Témata
Reklama

Kuličkové šrouby a matice ve stavbě CNC obráběcích strojů, část 3.

V současné době se jako jedna z několika možných alternativ využívá ve stavbě obráběcích center pro realizaci přímočarých posuvů elektromechanická posuvová soustava tvořená servomotorem s kuličkovým šroubem a maticí.

Díly
Prof. Jiří Marek

Je profesorem na Ústavu výrobních strojů, systémů a robotiky FSI VUT v Brně. Zastával manažerské pozice ve výrobních společnostech Toshulin, KŠ Kuřim a TOS Kuřim. V praktické a pedagogické činnosti je zaměřen především na konstrukci obráběcích strojů a obráběcích center pro rotační i nerotační obrobky, teorii konstrukčního procesu a životního cyklu produktu a v neposlední řadě na systémovou metodologii. Jeho dlouholetou snahou je spojovat teorii s praxí do vzájemně se respektujícího celku. Je členem řady odborných organizací, členem redakční rady MM Průmyslového spektra a spoluzakladatelem MM Science Journal. Je autorem celé řady monografií, mj. i legendární knižní edice Konstrukce CNC obráběcích strojů (MM publishing).

Princip kuličkového šroubu a matice je znám více než sto let. V tomto seriálu vás krok za krokem provedeme zajímavým světem tohoto typu pohybových (polohovacích) šroubů. Ve třetím pokračovaní se budeme zabývat způsoby předepínání matic, tuhostí a měřenými geometrickými charakteristikami.

Reklama
Reklama

Způsoby předepnutí matic

Pro dosažení vysoké tuhosti a zajištění vymezení axiálních vůlí se mezi hřídel kuličkového šroubu a matici zavádí tzv. předepnutí. Při předepnutí je nejprve vymezena vůle mezi závitem matice i šroubu a kuličkou. Poté je záměrně zavedena pružná deformace mezi těmito elementy, jejíž velikost určuje tzv. předepnutí.


Výrobci užívají několik způsobů vymezení vůlí a předepnutí kuličkových šroubů a matic. (Zdroj: KSK Kuřim).
Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Velmi užívaný způsob předepnutí je pomocí dvou matic. Jedna matice má přírubu pro připevnění ke stolu obráběcího stroje a druhá je bez osazení. Mezi čela těchto matic je vložen přesně nabroušený distanční kroužek, jehož tloušťka určí vzájemné posunutí matic do opačných směrů. Tím jsou kuličky v závitu pružně dotlačeny na opačné boky závitů, čímž je docíleno nejprve vymezení vůlí a následně pak předepnutí.

Stejného efektu je docíleno i v dalších dvou způsobech předepnutí. Matice je pouze jedna a tak nemůže být vkládána přesně nabroušená podložka, a proto se předepnutí dociluje zvláštní výrobou závitu v matici. Efekt vymezení vůle a následně předepnutí je docílen u jednochodého závitu nabroušením jeho diference. Pokud použijeme vícechodý závit, je předepnutí docíleno nabroušenou diferencí mezi jednotlivými chody závitu.

Další způsob vymezení vůlí a poté předepnutí je tzv. výběr kuliček. Mezi závit šroubu a matice je vkládána záměrně kulička o větším průměru, než je profil závitu. Její pružnou deformací dojde k předepnutí. Někteří výrobci používají levný způsob vymezení vůlí podélně rozřízlou maticí a následným sevřením jako u svěrného spoje docilují vymezení vůlí.

Tuhost kuličkového šroubu a matice

Další důležitou charakteristickou vlastností je tuhost kuličkového šroubu a matice, která je definována jako poměr zatěžující vnější axiální síly k axiálnímu posunutí matice na hřídeli kuličkového šroubu.

Poměr mezi vnější zatěžující axiální silou a silou předepnutí nazýváme předpěťovým poměrem. Hodnota předpěťového poměru určuje kvalitu vymezení vůlí mezi maticí a kuličkovým šroubem. Pokud je tento poměr roven hodnotě 2,83, dojde k eliminaci předpětí a dalším zvětšování vnějšího axiálního zatížení vznikne v kuličkovém šroubu a matici vůle. Aby tento případ nenastal, doporučuje se hodnota předpěťového poměru rovná 2. Pro stanovení velikosti předepínací síly je žádoucí přihlédnout k časovému průběhu vnější axiální síly tak, aby bylo zajištěno vymezení vůlí zejména v těch režimech provozu obráběcího stroje, kdy je nutná vymezená vůle.

