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    滾珠絲桿
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    滾珠絲桿知識部分
    927 2019-09-23

    • 滾珠螺桿選用和安裝的重要觀念

    • (1) 滾珠螺桿必須保持徹底的清潔并且用防銹油作好防護,應特別注意不可使尖銳物或刀具撞擊牙型表面及不可讓任何鐵屑進入螺帽內部;而且組裝軸端外徑亦不可碰撞擦傷,如圖4.1。
      (2) 選擇精度等級適用的滾珠螺桿請參考表4.5,依組裝標準程序安裝,換言之,使在CNC工具機上的精密研磨級滾珠螺桿,必須精確的校正及選用合適的精密軸承組合。
      轉造級滾珠螺桿適用于精度較不高的場合,如包裝機械…等,即可選用精度較不高的支撐軸承組合。特別重要是,避免軸承支撐座與螺帽的偏心,造成負荷的不均,如圖 4.2。不均勻負載含徑向力及扭矩,參圖 4.2(a),皆可能造成故障及壽命減低,如圖4.2(b)。

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      (3) 為使滾珠螺桿達到最高壽限, HIWIN 建議您使用含有潤滑劑之軸承用油,但油中含石墨及二硫化鉬 (MoS2)除外,油脂必須保持填注于鋼珠及珠槽上。油浴式或滴油式給油法皆可,但以直接給油到螺帽內為佳,如圖4.2。
      (4) 特別注意,當安裝滾珠螺桿于機械上,請勿敲打螺帽或彎管,同時不可讓螺帽與螺桿分離或過行程 -螺帽部份行程離開螺桿,如圖4.3,若是如此會造成鋼珠脫離珠槽。
      (5) 選擇合適的軸端支撐軸承組合,在CNC工具機上,建議采用斜角軸承(斜角:60°)。如圖4.4

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      (6) 在螺桿兩端應該安裝防撞器或不出牙設計以避免螺帽過行程,導致螺桿的破壞,如圖4.5。
      (7) 滾珠螺桿建議使用伸縮式之保護套來保護,以避免受到環境中塵?;蜩F屑的污染。若有碎屑或異物進入螺帽內,則會造成螺桿只剩十分之一壽命。采以伸縮式須要在法蘭上加螺紋孔以固定之,如圖4.6。此項特殊之需求,請告知策朗智能的技術人員。

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      (8) 若您選用內循環或端蓋式循環的滾珠螺桿,則其一端螺紋必須出牙且肩部最大尺寸,必須小于根徑0.5~1.0mm,若要求肩部尺寸大于根徑亦可,但將有螺紋線留于肩部上便于螺帽裝入。如圖4.7。
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      (9) 滾珠螺桿熱處理時于靠近肩部加工的螺紋牙部份有10~20mm長度須保持軟化,以便于加工肩部。此區域會標示“”記號于HIWIN圖面上,如圖4.8。如您有特殊之要求請與HIWIN連系。
      (10) 過大的預壓力將造成摩擦扭矩的大增及溫升效應而使得預期壽命的減短。但太低的預壓力,會使得滾珠螺桿剛性不足及增加失步(lost motion)的可能性。于CNC工具機的使用上,HIWIN建議您,以不超過8%動負荷為預壓力的最大值;于自動化 X-Y平臺機構以不超過5%動負荷為預壓力的最大值。
      (11) 當您需要與螺桿軸分離并再組合時,必須透過一個外徑小于螺桿根徑 0.2~0.4 mm的管子,參考公式M37接于螺桿出牙的一端,將螺帽旋出,套內管中參照圖4.9。
      (12) 圖4.10表示軸端承靠面的逃槽;軸端支撐軸承必須有一倒角才能正確的定位,同時維持適當的直度,HIWIN建議您采用DIN 509的逃槽尺寸,如詳圖4.11。

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    • 滾珠絲桿運行不順暢的原因

    • 滾珠絲桿運行不順暢有四個主要原因:
      (1) 滾珠絲桿的使用環境比較的惡劣,粉塵、鐵屑、切削液有進入到循環系統;
      (2) 滾珠絲桿在加工時連螺母一起加工,切削液及鐵粉順著珠道進入到螺母的循環系統,全檢時沒有清理好就出貨;
      (3) 滾珠絲桿的鋼珠有異常及回流系統有損壞;
      (4) 加工的尺寸不達標及安裝不同軸。

    • DN值定義和安全極限

    • DN值定義
      以DmN值來評定滾珠絲杠高速性,Dm為滾珠絲杠上下滾珠之中心圓直徑(P.C.D),N為絲杠最大回轉數,所以DmN值即表示滾珠之公轉速度,DmN值即為該滾珠絲杠的設計高速極限。
      為方便計,以絲杠外徑D取代Dm。以50ψx 30 滾珠絲杠而 言,當絲杠最大回轉數為3000rpm時,DN值可達15萬,最大進給速度為 90 m/min。


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    • 高DN值與高導程的應用差異性

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    • 高DN值與高導程的差異性

    • 設計理念:
      高導程:以絲杠導程增加,提升進給速度
      高DN值:回轉數與導程之有效平衡考量如精度、動靜負荷、臨界速度、慣性力誘發振動、溫升等高速化引發的問題。

