Śruby kulowe, jako kluczowe komponenty precyzyjnych systemów transmisyjnych, bezpośrednio wpływają na dokładność systemów mechanicznych poprzez ich stabilność operacyjną. Niniejszy artykuł omawia trzy główne kategorie typowych problemów – nadmierny luz, nieregularny ruch i awaria komponentów – dostarczając technicznych informacji na temat ich przyczyn i rozwiązań.
I. Problemy z nadmiernym luzem
1. Niewystarczające obciążenie wstępne
Przyczyna: Brak obciążenia wstępnego lub niewłaściwe obciążenie wstępne prowadzi do poślizgu nakrętki z powodu własnego ciężaru w instalacjach pionowych, co skutkuje znacznym luzem w warunkach bez obciążenia.
Analiza: Śruby kulowe bez obciążenia wstępnego mogą wykazywać luz przekraczający 0,05 mm, co pogarsza dokładność pozycjonowania i ogranicza zastosowanie do zastosowań o niskim obciążeniu i niskiej precyzji.
▶ Koncentracja naprężeń termicznych (różnica temperatur >50°C powodująca naprężenia >800 MPa z powodu niedopasowania współczynnika rozszerzalności).
▶ Zastosuj obciążenie wstępne równoważne 1–3% znamionowego obciążenia dynamicznego, używając podkładek dwunakrętkowych lub obciążenia wstępnego sprężyną;
▶ Wybierz konstrukcje jednonakrętkowe z wbudowanym obciążeniem wstępnym (klasa precyzji C5 lub wyższa) dla scenariuszy o wysokiej dokładności.
2. Nadmierne ugięcie skrętne
Przyczyna: Niewłaściwa obróbka cieplna (niewystarczająca twardość, nierównomierny rozkład twardości lub miękki materiał) lub nadmiernie wysoki stosunek długości do średnicy (L/D > 70) zmniejszający sztywność.
Analiza: Stosunek L/D przekraczający 70 może powodować ugięcie śruby z powodu własnego ciężaru, prowadząc do niewspółosiowości nakrętki i zwiększonego luzu; substandardowa twardość materiału przyspiesza zużycie.
▶ Koncentracja naprężeń termicznych (różnica temperatur >50°C powodująca naprężenia >800 MPa z powodu niedopasowania współczynnika rozszerzalności).
▶ Utrzymuj L/D ≤ 60 i używaj podpór mocowanych na obu końcach (zamiast podpór jednostronnych) dla dużych obciążeń;
▶ Wybierz stal stopową o wysokiej wytrzymałości (np. SUJ2) i upewnij się, że obróbka cieplna spełnia branżowe standardy twardości (kulka: HRC 62–66, nakrętka: HRC 58–62, śruba: HRC 56–62).
3. Niewłaściwy dobór i montaż łożysk
Przyczyna: Użycie łożysk kulkowych zwykłych zamiast łożysk skośnych lub niewspółosiowość podczas montażu łożysk (błąd prostopadłości > 0,02 mm/m).
Analiza: Łożyska kulkowe zwykłe nie wytrzymują obciążeń osiowych, powodując luz osiowy; pochylenie łożyska prowadzi do okresowych zmian luzu.
▶ Koncentracja naprężeń termicznych (różnica temperatur >50°C powodująca naprężenia >800 MPa z powodu niedopasowania współczynnika rozszerzalności).
▶ Daj pierwszeństwo łożyskom skośnym o kącie styku 60° (np. seria 7000), montowanym plecami do siebie;
▶ Zapewnij prostopadłość gniazda łożyska do kołnierza śruby w tolerancji 0,01 mm podczas obróbki, używając podwójnych nakrętek kontrujących w celu zapobiegania poluzowaniu.
4. Niewystarczająca sztywność podpory
Przyczyna: Cienkościenne lub niskowytrzymałe materiały (np. żeliwo zamiast stali) dla nakrętek lub gniazd łożyskowych.
Analiza: Odkształcenie sprężyste pod obciążeniem przesuwa oś śruby, skutecznie zwiększając luz.
