Типы шариковых винтовых гаек: фланцевые, внутренней и внешней циркуляции

Гайки с шарико-винтовой передачей часто описываются такими терминами, как фланцевая гайка, внутренняя циркуляция, внешняя циркуляция и гайка с предварительным натягом. Эти термины звучат как конкурирующие «типы гаек», но на самом деле они описывают разные аспекты дизайна.

Афланцевая гайкаописывает, как корпус гайки крепится к каретке или корпусу.Внутреннее и внешнее кровообращениеопишите, как шарики возвращаются из конца нагруженной дорожки качения в начало следующего пути циркуляции.Предварительная загрузкаописывает, как контролируются осевой зазор и жесткость.

Понимание этих различий важно при сравнениитипы гаек шарикового винтадлялинейный модуль. В этом руководстве объясняются основные конструкции гаек, их технические компромиссы и способы выбора гайки с учетом пространства, скорости, нагрузки, жесткости, люфта и требований к техническому обслуживанию.

Три разных вопроса определяют гайку шарико-винтовой передачи

Полезный способ классифицировать шариковую гайку — это ответить на три отдельных вопроса:

1. Как крепится гайка?Фланцевая, цилиндрическая, квадратная или другая форма корпуса.
2. Как шарики циркулируют?Возвратная трубка/труба, дефлектор, возвратный элемент, заглушка или другая система циркуляции.
3. Как контролируется осевой зазор?Тип зазора, предварительная нагрузка шарика увеличенного размера, предварительная нагрузка смещения, предварительная нагрузка двойной гайки или другая конфигурация, определяемая производителем.

Важный:Гайка может быть фланцевой, использовать внутреннюю циркуляцию и одновременно иметь предварительную нагрузку. Эти ярлыки не являются взаимоисключающими.

Как работает шарико-винтовая гайка

Внутри шарико-винтовой передачи катящиеся шарики несут нагрузку между канавкой вала винта и канавкой гайки. Когда винт или гайка вращаются, шарики перемещаются по нагруженной дорожке качения.

Поскольку шарики не могут просто выйти из гайки после достижения конца дорожки качения, гайка имеет путь рециркуляции, который перенаправляет их обратно в более раннюю канавку.

Система рециркуляции влияет на:

• Внешний диаметр гайки
• Длина гайки
• Доступные размеры свинца и шарика
• Допустимая частота вращения
• Шум и вибрация
• Сложность изготовления
• Удобство обслуживания

Фланцевые шарико-винтовые гайки

Агайка фланца шарикового винтаимеет увеличенный монтажный фланец, который крепится болтами к подвижному столу, корпусу гайки или конструкции машины.

Фланец может быть:

• Круглый
• Разрезанный
• Квадратный
• Изготовлено на заказ

Точная схема расположения болтов зависит от серии и производителя.

Почему фланцевые гайки часто используются в линейных модулях

Фланец обеспечивает прямое механическое соединение между шариковой гайкой и кареткой. Это упрощает передачу осевого усилия и упрощает сборку.

Типичные преимущества включают в себя:

• Простой монтаж
• Свободный путь осевой нагрузки
• Удобная замена
• Простая интеграция в блок каретки

Форма фланца не определяет способ циркуляции

Фланцевая гайка может использовать возвратную трубку, внутренний дефлектор, торцевую крышку или другой циркуляционный механизм. Таким образом, фланец является элементом установки, а не классификацией возвратного шарика.

Цилиндрические и компактные корпуса гаек

Некоторые шариковые гайки имеют цилиндрический или тонкий корпус без большого обычного фланца. Они могут быть закреплены зажимами, резьбой или установлены внутри специального корпуса.

Эти конфигурации могут быть полезны в следующих случаях:

• Радиальное пространство ограничено
• В машине используется специальный корпус гайки.
• Требуется компактный интегрированный модуль
• Гайка должна входить в узкий профиль.

Конструкция крепления должна по-прежнему предотвращать вращение гайки и безопасно передавать полную осевую нагрузку.

Что означает «внутренняя циркуляция»?

В общем инженерном использованиишариковые гайки с внутренней циркуляциейвозвращайте шарики через компактные возвратные элементы, встроенные в корпус гайки или тесно интегрированные с ним.