Na obrázku jsou zachyceny dva stavy kuličkového šroubu a matice. První je oblast předepnutí (matice mají vymezené vůle) a oblast nevymezené vůle (matice jsou nepředepnuté). (Zdroj: KSK Kuřim)

Zavedením předepínací síly do kuličkového šroubu a matice vznikne moment pasivních odporů, jenž je dále funkcí stoupání a účinnosti této kinematické dvojice. Tento moment je také určován kvalitou výroby a montáže. Jeho velikost do značné míry určuje zejména u přesných obráběcích strojů kvalitu a opakovatelnost přesnosti polohování. Mimo to jeho velikost může způsobovat nadměrné oteplování hřídele kuličkového šroubu. Pro kvalitu kuličkového šroubu a matice je také určující naměřená tolerance (kolísání) momentu pasivních odporů.

Geometrické charakteristiky

Tři zkoušky uvedené v tabulce 1 jsou posuzovány podle naměřených hodnot pomocí laserového interferometru. Tabulka 2 prezentuje celkem sedm zkoušek, které jsou realizovány v souladu s normou ISO 231-1 a ISO 3408-3. Měření se vztahují pouze na hřídel kuličkového šroubu a kuličkovou matici.

Všemi uvedenými měřeními výrobci kuličkových šroubů a matic garantují podle vyrobených stupňů přesnosti uživatelům jisté atributy, které jsou předepsány tak, aby byly plněny budoucí požadavky na pohybové (polohovací) osy.

Úchylky dráhy kuličkového šroubu a matice. (Zdroj: KSK Kuřim)


Tolerance tvaru a polohy kuličkového šroubu a matice. (Zdroj: KSK Kuřim).
Pro zvětšení klikněte na obrázek.

Závěrem

Na posuvové soustavy je kladena vysoká tuhost, velký regulační rozsah, přijatelná dynamika a kinematika a přesnost signálů bez zkreslení a kvalitní regulace. Kuličkový šroub a matice hrají v této soustavě hlavní roli. Existuje nespočet konstrukčních řešení a provedení této kinematické dvojice. V dalším dílu našeho seriálu se podíváme na základní výpočty kuličkových šroubů a matic.

prof. dr. Ing. Jiří Marek

KSK Kuřim

jiri.marek@ks-kurim.cz

www.ks-kurim.cz

Reklama
Související články
Ozubené řemeny v pohonech ekologických taxi člunů

Britská firma vyvinula hybridní pohon pro 550 vodních taxíků pro Benátky. Kombinace dieselového motoru a elektromotoru zde snižuje hluk, emise i náklady, přičemž vysoce výkonný řemen Synchrochain Carbon umožňuje použití kompaktního motoru s nízkou hmotností.

Kuličkové šrouby a matice ve stavbě CNC obráběcích strojů, část 4.

V současné době se jako jedna z několika možných alternativ využívá ve stavbě obráběcích center pro realizaci přímočarých posuvů elektromechanická posuvová soustava tvořená servomotorem s kuličkovým šroubem a maticí. Princip kuličkového šroubu a matice je znám více než sto let. V tomto seriálu vás krok za krokem provedeme zajímavým světem tohoto typu pohybových (polohovacích) šroubů.

Kuličkové šrouby a matice ve stavbě CNC obráběcích strojů, část 2.

V současné době se jako jedna z několika možných alternativ využívá ve stavbě obráběcích center pro realizaci přímočarých posuvů elektromechanická posuvová soustava tvořená servomotorem s kuličkovým šroubem a maticí. Princip kuličkového šroubu a matice je znám více než sto let. V tomto seriálu vás krok za krokem provedeme zajímavým světem tohoto typu pohybových šroubů. Ve druhém pokračovaní se budeme zabývat konstrukcí vlastního kuličkového šroubu a matice a představíme jediného českého výrobce kuličkových šroubů a matic.