    • 工具機與射出機滾珠絲杠之比較

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      自潤式滾珠絲杠之比較

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      螺母材質及特性

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      絲杠材質及特性

      材質

      滾珠絲杠之絲杠材質一般是使用高碳合金鋼(參照下表)等材質;
      特性
      高碳合金鋼含碳量達0.45%以上,適合感應熱處理,能使材料具有良好的表面硬度及表面耐磨耗性,滾珠絲杠因此具有優良的使用壽命;同時由于材料的心部未麻田散鐵化而保持變韌鐵組織,抗拉強度高而韌性強,故絲杠不易因為沖擊性的負荷而發生斷裂。

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    • 滾珠絲杠的預壓產生方式有四種設計及其差異情況

    • A 1、單螺母預壓:(包含過大鋼珠預壓方式、導程偏移預壓方式)
      2、雙螺母預壓:(包含:拉伸預壓方式、壓縮預壓方式)
      B 1、過大鋼珠預壓方式:(以鋼珠大小,調整預壓)

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      2、導程偏移預壓方式:(加大節距或縮小節距)
      特征:在螺母節距上作δ值的偏移來取代傳統雙螺母預壓方式,此方式較適用于中輕預壓,最好將預壓力設計在5%動負荷以下。
      3、拉伸預壓方式
      特征:使用一過厚的預壓片將兩個螺母外張方式達到預壓之效果,此為HIWIN精密級滾珠絲杠最常使用的方式。

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      4、壓縮預壓
      特征:由較薄的預壓片,再以螺栓將兩螺母鎖緊一起,達到預壓之效果。

    • 絲杠、螺母及鋼珠的硬度

    • 研磨級絲杠、螺母:58~62HRC
      轉造級絲杠、螺母:56~62HRC
      鋼珠:62~66HRC

    • 滾珠絲杠需要預壓的情況及優缺點

    • A、機器精度要求高,而機器的背隙上限值小的時侯(如配合直線導軌使用可以使機器的反向運動背隙接近于零)。 
      B、優點:消除背隙;消除背隙可使機械傳動的精度更為穩定,且機械傳動結構的剛性提高。 
      缺點:降低機械效率,預壓若過大會產生溫升問題及壽命降低,所以滾珠絲杠的預壓必須設定在一合理范圍內。

    • 滾珠絲杠的潤滑油脂選用

    • 一般建議以軸承潤滑油為滾珠絲杠之潤滑油,如要使用油脂則建議以鋰皂基的油脂。油品的黏度選用是依操作速度、工作溫度及負荷的情形來做選擇。高速時,建議使用的潤滑油為40℃時的黏度指數范圍32~68 cSt (ISO VG 32~68)(DIN 51519)。低速時,建議使用的潤滑油為40℃時的黏度指數范圍在90 cSt (ISO VG 90)以上。
      用于高速且重負載的時后,必須以強制冷卻來降低溫度,且可藉由中空絲杠通入冷卻油或水來達到冷卻效果。

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    • 常用的油嘴及接頭及在設計需要考慮的因素

    • A、 公制有M6、M8*1P,英制則為1/8"PT。
      B、 設計考慮因素:1.空間考量。2.注油位置最好于法蘭上方或上方45度角位置,以提供注油的最好效果(油品可以由于重力而進入螺母內部)。

    • 靜負荷的定義

    • 滾珠絲杠在靜止狀態,滾珠和軌道接觸面都不致產生大于萬分之一(0.0001)鋼珠直徑之塑性變形量時,滾珠絲杠之最大可承受負荷。

    • 高防塵滾珠絲杠的使用時機

    • HIWIN特殊設計的高防塵滾珠絲杠,使用多層防塵材料緊密包覆絲杠,所以塵屑不易進入,而能達到高防塵效果;其適用在較高塵屑的工作環境,例如:木工業、橡塑膠…等。

    • 配珠的時機及優缺點

    • A、 設計時機:于機構空間不足使用單螺母預壓方式時,為了提升其動作特性,一般建議以1:1配珠。
      B、 優點:能提升其動作特性,減少相鄰鋼珠間之相互摩擦。
      缺點:減低絲杠動負荷。

    • 絲杠中空使用的時機及優點

    • A、 一般較適合于絲杠溫升要求較嚴格的機器。使用中空絲杠,由于可以通油或水來冷卻絲杠,故絲杠本身不易發熱,可有效控制溫度,達到精度穩定目的。
      B、 中空滾珠絲杠具有重量減輕之優點,因此絲杠比較不易因自重而下垂過大,而且由于絲杠之慣量減少,使馬達之驅動扭力降低;另一方面,由于絲杠的中空部份可以使冷卻劑流經而達到降低絲杠溫度之用,因此絲杠的溫度可以得到較佳的控制。

    • 滾珠絲杠安裝時應注意的事項

    • 滾珠絲杠為精密的機械零組裝,所以在安裝時需注意下列事項:
      (1)滾珠絲杠必須保持干凈及擦拭清潔,不使異物進入螺母內。
      (2)不可任意敲打,并保持外觀不碰撞傷。
      (3)安裝面的表面修整及清潔要徹底。
      (4)合宜的公差及精確的校正。
      (5)適宜的潤滑。
      (6)不可將絲杠與螺母分離。
      (7)最好在絲杠兩端加裝防撞器,以避免運轉超過行程極限而損傷滾珠絲杠。
      (8)使用保護套來保護滾珠絲杠,并且防塵。

    • 絲杠一般的預拉量

    • 特征:鋼珠與珠槽四點接觸,適用于輕預壓。
      一般以1米長約0.02~0.03mm為預拉值。

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