Kontrolní seznam kritických požadavků aplikace:
zatížení – podrobný zatěžovací profil pro příslušnou aplikaci;
rychlost – požadovaná lineární rychlost a otáčky;
zrychlení – požadované zrychlení;
provozní cyklus – požadovaný provozní cyklus;
hnací točivý moment – požadované limitní hodnoty hnacího momentu;
prostředí – požadavky na pracovní prostředí, které musí být splněny;
přesnost stoupání – požadovaná přesnost stoupání;
trvanlivost – požadovaná trvanlivost kuličkového šroubu;
tuhost – požadovaná tuhost systému;
opakovatelnost – požadovaná opakovatelnost;
hlučnost – maximální hlučnost;
Další faktory
V této fázi je třeba zvážit i případné další požadavky, jako např. typ maziva a ochranný povlak, jímž musí být z určitého důvodu vodicí šroub opatřen. Tyto nároky však nemají v tomto okamžiku takový význam v porovnání s kritickými požadavky, které jsou uvedeny výše. Zvláštní pozornost je však třeba věnovat dvěma dalším faktorům – první je vůle v závitu a druhý představují ložiska pro uložení kuličkových šroubů.
Vůle v závitu
I když je kuličkový šroub v klidu, dochází vždy k určitému axiálnímu pohybu mezi šroubem a maticí. Tento pohyb se nazývá vůle v závitu a její velikost se zpravidla pohybuje kolem 70 μm, avšak podle potřeby může být i menší. Nežádoucí vůle se většinou projeví při změně směru zatížení a výsledné posunutí vyvolá chybu polohy.
Obvyklá metoda pro odstranění vůle je zavedení předpětí do kuličkového šroubu. Tím se zvýší tuhost, odstraní se axiální vůle a současně se zlepší spolehlivost a přesnost polohování. Předpětí se dosáhne použitím předepjaté matice. Axiální síla může být vyvinuta dělenou/tandemovou maticí nebo použitím matice s kuličkami s kladnou tolerancí.
Je-li šroub umístěn ve svislé poloze, nepředstavuje nežádoucí vůle v závitu problém, protože zatížení stlačuje matici dolů a zajišťuje její stálý kontakt se šroubem. Přesnost je zajištěna bez ohledu na to, zda je závaží šroubem zdvíháno nebo spouštěno. Další výhoda aplikace, která vykonává svislý pohyb, spočívá v menším točivém momentu, který je potřebný pro spouštění závaží dolů a který je nižší než při zdvíhání závaží. To znamená, že v některých případech lze použít menší motor. Vždy je však nutné brzdit šroubovou hřídel motorem, aby nedošlo k přeběhu.
Ložiska pro uložení kuličkových šroubů
Pokud je kuličkový šroub používán v lékařském nebo laboratorním zařízení, otáčky hřídele a maximální zatížení závisejí na použitých ložiscích pro uložení kuličkových šroubů. Jednořadá kuličková ložiska se vyznačují dobrou radiální tuhostí, avšak tuhost v axiálním směru je nedostatečná. Tuhost v obou směrech může být dosažena použitím pevných podpěr s dvojicí ložisek s kosoúhlým stykem.
Některé typy pevných podpěr umožňují podepřít hřídel na jednom konci, zatímco druhý zůstane volný (nepodepřený). Aplikace zpravidla určuje, jaký typ podpěry je nutný pro dosažení optimální funkce.
Tři způsoby zajištění přesnosti polohy
I když jste se řídili kontrolním seznamem a zvážili oba výše uvedené faktory, je třeba věnovat pozornost dalším třem hlediskům, pokud chcete dosáhnout přesného a opakovatelného polohování.
Tepelná roztažnost
Systematické chyby polohy vyvolané tepelnou roztažností šroubové hřídele lze odstranit udržováním konstantní provozní teploty šroubu. Udržování konstantní teploty dále umožňuje zvolit mazivo, které zvýší stabilitu a zaručí optimální výkon.
Další možnost, jak odstranit takovou chybu, spočívá v úpravě softwaru a změně uložení.
Chyba stoupání
Přesnost stoupání kuličkového šroubu je definována jako rozdíl mezi teoretickou a skutečnou polohou ve stanoveném počtu bodů v celém rozsahu pracovního zdvihu. Tato chyba může být obzvláště problematická v případě, že aplikace využívá dva kuličkové šrouby uložené rovnoběžně. Pokud mohou být oba šrouby řízeny nezávisle řídicí jednotkou lineárního pohybu, lze tento problém odstranit, zatímco v opačném případě je nutné vybrat dva šrouby se shodným stoupáním.
Tuhost systému
Obvyklou cestou pro zvýšení tuhosti nebo odstranění vůle v závitu je použití šroubu s předepjatou maticí. To se však může projevit zvýšením hnacího momentu, pokud výstupní síla je nízká ve srovnání s velikostí předpětí. Z toho důvodu je doporučeno přesně kalibrovat předpětí s přesností, čímž se na jedné straně omezí vedlejší účinky tření vyvolané předpětím a na druhé straně dosáhne potřebné tuhosti.
Pomocná ruka
Kritické požadavky aplikace a další doporučení uvedená v tomto článku poskytnou potřebnou jistotu pro jednání s výrobcem. Ve většině případů se můžete spolehnout, že zvolený kuličkový šroub splní požadavky vaší aplikace. Jestliže si chcete být naprosto jisti, že jste nic nepřehlédli, můžete vždy kontaktovat zkušeného výrobce a získat výrobek s výkonem, který skutečně potřebujete.
Ing. Josef Thüring
SKF
www.skf.cz
samkova@seteva.cz