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2021-06-25 | 高负载滚珠丝杠-更高负载密度的运动控制解决方案

如果你需要驱动500kN的轴向载荷,1500mm的行程,你是使用滚丝杆还是滚丝杆?

如果你本能地说滚柱丝杆,你可能不熟悉作为一种经济简单选择的高容量滚珠丝杠。

 

在尺寸受约束的条件下,滚柱丝杆已被推广为唯一的技术选择来应对大载荷。

 

但实际上,技术的进步已经使特殊的滚珠丝杆成为高负载应用的候选方案。重要的是在同等的性能下,一个高负载滚珠丝杠通常是滚柱丝杆少一半的成本。

 

                                有何不同

滚珠丝杠由一个带螺纹的金属轴和一个螺母组成,当电机驱动轴旋转时,螺母沿着轴移动。

 

根据工业自动化的应用,螺母连接到工作台、机械臂或其他负载上。螺母内循环的钢球与螺纹接触并提供承载。组件之间的摩擦系数非常低,这通常可以提高系统效率到90%以上。

 

因此,滚珠丝杠的负载能力是钢球直径、钢球数量和表面接触面积的函数。这些参数的组合决定了滚珠丝杆的负载能力,也决定了其使用寿命。

 

一个带螺纹的金属轴和一个螺母组成,当电机驱动轴旋转时,螺母沿着轴移动。螺母连接到工作台、机械臂或其他负载上。根据使用中的滚珠丝杠轴的直径和导程,我们提供三种不同循环系统的滚珠螺母。

 

对于更高的负载,设计工程师将滚柱丝杆用于许多应用。在滚柱丝杆中,承载部件是一组循环滚柱而不是钢球。滚柱的表面接触面积比钢球大,增加了承载能力,延长了使用寿命。

 

滚柱丝杆由一组循环滚柱组成。与钢球相比,带螺纹的滚柱有更多的表面接触面积。从而提高了使用寿命和承载能力。

 

但这些好处都是相对的。相对于简单可靠的滚珠丝杆,滚柱丝杆需要前期更精密的加工和更复杂的组装。这导致了滚柱丝杆的整体成本较高,以及最终安装时更大的尺寸封装。

 

THOMSON开发了一种高负载滚珠丝杠,采用了一种独特的螺纹形式,比传统滚珠丝杠的承载能力提高了4到8倍。这为应用工程师在大多数需要滚柱丝杆的应用中提供了选用滚珠丝杆的可能。

 

如下说明了高负载滚珠丝杠在负载要求最小为470 kN的应用中所具有的优势。

标准配置的滚珠丝杠可以解决这个问题,但是它的直径是高负载滚珠丝杠的两倍,而且价格同比高出63%。滚柱丝杆也有该负载能力,但相对于高负载滚珠丝杠,螺母尺寸大50%,价格高出150%。

我们来看一组图:

高负载滚珠丝杠和滚柱丝杠传动在最低要求470 kN负载应用下的比较

 

高负载滚珠丝杠和滚柱丝杠价格与直径对比

 

高负载滚珠丝杠的长度一般可达15米,配置单螺母或双螺母,标准直径尺寸的可达160mm,动态负载能力可达1440kN。


从高负载滚珠丝杠中获益最多的应用是大型制造设备、注塑机、金属制造设备,以及用于核电站的工业安全门和闸门系统。

 

滚珠丝杠驱动的水平轴和垂直轴用于大型加工机械设备,能准确、安全地移动重物。滚珠丝杆确保了长期可靠的寿命与最少的维护。例如机床,水切割,等离子切割机和自动焊接机。

 

大型制造设备。在工业制造中使用的机床,水切割,等离子切割机和自动焊接机和其他大型设备,通常必须准确和安全地将大负载通过滚珠丝杆进行水平和垂直轴移动。

例如,假设一个大型设备运行的负载为100kN, 24小时/7天,在标准寿命计算时,根据疲劳失效分析和统计寿命,应用中使用的滚珠丝杆可使用3-4个月。

另一方面,采用高负载滚珠丝杠将使负载能力增加一倍,使用寿命延长8倍,在降低维护成本的同时,还能提高设备的价值。客户可以凭此对设备进行优化,以达到更高的负载能力,更长的装配寿命或两者的平衡。

注射成型及金属制造设备。注射成型,冲压和金属制造机器需要滚珠丝杠在短行程和高精度同时进行高负载。他们必须控制系统精度和管理产品公差。

例如,注射成型应用可能需要超过500mm和400kN,设计者通常会使用更昂贵的滚柱丝杆。但是,可能只有当模具被压缩的最后10mm行程才存在这种高负载,用户仍然需要为整个行程的高负载支付额外费用。使用高负载滚珠丝杠代替滚柱丝杠提供最后10mm所需的动力,并把额外的负载余量添加到延长产品寿命。

一种新的高负载替代产品,特别是高负载滚珠丝杠,可以节省成本,延长产品寿命,或两者都有。任何新的应用都需要仔细分析负载能力、产品寿命和成本,在这样做的同时,可能仍有一些应用非常适合滚柱丝杆。但是,由于新的滚珠丝杠技术的进步,增加了它们的承载能力,设计选型在考虑选用滚柱丝杠的应用同时,也应考虑使用高负载滚珠丝杠。

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