Типичные примеры включают механизмы дефлекторного типа или возвратного механизма. Дефлектор перенаправляет шарик из одной канавки в соседнюю канавку, чтобы он мог снова войти на путь нагрузки.

В зависимости от терминологии производителя в некоторых системах торцевых крышек также могут использоваться возвратные каналы, встроенные в тело гайки. Поскольку правила наименования различаются, точную структуру возврата следует подтвердить на чертеже изделия.

Преимущества внутренней циркуляции

Конструкции внутренней циркуляции могут обеспечить:

• Компактные внешние размеры
• Отсутствие большой внешней возвратной трубки, выступающей из гайки.
• Хорошая упаковка внутри узких линейных модулей
• Сбалансированная геометрия гайки в некоторых высокоскоростных конструкциях.

Например, компания THK использует циркуляцию дефлектора в компактных конструкциях ШВП специально для уменьшения размеров гайки.

Потенциальные ограничения

Точные ограничения зависят от геометрии возврата, но проектировщикам, возможно, придется учитывать:

• Доступный диаметр шара
• Диапазон свинца
• Количество контуров циркуляции
• Сложность изготовления
• Доступность внутренних возвратных компонентов

Шариковые гайки дефлекторного типа

Дефлектор представляет собой компактный возвратный элемент, помещенный в гайку. Он направляет шарики через резьбу винта в соседнюю нагруженную канавку.

Этот подход привлекателен для:

• Компактная автоматизация
• Малый внешний диаметр гайки
• Интегрированные линейные модули
• Области применения, в которых внешние возвратные трубки могут мешать упаковке

Означает ли циркуляция дефлектора автоматически более тихую работу?

Нет. Шум зависит от скорости шарика, геометрии возвратного пути, предварительного натяга, смазки и качества изготовления. Некоторые специально оптимизированные системы с внутренним возвратом предназначены для высокоскоростной и малошумной работы, но сама по себе «внутренняя циркуляция» не гарантирует определенного уровня шума.

Что означает «внешняя циркуляция»?

Шариковые гайки с внешней циркуляциейобычно используют возвратную трубку или возвратную трубу, которая направляет шарики за пределы дорожки качения основной гайки перед их возвратом в зону нагрузки.

Возвратная трубка обычно крепится к внешней стороне корпуса гайки, создавая четко видимый путь рециркуляции.

Преимущества внешней обратной циркуляции

Конструкции возвратной трубки широко используются, поскольку они могут поддерживать широкий спектр:

• Диаметры винтов
• лиды
• Размеры мячей
• Грузоподъемность
• Предварительная загрузка

Они распространены в промышленных шарико-винтовых передачах, станках и более крупных винтовых узлах.

Компромисс в упаковке

Основное видимое отличие состоит в том, что возвратная трубка занимает дополнительное радиальное пространство вокруг гайки.

Это может иметь значение, когда шариковый винт должен помещаться внутри узкого алюминиевого профиля линейного модуля.

Внутренняя и внешняя циркуляция

Не выбирайте тип циркуляции только из одной общей сравнительной таблицы.Допустимая скорость, номинальная нагрузка и шум должны быть взяты из фактической серии гаек.

Концевая циркуляция

В шариковых гайках с торцевой крышкой используются возвратные компоненты на концах гайки вместе с возвратными каналами, которые возвращают шарики обратно к противоположному концу нагруженного контура.

Эта архитектура часто связана с более крупными выводами или конструкциями, требующими эффективной циркуляции по более длинному обратному пути.

В зависимости от производителя и серии конструкция торцевых крышек может быть оптимизирована для работы на высоких скоростях и при высоких нагрузках.

Почему конструкция торцевых крышек важна для линейных модулей

Винт с большим ходом может обеспечить больший линейный ход за оборот, снижая требуемую скорость вращения винта для достижения целевой линейной скорости. Таким образом, циркуляция с торцевой крышкой актуальна в некоторых высокоскоростных системах.модуль шарикового винтаконструкции.

Возвратная часть и другие варианты оформления тиража

Производители также используют возвратные детали, возвраты мостового типа и фирменные конструкции циркуляции.

Практический урок заключается в том, что «внутренний и внешний» — полезное различие высокого уровня, но серьезное инженерное сравнение должно определить точный механизм циркуляции, используемый в выбранном номере детали.

