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
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.

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.

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.

Plný výkon s poloviční energií

Vysoká úspora energie při dodržení maximální funkcionality a s použitím osvědčených bezpečnostních prvků: tyto požadavky na nové řešení pohonu ohraňovacího lisu dokázal Rexroth realizovat s pomocí hydraulického pohonu s otáčkově řízenými čerpadly - Sytronix.

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.

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