour l'entraînement axial et le guide linéaire pour le contrôle de la charge transversale et du moment.

Type d'écrou pour modules linéaires compacts

Lorsque la taille du profil est étroitement limitée, les ingénieurs donnent souvent la priorité :

• Diamètre extérieur du petit écrou
• Longueur d'écrou courte
• Circulation intégrée
• Précharge à un écrou
• Connexion simple du chariot

Les écrous de type déflecteur interne peuvent être intéressants dans cette catégorie, en fonction du plomb et de la charge requis.

Type d'écrou pour un positionnement à haute rigidité

Pour un axe de précision où la rigidité d'inversion est critique, la sélection peut privilégier :

• Écrou préchargé
• Conception à plus grande rigidité
• Roulements de support de précision
• Structure de montage stable

Les conceptions de précharge à double écrou ou de précharge décalée compacte peuvent toutes deux être viables en fonction de l'espace disponible.

Type d'écrou pour l'automatisation générale

L'automatisation générale peut ne pas nécessiter la précharge la plus élevée ou le système de circulation le plus complexe.

Une solution pratique doit équilibrer :

• Précision de positionnement requise
• Répétabilité
• Coût
• Accident vasculaire cérébral
• Entretien
• Espace d'installation disponible

Type d'écrou pour applications à forte poussée

Une poussée élevée nécessite plus qu’un « écrou solide ».

Vérifier:

• Capacité de charge dynamique
• Charge statique
• Nombre de circuits
• Diamètre et pas de vis
• Capacité portante
• Flambage à vis
• Durée de vie requise

La méthode de circulation des écrous à elle seule ne définit pas la poussée maximale.

Comment la précharge affecte le dimensionnement du moteur

La précharge ajoute un couple de friction interne même lorsque le chariot n'a aucune charge de processus externe.

Le dimensionnement du moteur doit donc inclure :

• Couple de charge linéaire
• Couple d'accélération de rotation de la vis
• Couple de précharge des écrous
• Résistance de guidage et de joint

Ceci est particulièrement important pour les petits moteurs et les axes de haute précision.

Comment la sélection des noix affecte le comportement thermique

La circulation des billes et la précharge génèrent de la chaleur.

Des températures plus élevées peuvent provoquer une dilatation thermique des vis et une dérive de positionnement.

Les systèmes de haute précision peuvent donc utiliser :

• Précharge optimisée
• Lubrification contrôlée
• Refroidissement des écrous ou des vis
• Programmes d'échauffement
• Compensation de température

Erreurs courantes dans la sélection des noix

Traiter la bride, la circulation interne et la précharge comme des catégories concurrentes

Ils décrivent différentes caractéristiques de conception et peuvent exister ensemble dans un seul écrou.

En supposant que la circulation interne soit toujours plus précise

La précision du positionnement est contrôlée par la précision du pas de vis, la précharge, les roulements de support et l'assemblage, et non par le seul type de circulation.

En supposant que la circulation externe porte toujours plus de charge

La charge nominale dépend de la géométrie des vis et des écrous, des circuits et de la conception des contacts à bille.

Choisir une précharge maximale pour chaque axe de précision

Une précharge excessive augmente le couple et la chaleur.

Ignorer l'enveloppe de la noix

Un tube de retour ou une grande bride peut interférer avec le profil ou le couvercle du module.

Ignorer le support et la rigidité du guide

Un écrou à haute rigidité ne peut pas compenser la flexibilité des roulements, des guides ou de la structure de la machine.

Un flux de travail pratique de sélection d'écrous de vis à billes

1. Définir la charge axiale et la durée de vie requises.
2. Définir le diamètre de la vis et la plage de pas.
3. Définir la précision et la répétabilité du positionnement.
4. Déterminez le jeu axial admissible et la rigidité requise.
5. Sélectionnez le niveau de précharge si nécessaire.
6. Vérifiez le diamètre et la longueur des écrous disponibles.
7. Sélectionnez un système de circulation compatible avec la vitesse, le plomb et le conditionnement.
8. Sélectionnez une bride ou une autre géométrie de montage.
9. Vérifiez les charges nominales dynamiques et statiques.
10. Vérifiez les limites de vitesse et de circulation autorisées.
11. Vérifiez le couple de précharge et la capacité du moteur.
12. Confirmez la lubrification et l’étanchéité.
13. Validez l’alignement avec le guide linéaire et les roulements de support.

Ce dont QRXQ a besoin pour sélectionner un écrou de vis à billes

• Diamètre de la vis à billes
• Plomb
• Accident vasculaire cérébral
• Charge axiale
• Vitesse requise
• Accélération
• Précision du positionnement
• Répétabilité
• Jeu admissible ou jeu axial
• Enveloppe de noix disponible
• Durée de vie requise
• Environnement de travail

Le meilleur écrou pour vis à billes est sélectionné parmi plusieurs dimensions à la fois.La forme de montage, la circulation des billes et la précharge résolvent différents problèmes d'ingénierie et ne doivent pas être regroupés dans un simple classement de « types d'écrous ».

QRXQ évalue la sélection des écrous de vis à billes en fonction de la charge, de la vitesse, de la précision, de la rigidité et de l'emballage du module, puis adapte la géométrie de la bride, l'architecture de circulation et la précharge aux exigences complètes de l'axe linéaire.