Související články
Správně kalkulované pohony strojů bez bolesti zubů

V minulém čísle zmiňoval ve svém rozhovoru k 10. výročí založení firmy majitel TAT - pohonová technika Ing. Matthias Mayer silné komodity, které firma obzvláště v oblasti převodovek - hlavně těch přesných - zákazníkovi nabízí. Partnery jsou zde již posledně zmiňované německé firmy Atlanta Antriebssysteme, Neugart a francouzská firma Redex. Vedle přesných převodovek zajímá zákazníky i velmi široká paleta ozubených tyčí - jak kvalitou, přesností nebo rozměry.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Novinky ve světě pohonů

V tomto čísle se představí další novinky obchodních partnerů společnosti TAT - pohonová technika, německé firmy Neugart a italské firmy P.E.I. Obě firmy patří se svými produkty ke špičkovým výrobcům na světovém trhu.

Pohony nejen pro obráběcí stroje

Společnost TAT Technom Antriebstechnik GmbH byla založena v rakouském Linci v roce 1988 a během prvních 10-ti let se velmi úspěšně zabydlela na rakouském trhu, kdy se se svými produkty jako např. přesnými převodovkami, ozubenými tyčemi a dalšími pohonovými prvky i podle výkresů zákazníka stala vůdcem na zdejším trhu mechanické pohonové techniky.

Kuličkové šrouby a matice ve stavbě CNC obráběcích strojů, část 5.

V současné době se jako jedna z několika možných alternativ využívá ve stavbě obráběcích center pro realizaci přímočarých posuvů elektromechanická posuvová soustava tvořená servomotorem s kuličkovým šroubem a maticí. Princip kuličkového šroubu a matice je znám více než sto let. V tomto seriálu vás krok za krokem provedeme zajímavým světem tohoto typu pohybových (polohovacích) šroubů.

Trendy ve světě přesné měřicí techniky

Požadavky kladené na kontrolu kvality se rok od roku stále zvyšují. S tímto trendem se musejí vypořádat všichni výrobci měřicí techniky. Shodně je tomu i u firmy Mitutoyo, která se snaží šíří svého sortimentu maximálně vyhovět požadavkům pro dílenskou kontrolu, měrové laboratoře i procesní kontrolu, ale zároveň neopomíjí současný trend - Průmysl 4.0 a IoT - požadavek na inteligentní komunikativní měřidla a přístroje.

Chytré stroje přivádějí továrny k životu

Bezpečné balicí stroje připojené k Ethernetu zvyšují produktivitu, zlepšují flexibilitu, snižují komplexnost konstrukce a řeší problémy pracovníků v provozu.

Nanovlákenná membrána v oknech ochrání stroje i pracovníky

Zatímco o smogu v ulicích se vedou časté debaty, znečištěný vzduch v interiéru patří k opomíjeným tématům. A to i přesto, že podle Světové zdravotnické organizace stojí život 4,3 milionu lidí ročně a v průmyslových objektech ohrožuje jak zdraví pracovníků, tak samotný provoz. Díky rozvoji moderních technologií nyní interiér účinně ochrání nanovlákenná okenní membrána.

Je zaškrabávání nezastupitelná metoda?

V minulém vydání jsme uvedli 1. díl pohledu do minulosti i současnosti řemeslné výroby obráběcích strojů. Nyní vám přinášíme pokračování tohoto článku o unikátní metodě – technologii zaškrabávání.

Na požadované velikosti již nezáleží

Firma Kuličkové šrouby Kuřim, a. s., je dlouholetým výrobcem vysoce kvalitních kuličkových šroubů a pro spokojenost svých zákazníků každým rokem posouvá svoji úroveň o krok dál.

Kompozitní galvanické povlaky

Stále se zvyšující požadavky na vlastnosti povrchů urychlily vývoj slitinových povlaků kombinovaných s povlaky kompozitními, čímž se vzájemně kombinují a rozšiřují výhody a možnosti nových povlaků.

Kvalitu spalovacích motorů určují dokončovací operace

Důležité parametry spalovacích motorů jsou ovlivňovány zejména velikostí tření součástí, jejich opotřebením a spolehlivostí provozu. Rostoucí nároky na jakost povrchu a stálost roz-měrů součástí musí zaručit volba správné technologie dokončovacího obrábění. Tyto poža-davky splňují technologie honování a superfinišování.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit