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          滾珠絲杠和梯形絲杠的區別(二)

          信息來源于:滾珠絲桿 發布于:2023-08-15

          滾珠絲杠和梯形絲杠的區別(二)

          漢藝精工為您帶來滾珠絲杠梯形絲杠區別第二期。

           

          5. 制造方法及最終精度不同

          滾珠絲杠一般有兩種加工方法,一種是研磨,一種是扎制。
          研磨也就是精磨。
          扎制,是一種冷加工方法,簡單理解就是滾壓出來的,就是用一種帶有絲杠輪廓的工具,從待加工的軸上滾過去,形成需要的表面形狀。
          這個有點像搟面,用搟面杖搟面,把面擠壓成需要的形狀和厚度。
          另外,磨制屬于精確制造,軋制屬于批量制造,后者的生產效率遠遠高于前者,但是后者的制造設備成本也遠遠高于前者。
          所以說,磨制絲杠的進入門檻較低,軋制生產的進入門檻較高,能生產軋制絲杠的廠家一般也能生產磨制絲杠,而能生產磨制絲杠的廠家不一定能生產軋制絲杠。
          所以,同精度產品,如果可以買到軋制品就不要買磨制品,原因很簡單,軋制便宜。
          另外說明一點,軋制和磨制僅指絲杠軸,金屬螺母全是磨削制造。
          當然,兩種方法加工出的精度,以及加工成本是不一樣的。
          還有一點,需要先說明的是,我們平常所說的精度,指的是導程精度,就是導程會存在誤差,不是理想的那樣一直不變。
          比如理想導程是5mm,連續測量5次相鄰導程,實際導程可能是4.998,4.997,5.000,5.002,4.999。
          這種誤差會累積,就會引起定位誤差,我們在根據定位精度選擇導程精度時,就需要從導程精度表中去查詢。
          導程精度,按從高到低分成8個等級,分別是C0,C1,C2,C3,C5,C7,C8,C10。
          目前,軋制滾珠絲杠能實現的普遍精度是C7(±50um/300mm),C8(±100um/300mm),C10(±210um/300mm)。
          括號里的數值,指的是每300mm有效螺紋長度,可能累積的誤差,比如C7,每300mm可能累積±50um的誤差,如果螺紋有效長度是600mm,那么可能累積的誤差變為±100um。
          C8和C10的精度等級也可以做同樣的推算。
          C0-C5屬于研磨級絲杠,研磨滾珠絲杠的最高精度,可以達到C0級,也就是±3um/100mm,即使是低級別C5的滾珠絲杠,也可以達到±18um/100mm的精度。
          需要注意的是,研磨滾珠絲杠的精度,不能做扎制滾珠絲杠一樣的推演,因為研磨絲杠的精度高,內涵更廣泛(感興趣的,可以去了解一下)。
          比如,對于C5等級,螺紋有效長度在100mm以內時,可以實現的精度是±18um。而當螺紋有效長度變為200mm,400mm時,可以實現的精度分別是±20um,±25um,而不是±36um,±72um。
          好了,到這里,滾珠絲杠說得差不多了,接下來我們說說梯形絲杠。
          梯形絲杠有滾壓,切削和研磨三種制造方法。
          滾壓比切削更好,因為滾壓可以得到更硬的表面,且具有優越的表面光潔度。
          但是,就精度來說,研磨可以獲得最高精度,切削其次,滾壓獲得的精度最低。
          例如,Thomson顯示,滾壓梯形絲杠可以達到的精度是±75um/300mm,這個值介于扎制滾珠絲杠精度C7-C8之間。
          如果要獲得更高的精度,那么就需要研磨,研磨可以達到±7.5um/300mm的精度,但是其成本也將成10倍以上的增長。
          再比如,Helix顯示,其研磨梯形絲杠能達到的精度是±12.5um/300mm,而銑削可以達到的精度是±50um/300mm,滾壓只能實現±90um/300mm的精度。
          綜合來看,滾珠絲杠的精度高于梯形絲杠,所以一般對精度要求高的應用,滾珠絲杠是首選。