Что такое шарико-винтовая гайка с предварительным натягом?

Агайка шарикового винта с предварительным натягомсконструирован таким образом, что элементы качения или гайки создают внутреннюю осевую нагрузку еще до того, как будет приложена внешняя технологическая нагрузка.

Целью является уменьшение осевого зазора и повышение жесткости.

Предварительная загрузка может улучшить:

• Двунаправленное позиционирование
• Реверсивный ответ
• Осевая жесткость
• Устойчивость к небольшим внешним воздействиям

Предварительная нагрузка — это не то же самое, что класс точности

Винт с высокой точностью может иметь зазор, если он не имеет предварительного натяга, а винт с более низкой точностью шага может иметь очень низкий осевой люфт, если его гайка предварительно нагружена.

Эти спецификации контролируют различные рабочие характеристики:

• Класс точности:точность упреждения/перемещения
• Предварительная нагрузка/зазор:осевой люфт и жесткость

Прецизионные линейные модули часто требуют учета обоих факторов.

Распространенные методы предварительной загрузки

Производители ШВП используют несколько схем предварительного натяга.

Предварительная нагрузка двойной гайки

Две гайки разделены по оси или прижаты друг к другу, часто с помощью проставки, чтобы устранить зазор.

Преимущества могут включать в себя:

• Высокая осевая жесткость
• Регулируемая или заданная предварительная нагрузка
• Высокая производительность двунаправленного позиционирования

Компромисс — большая длина и масса гайки.

Предварительная нагрузка со смещенным выводом или с одной гайкой

Взаимосвязь внутренних канавок изготовлена ​​таким образом, что разные части одной гайки создают противоположную осевую предварительную нагрузку.

Это может обеспечить предварительную нагрузку в более компактном корпусе, чем обычная конструкция с двумя гайками.

Увеличенный предварительный натяг шарика

Шарики немного большего размера можно использовать для создания помех между дорожками качения винта и гайки.

Это позволяет уменьшить зазор без использования двух отдельных гаек, хотя достижимый предварительный натяг и диапазон применения зависят от конкретной конструкции.

Насколько предварительная загрузка лучше?

Больше преднагрузки не означает автоматически лучше.

Более высокий предварительный натяг может улучшить жесткость, но также увеличить:

• Рабочий крутящий момент
• Выработка тепла
• Среднеквадратичный крутящий момент двигателя
• Требование смазки
• Износ при плохой смазке или выравнивании.

Предварительная нагрузка должна соответствовать требуемой жесткости и характеристикам реверса.Использование чрезмерной предварительной нагрузки может снизить эффективность и термическую стабильность.

Шариковые гайки с зазором

Не каждому линейному модулю нужна гайка с предварительным натягом.

Гайка с зазором или низким преднатягом может подойти в следующих случаях:

• Приложение в основном однонаправленное.
• Абсолютная точность реверса не имеет решающего значения.
• Низкий рабочий крутящий момент важен
• Стоимость важнее максимальной жесткости
• Ось используется для общего транспорта.

Допустимый осевой зазор все равно следует сравнивать с требованиями к позиционированию машины.

Одинарная гайка против двойной гайки

Длина гайки влияет на доступный ход

При фиксированной общей длине модуля использование более длинной гайки или двойной гайки в сборе может уменьшить полезный ход, поскольку больше внутреннего пространства занимает пакет подвижных гаек и торцевые зазоры.

Это особенно важно для компактных машин, где конструктор хочет получить максимально возможный ход от короткого модульного корпуса.

Диаметр гайки влияет на размер профиля модуля

Гайка с большим фланцем или внешней возвратной трубкой требует большего радиального пространства.

Это может повлиять на:

• Ширина алюминиевого профиля
• Высота каретки
• Геометрия крышки
• Доступ к смазке
• Центровка двигателя и муфты

Компактные гайки внутренней циркуляции могут оказаться полезными, когда поперечное сечение модуля является основным ограничением конструкции.

Грузоподъемность не определяется только стилем гайки

Гайка возвратной трубки не автоматически считается «тяжелым режимом», а гайка внутренней циркуляции не является автоматически «легким режимом».

