Wie wird aus einer einfachen Schraube ein präzises Steuerungssystem, das in der Robotik und der Luft- und Raumfahrt eingesetzt wird? Dieser Artikel befasst sich mit der faszinierenden Mechanik von Kugelgewindetrieben, Schlüsselkomponenten, die Rotationsbewegungen mit hoher Effizienz und Genauigkeit in lineare Bewegungen umwandeln. Erfahren Sie mehr über ihren Aufbau, ihre Funktionsweise und ihre wichtige Rolle in verschiedenen Branchen. Wenn Sie diesen Artikel lesen, werden Sie verstehen, wie Kugelgewindetriebe die Leistung von medizinischen Geräten bis hin zu automatisierten Fertigungsstraßen verbessern.
Kugelumlaufspindel
Der Kugelgewindetrieb besteht aus mehreren Komponenten, darunter die Spindel, die Mutter, die Stahlkugeln, das Vorkompressionsteil, die Umkehrvorrichtung und die Staubschutzvorrichtung. Seine Hauptfunktion besteht darin, eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung umzuwandeln, indem die Gleitbewegung in eine Rollbewegung umgewandelt wird.
1898 wurde erstmals das Konzept der Verwendung von Stahlkugeln zwischen Mutter und Schraube eingeführt, um den Gleitkontakt einer herkömmlichen Schraube in einen Rollkontakt umzuwandeln. Diese Umwandlung der Reibung von Gleit- in Rollkontakt ermöglichte es, die Drehbewegung der Stahlkugeln in der Mutter in eine lineare Bewegung umzuwandeln, was zu einer verbesserten Drehmomentumwandlung und einer Verringerung von Positionierungsproblemen und Schäden im Vergleich zu herkömmlichen Schrauben führte.
Die Erfindung der Kugelumlaufspindel wird Rudolph G. Boehm aus Texas zugeschrieben, dem 1929 ein US-Patent dafür erteilt wurde. Bei der Verwendung als aktives Bauteil wird die Mutter mit dem Drehwinkel der Spindel in eine lineare Bewegung umgewandelt, die sich an bestimmten Vorgaben orientiert. Das passive Werkstück kann über einen Mutternhalter mit der Mutter verbunden werden.
Die Kugelumlaufspindel ist in der Regel aus Stahl gefertigt und besteht aus einer Mutter und einer Spindel mit einer spiralförmigen Nut, die der Nut der Spindel entspricht.
Die Rille im Inneren der Mutter enthält viele kleine Chromstahlkugeln. Da diese Kugeln in der Mutter zirkulieren, sorgen sie für eine reibungslose Bewegung entlang der Spindel, während ein Ablenk- oder Rückführsystem die Kugeln zurückhält und ihre Zirkulation durch die Mutter ermöglicht.
In Verbindung mit einem Motor kann der Wirkungsgrad eines Kugelgewindetriebs bis zu 90% erreichen. Sie sind hochpräzise, mit einer Genauigkeit von einigen Tausendstel Zoll pro Fuß.
Kugelgewindetriebe werden in verschiedenen Industriezweigen zur präzisen Steuerung eingesetzt, z. B. in der Luft- und Raumfahrt, der Computer-, Elektronik-, Automobil- und Medizinindustrie.
Kugelgewindetriebe werden häufig in Fertigungsprozessen eingesetzt, z. B. in Robotern, automatisierten Montagelinien, Materialtransportanlagen, Förderanlagen, Werkzeugmaschinen, Drahtsteuerungen und Präzisionsmontageanlagen.
Der Kugelgewindetrieb besteht aus einer Spindel und einer Mutter, die jeweils eine komplementäre Spiralnut aufweisen. Die Kugeln rollen in diesen Rillen und dienen als einziger Kontaktpunkt zwischen der Mutter und der Spindel.
Wenn sich die Spindel oder die Mutter dreht, werden die Kugeln durch die Umlenkung zum Kugelrückführsystem innerhalb der Mutter geleitet. Sie bewegen sich kontinuierlich durch das Rückführungssystem zum gegenüberliegenden Ende der Kugelmutter und treten dann in die Gewinderinglaufbahn der Kugelumlaufspindel und -mutter aus, wo sie in einem geschlossenen Kreislauf wiederholt zirkulieren.
Die Kugelmutter spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Belastung und der Lebensdauer des Kugelgewindetriebs. Das Verhältnis zwischen der Anzahl der Gewindegänge im Kugelmutterkreis und der Anzahl der Gewindegänge auf der Kugelumlaufspindel bestimmt, welches Bauteil Ermüdungsbruch (Verschleiß) zuerst.
Es gibt zwei Arten von Kugelumlaufverfahren, die bei Kugelmuttern verwendet werden: äußerer Umlauf und innerer Umlauf.
Im äußeren Kreislauf kehren die Kugeln über ein Rücklaufrohr, das über den Außendurchmesser der Kugelmutter hinausgeht, zum gegenüberliegenden Ende des Kreislaufs zurück.
Kugelmutter mit externem Umlauf
Bei der inneren Zirkulation laufen die Kugeln durch die Innenwand der Mutter, die einen geringeren Durchmesser hat als der Außendurchmesser der Kugelmutter, hindurch oder an ihr entlang zurück.
Kugelmutter mit internem Umlauf
Bei der internen Zirkulation folgt die Kugel einem Rotationskreislauf und wird gezwungen, das obere Ende des Schraubengewindes durch das Rückführsystem zu durchlaufen. Dies wird als internes Rückführsystem mit Kreuzumlenkung bezeichnet.
Bei einer Kugelmutter mit Kreuzabweiser drehen die Kugeln die Welle nur einmal und der Kreislauf wird durch einen Kugelabweiser (B) innerhalb der Mutter (C) geschlossen, so dass die Kugeln zwischen benachbarten Rillen an den Punkten (A) und (D) kreuzen können.
Kugelmutter mit internem Umlauf
Wenn sich ein langer Kugelgewindetrieb mit hoher Geschwindigkeit dreht und sein Schlankheitsverhältnis die natürliche Harmonische seiner Wellengröße erreicht, kann er zu vibrieren beginnen. Dies wird als kritische Drehzahl bezeichnet und kann die Lebensdauer des Kugelgewindetriebs erheblich verkürzen. Es wird empfohlen, die Spindel aus Sicherheitsgründen nicht mit einer Drehzahl zu betreiben, die 80% der kritischen Drehzahl übersteigt.
Drehbare Kugelmutter Komponente
Bei einigen Anwendungen sind größere Wellenlängen und höhere Drehzahlen erforderlich, und in diesen Fällen ist der Einsatz einer rotierenden Kugelmutter erforderlich.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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