▶ Koncentracja naprężeń termicznych (różnica temperatur >50°C powodująca naprężenia >800 MPa z powodu niedopasowania współczynnika rozszerzalności).
▶ Zwiększ grubość ścianki podpory (zalecane ≥ 15 mm) lub wzmocnij konstrukcjami żebrowymi;
▶ Użyj stali 45# z hartowaniem i odpuszczaniem (twardość HB220–250) dla krytycznych komponentów.
II. Problemy z nieregularnym ruchem
1. Wady precyzji obróbki
(1) Nadmierna chropowatość powierzchni
Przyczyna: Niewystarczająca precyzja szlifowania dla bieżni śruby/nakrętki (Ra > 0,4 μm) lub błąd okrągłości kulki > 0,001 mm.
Rozwiązania: Zastosuj procesy super-wykańczania, aby kontrolować chropowatość bieżni na poziomie Ra ≤ 0,2 μm; przesiewaj kulki pod kątem błędu okrągłości ≤ 0,0005 mm.
(2) Odchylenie skoku/podziałki
Przyczyna: Niewystarczająca precyzja narzędzi do obróbki gwintów (np. skumulowany błąd podziałki > ±0,015 mm/300 mm).
Rozwiązania: Używaj precyzyjnych szlifierek (dokładność pozycjonowania ±0,005 mm) i w pełni sprawdzaj gotowe śruby za pomocą laserowych przyrządów do pomiaru skoku.
(3) Awaria systemu recyrkulacji
Przyczyna: Niewspółosiowość rurek recyrkulacyjnych (>0,5 mm przesunięcia) lub zadziory wewnątrz rurek powodujące zacięcia kulek.
Rozwiązania: Używaj uchwytów pozycjonujących do wyrównywania rurek recyrkulacyjnych z bieżniami; przeprowadzaj testy pracy bez obciążenia przy prędkościach ≥ 500 mm/s po montażu.
2. Przedostawanie się ciał obcych i awaria smarowania
(1) Zanieczyszczenie bieżni
Przyczyna: Brak ochrony przed pyłem (np. skrobaki), pozwalający na przedostawanie się wiórów obróbczych (>50 μm) lub pyłu do bieżni.
Rozwiązania: Zainstaluj uszczelnienia dwuwargowe (ochrona IP54); czyść bieżnie naftą i uzupełniaj smar litowy (NLGI Grade 2) co 200 godzin pracy.
(2) Niewystarczające smarowanie
Przyczyna: Przekroczenie interwałów smarowania (>200 godzin) lub użycie niewłaściwego smaru (np. na bazie wapnia zamiast na bazie litu).
Rozwiązania: Zintegruj automatyczne systemy smarowania (interwał smarowania ≤ 8 godzin) dla zautomatyzowanego sprzętu; używaj smaru z dwusiarczkiem molibdenu do środowisk o wysokiej temperaturze.
3. Niewspółosiowość instalacji
Przyczyna: Błąd równoległości między gniazdem nakrętki a szyną prowadzącą > 0,1 mm/m lub błąd współosiowości między otworem gniazda łożyska a osią śruby > 0,03 mm.
Analiza: Obciążenie mimośrodowe zwiększa tarcie bieżni o ponad 30% z powodu jednostronnego naprężenia na kulkach.
Rozwiązania: Kalibruj za pomocą czujnika zegarowego podczas instalacji (równoległość ≤ 0,05 mm/m, współosiowość ≤ 0,02 mm); w razie potrzeby użyj podkładek do wyrównania.
III. Problemy z awarią komponentów
1. Pęknięcie kulki
Przyczyna:
▶ Wady materiałowe (np. wtrącenia) lub obróbka cieplna poniżej normy (twardość ≤ 58 HRC);
▶ Koncentracja naprężeń termicznych (różnica temperatur >50°C powodująca naprężenia >800 MPa z powodu niedopasowania współczynnika rozszerzalności).
Rozwiązania:
▶ Wybierz kulki ze stali łożyskowej SUJ2 i odrzuć wadliwe za pomocą kontroli magnetyczno-cząsteczkowej;
Twoja wiadomość musi mieć od 20 do 3000 znaków!