Грузоподъемность ШВП зависит от:

• Диаметр винта
• Диаметр шара
• Количество нагруженных цепей
• Контактная геометрия
• Длина гайки
• Материал и термическая обработка

Сравните фактические динамические и статические нагрузки выбранной серии.

Цепи кровообращения имеют значение

Шариковая гайка может содержать один или несколько контуров циркуляции.

Более нагруженные цепи могут увеличить количество шариков, разделяющих осевую нагрузку, но влияние на емкость зависит от конструкции контакта в целом.

Количество цепей также влияет:

• Длина гайки
• Номинальная нагрузка
• Жесткость
• Схема возврата мяча

Высокоскоростной отбор

Для высокоскоростного модуля ШВП качество циркуляции становится особенно важным, поскольку шарики постоянно входят и выходят из нагруженной дорожки качения с высокой частотой.

Проверять:

• Допустимая частота вращения винта
• Предел производителя dN или DmN, если указано
• Линейная скорость подачи
• Температура ореха
• Шум
• Метод смазки

Некоторые производители разрабатывают специализированные системы дефлектора или концевого возврата специально для более высокой скорости и более плавной циркуляции.

Шум и вибрация

Шум шарико-винтовой передачи исходит из нескольких источников:

• Рециркуляция шаров
• Контакт шарика с канавкой
• Возврат компонентов
• Предварительная загрузка
• Смазка
• Скорость винта
• Опорные подшипники

Архитектура циркуляции имеет значение, но ее не следует использовать в качестве единственного средства прогнозирования шума.

Требования к смазке

Для всех типов гаек шариковых винтов требуется соответствующая смазка между телами качения и дорожками качения.

При выборе смазки следует учитывать:

• Скорость
• Нагрузка
• Предварительная загрузка
• Температура
• Загрязнение
• Часы работы

Высокая предварительная нагрузка и высокая скорость обычно повышают важность состояния смазки и контроля нагрева.

Уплотнения и дворники

В шариковых гайках могут использоваться уплотнения или грязесъемники, чтобы уменьшить попадание загрязнений в дорожку качения.

Дополнительное уплотнение может улучшить защиту от загрязнения, но может увеличить сопротивление при движении.

Для линейного модуля рассмотрим полную систему защиты:

• Гаечные уплотнения
• Крышка модуля
• Стальная полоса
• Сильфоны
• Корпус машины

Фланцевый монтаж и выравнивание

Фланцевая гайка должна быть установлена ​​так, чтобы ее ось точно совпадала с винтом и линейной направляющей.

Плохое выравнивание может привести к:

• Более высокий рабочий крутящий момент
• Неравномерная загрузка мячей
• Нагревать
• Шум
• Преждевременный износ

Фланец гайки не следует принудительно устанавливать на место путем затягивания болтов на смещенной каретке.

Внешняя боковая нагрузка должна восприниматься линейной направляющей

Гайка шарико-винтовой передачи в первую очередь предназначена для восприятия осевой нагрузки.

Боковые силы и опрокидывающие моменты от инструмента, приспособления или заготовки должны восприниматься системой линейных направляющих модуля.

Правило проектирования модуля:используйте шариковый винт для осевого привода и линейную направляющую для контроля поперечной нагрузки и момента.

Тип гайки для компактных линейных модулей

Когда размер профиля жестко ограничен, инженеры часто отдают приоритет:

• Малый внешний диаметр гайки
• Короткая длина гайки
• Интегрированная циркуляция
• Предварительная нагрузка одинарной гайки
• Простое соединение каретки

Гайки с внутренним дефлектором могут быть привлекательными в этой категории, в зависимости от требуемого шага и нагрузки.

Тип гайки для позиционирования высокой жесткости

Для прецизионных осей, где обратная жесткость имеет решающее значение, выбор может быть сделан в пользу:

• Предварительно загруженная гайка
• Конструкция повышенной жесткости
• Прецизионные опорные подшипники
• Стабильная монтажная конструкция

В зависимости от доступного пространства могут оказаться целесообразными конструкции с предварительным натягом с двойной гайкой или компактные конструкции с предварительным натягом со смещением.

Тип гайки для общей автоматизации

Для общей автоматизации может не потребоваться самая высокая предварительная нагрузка или самая сложная система циркуляции.