          6. 軸向間隙及預壓方式不同

          軸向間隙,也是選取絲杠時,需要考慮的一個非常重要的因素,因為間隙的存在會導致返程誤差,這直接影響了反向運行時的精度。
          滾珠絲杠按照間隙的不同,分成不同的等級。
          例如,THK分成G0(0及預緊),G1(0-0.005),GT(0-0.01),G2(0-0.02),G3(0-0.05)共5個等級,軸向間隙依次增大。
          NSK也分成5個等級,分別是Z(0及預緊),T(0-0.005),S(0-0.02),N(0-0.05),L(0-0.3),括號中的數值表示軸向間隙的范圍,單位是毫米。
          對于梯形絲杠,Thomson顯示,軸向間隙在0.02mm-0.25mm之間。
          為了消除螺母和絲杠軸之間的軸向間隙,提高傳動精度,滾珠絲杠和梯形絲杠都可以增加預壓。
          但是,兩者的預壓方式有所不同。

          例如,THK和NSK滾珠絲杠,對于單螺母,使用螺母相位差,而對于雙螺母,則使用預壓墊片,或者使用彈簧片做預壓。
          使用相位差來實現預壓,也就是在螺母中,改變中央溝槽的螺距,使得溝槽兩側的鋼球處于繃緊狀態,達到預壓的目的。
          使用相位差和墊片都是定位預壓方式,而使用彈簧片預壓是屬于定壓預壓方式。
          理論上,滾珠絲杠預壓量設定為外部負荷的1/3,就可以達到無間隙傳動,但是那樣,預壓偏高,減小了使用壽命,所以,實際使用時,最大預壓量設定為額定動載荷的10%,例如半導體設備上,一般使用的預壓量是1%-4%。
          而梯形絲杠,一般使用壓簧做預壓,彈簧向絲杠軸兩個方向張緊其兩側的螺母,使得螺母完全接觸絲杠軸。
          當然,彈簧做預壓的缺點很明顯,就是軸向剛性差,如果要增大剛性,就需要增大預壓,也就是說要增加彈簧力,這會使得磨損加劇,并且摩擦扭矩變大,絲杠壽命縮短。
          所以,現在有另外一種預壓方法,叫主動凸輪預壓法。這個方法,不直接用壓簧在軸向做預壓,而改用扭簧配合端部凸輪。
          扭簧扭轉,驅動扭簧兩側的梯形絲杠螺母旋轉,使得其端部輪廓接觸凸輪輪廓,在消除間隙的同時,保證了較大的軸向剛性。
          因為這里使用了楔塊理論,在軸向施加力來讓扭簧旋轉,需要的力是非常大的。
          綜合來說,軸向間隙當然是滾珠絲杠更小,而預壓方式也是滾珠絲杠更多,因為梯形絲杠目前的預壓方式,都屬于定壓預壓法,而滾珠絲杠是定位預壓和定壓預壓兩種。
          7. 計算方法不同