Практическое решение должно сбалансировать:

• Требуемая точность позиционирования
• Повторяемость
• Расходы
• Гладить
• Обслуживание
• Доступное место для установки

Тип гайки для применений с высоким усилием

Высокая тяга требует большего, чем просто «крепкая гайка».

Проверять:

• Динамическая нагрузка
• Статическая нагрузка
• Количество цепей
• Диаметр и ход винта
• Опорно-несущая способность
• Винтовое выпучивание
• Требуемая жизнь

Сам по себе метод циркуляции гайки не определяет максимальную тягу.

Как предварительная нагрузка влияет на размер двигателя

Предварительная нагрузка добавляет момент внутреннего трения, даже если каретка не имеет внешней технологической нагрузки.

Поэтому расчет двигателя должен включать:

• Линейный момент нагрузки
• Момент ускорения вращения винта
• Момент предварительной нагрузки гайки
• Сопротивление направляющим и уплотнениям

Это особенно важно для небольших двигателей и высокоточных осей.

Как выбор гаек влияет на термическое поведение

Циркуляция шарика и предварительная нагрузка выделяют тепло.

Более высокие температуры могут вызвать тепловое расширение винта и дрейф позиционирования.

Таким образом, высокоточные системы могут использовать:

• Оптимизированная предварительная загрузка
• Контролируемая смазка
• Охлаждение гайки или винта
• Процедура разминки
• Температурная компенсация

Распространенные ошибки при выборе гаек

Рассмотрение фланца, внутренней циркуляции и преднатяга как конкурирующих категорий.

Они описывают разные конструктивные особенности и могут существовать вместе в одной гайке.

Предполагая, что внутренняя циркуляция всегда более точна

Точность позиционирования контролируется точностью хода винта, предварительным натягом, опорными подшипниками и сборкой, а не только типом циркуляции.

Предполагая, что внешняя циркуляция всегда несет большую нагрузку

Номинальная нагрузка зависит от геометрии винта и гайки, схемы и конструкции шарикового контакта.

Выбор максимальной предварительной нагрузки для каждой точной оси

Чрезмерная предварительная нагрузка увеличивает крутящий момент и нагрев.

Игнорирование орехового конверта

Возвратная трубка или большой фланец могут мешать профилю или крышке модуля.

Игнорирование жесткости опоры и направляющей

Гайка высокой жесткости не может компенсировать гибкие подшипники, направляющие или конструкцию машины.

Практичный рабочий процесс выбора гайки шарико-винтовой передачи

1. Определите требуемую осевую нагрузку и срок службы.
2. Определите диаметр винта и диапазон шага.
3. Определите точность и повторяемость позиционирования.
4. Определите допустимый осевой зазор и требуемую жесткость.
5. При необходимости выберите уровень предварительной нагрузки.
6. Проверьте доступный диаметр и длину гайки.
7. Выберите систему циркуляции, совместимую со скоростью, свинцом и упаковкой.
8. Выберите фланец или другую монтажную геометрию.
9. Проверьте номинальную динамическую и статическую нагрузку.
10. Проверьте допустимые пределы скорости и циркуляции.
11. Проверьте момент предварительной нагрузки и мощность двигателя.
12. Проверьте смазку и герметичность.
13. Проверьте соосность линейной направляющей и опорных подшипников.

Что нужно QRXQ для выбора шарико-винтовой гайки

• Диаметр шарико-винтовой передачи
• Вести
• Гладить
• Осевая нагрузка
• Требуемая скорость
• Ускорение
• Точность позиционирования
• Повторяемость
• Допустимый люфт или осевой зазор
• В наличии ореховый конверт
• Требуемый срок службы
• Рабочая среда

Лучшая гайка ШВП выбирается сразу из нескольких размеров.Форма крепления, циркуляция шарика и предварительная нагрузка решают различные инженерные проблемы и не должны сводиться к одному простому классу «тип гайки».

QRXQ оценивает выбор гайки шарико-винтовой передачи с учетом нагрузки, скорости, точности, жесткости и упаковки модуля, а затем подбирает геометрию фланца, архитектуру циркуляции и предварительную нагрузку в соответствии с полными требованиями линейной оси.