          滾珠絲杠在計算時,需要考慮系統需要的精度,速度,載荷等基本條件。
          定位精度的要求,決定了導程精度的選擇。比如行程700mm,±0.05/700mm的定位精度要求。那么假定螺紋有效長度800mm(需要考慮螺母長度和行程余量,所以大于700mm),則選擇C5精度,因為C5精度在800mm內的誤差控制在±35um以內,小于±50um,在要求以內,剩下的±15um誤差,分配給系統剛度和控制誤差。
          運行速度V(mm/min)和滾珠絲杠的導程L(mm)及馬達轉速n(r/min)有關,L=V/n。高速要求時,可以適當加大導程,但是導程的加大會要求更大的馬達驅動力矩(Ta=Fa*L/2πη),所以需要綜合考慮。
          選擇滾珠絲杠時,根據載荷確定需要的扭矩及電機,是最花時間的一塊。
          滾珠絲杠計算扭矩時,分為等速扭矩T1,和加速扭矩T2。
          其中等速扭矩:T1=(Ta+Tpmax+Tu)/i。i=絲杠側齒數N2/馬達側齒數N1,表示減速比。
          Ta=Fa*L/2πη: 表示勻速時的驅動力矩。
          Tpmax=0.05(tanβ)^-0.5*Fa0*L/2π(基準力矩)+Δ:表示預緊滾珠絲杠的最大動摩擦力矩,β表示螺紋升角,Fa0表示預緊力。Δ表示力矩變動率的上許可范圍,可以在計算了基準力矩的基礎之上,查表求得。當然,Tpmax也可以在具體的絲杠型號參數表中查得。
          Tu:支撐軸承的摩擦力矩,可以在軸承參數表中查得。
          而加速扭矩:T2=T1+Jα。
          J=JM+JG1+(JG2+JS+m*(L/2π)^2)/i^2:表示對電機的轉動慣量。
          JM: 電機的轉動慣量。JG1: 馬達側齒輪的轉動慣量。JG2: 絲杠側齒輪的轉動慣量。JS: 絲杠軸的轉動慣量。m: 移動物體總質量。α:馬達的角加速度。
          而梯形絲杠一般只需要一個公式就夠了,T1=FP/2πη,因為梯形絲杠適用于低速的應用,不存在高速往返,高加減速等問題,當然也需要結合實際要求做計算,并給定一定的余量。

           

          8. 螺母解耦的結構設計當絲杠較長,螺母受到軸向偏轉力矩,或者螺母受到軸向載荷時,絲杠軸傾斜或者沿徑向變形,會引起受力不均,可能出現卡頓,振動,導致磨損加劇,影響精度。
          這時,需要從螺母連接結構上進行解耦,以保證絲杠螺母運行到行程內的任何位置時,絲杠不卡,運行平穩,這有利于延長絲杠的壽命。
          那么,結構上應該包含什么主要的特征,才能實現?
          目前,我知道的有2種結構,雖然外形不同,但是實質是都一樣。
          核心都在于,在螺母和被連接件之間,有一個十字滑塊件,用來吸收由于螺母的位置變化(假設是垂直于XY方向的運動),引起的XY方向上位置變化。
          當然這個滑動量一般不大,設計時單邊留1.5mm就足夠了,設計概念如下圖。

          螺母解耦結構1的優點是,設計緊湊,占用空間小,缺點是裝配和拆卸麻煩一點,因為需要先把綠色和藍色工件從軸端套進去。拆卸時,也得松開軸端。
          而解耦結構2的優點是拆卸和裝配簡單一些,沒有結構1的拆裝問題,因為可以在裝配了絲杠后再裝配,拆卸時也可以直接拆卸,而不必取下軸端支持軸承。但是缺點就是占用了軸向太多的空間,同樣長度絲杠縮短了行程。
          另外,結構1那個綠色滑動件可用Turcite X紅膠材料,因為耐磨且摩擦系數是0.2。結構2綠色件可以用鋁或者鋼,因為其里面需要安裝滑套。

           

          9. 應用場合的區別梯形絲杠,是滑動摩擦,過高的速度將在結合面上產生高熱量,導致磨損加劇。
          所以,梯形絲杠,適合用于重量較輕,速度要求不高的應用中。
          同時,梯形絲杠,因為精度低些,所以往往更適合于對精度要求不高的應用,比如慢速轉移,搬運等。
          而滾珠絲杠,發熱小,精度高,通常更適合要求平穩運動,高效率,高精度,以及長時間連續或高速運動的應用,比如半導體設備。

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          以上就是滾珠絲杠和梯形絲杠的區別(二)的詳細介紹,有需要 國產滾珠絲桿的老板可以 聯系我們

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