Hipp 微型滾珠螺桿 - 滾珠螺桿技術
Ballscrew Technology - 術語詞彙表
最高要求的滾珠螺桿
Ballscrews for the highest demands
機械工程的多種變化、測量技術和醫療技術要求最高精度的線性驅動。Hipp 精密研磨滾珠螺桿正是為這些要求而設計。無論是在生產機器人還是手術顯微鏡中，我們的滾珠螺桿都能實現精確和快速的線性運動。我們的開發人員也會為您的特殊要求制定適當的解決方案。
一般資訊
General information
滾珠螺桿將旋轉運動轉換為線性運動。滾珠是滾珠螺桿主軸和螺帽之間的滾動元件。滾珠螺桿的動態和定位精度主要取決於生產精度和規定公差的技術實施。
滾珠螺桿相對於導螺桿的優點
- 顯著更長的使用壽命
- 非常高的移動速度
- 低發熱量
- 無黏滑效應
- 非常高的定位精度
- 非常高的效率
- 所需輸入功率較小
- 適當預壓時無軸向間隙
螺紋輪廓
Thread profile
我們的滾珠螺桿採用「哥德式拱形」軌道輪廓，滾珠直徑與軌道半徑的最佳關係使主軸和螺帽之間產生約 45° 的接觸角。這賦予我們的滾珠螺桿在最大軸向負載下出色的運行特性。所有微型滾珠螺桿的滾珠軌道輪廓均在熱處理後使用最先進的機器進行研磨。
螺帽系統
Nut systems
- 低間隙單螺帽 - Low-play single nut
- 消除背隙預壓單螺帽 - Anti-backlash pre-loaded single nut
- 消除背隙預壓雙螺帽 - Anti-backlash pre-loaded double nut
- 殼體內彈簧預壓雙螺帽 - Spring pre-loaded double nut in the housing
預壓
Pre-loading
預壓力是螺帽系統內的軸向力，用於提高定位精度。由於我們的滾珠螺桿製造極為精確，標準情況下可使用四點系統進行預壓。因此我們獲得最佳的額定值。
材料
Materials
我們標準使用以下材料：
| 元件 | 材料 | 硬度 |
|---|---|---|
| 滾珠螺桿主軸 | Cf53 | 滾珠軌道硬化至 60 ±2 HRC |
| 滾珠螺桿螺帽 | 100Cr6 | 硬化至 60 ±2 HRC |
| 滾珠 | 100Cr6 | 硬化至 60 ±2 HRC |
不鏽鋼版本（依要求）
- 滾珠螺桿主軸：1.4112 - 滾珠軌道硬化至 56 ±2 HRC
- 滾珠螺桿螺帽：1.4034 - 硬化至 56 ±2 HRC
- 滾珠：1.4034 - 硬化至 56 ±2 HRC
- 注意：不鏽鋼版本的 Cstat 和 Cdyn 降低約 20%
公差等級
Tolerance classes
Karl Hipp GmbH 滾珠螺桿按照 DIN ISO 3408 製造，公差等級為 1 至 10。有效行程 lu 的公差等級和公差符合 ISO/DIS 286/1。
| 測量長度 [mm] | IT1 [µm] | IT3 [µm] | IT5 [µm] | IT7 [µm] |
|---|---|---|---|---|
| – 315 | 6 | 12 | 23 | 52 |
| 316 – 400 | 7 | 13 | 25 | 57 |
| 401 – 500 | 8 | 15 | 27 | 63 |
| 501 – 630 | 9 | 16 | 30 | 70 |
| 631 – 800 | 10 | 18 | 35 | 80 |
| 801 – 1000 | 11 | 21 | 40 | 90 |
| 1001 – 1250 | 13 | 24 | 46 | 105 |
| 1251 – 1600 | 15 | 29 | 54 | 125 |
| 1601 – 2000 | 18 | 35 | 65 | 150 |
| 2001 – 2500 | 22 | 41 | 77 | 175 |
| 2501 – 3150 | 26 | 50 | 93 | 210 |
公差符合 DIN ISO 3408-3
品質
Quality
Karl Hipp GmbH 自 1997 年起獲得 DIN ISO 9001 認證。所有滾珠螺桿均使用最先進的測量和測試機器進行檢查，並相應編碼。
可依要求提供以下測試報告：
- 導程精度
- 形狀和位置公差
- 尺寸公差
效率
Efficiency
我們區分理論效率和實際效率。實際效率和摩擦係數取決於以下因素：潤滑條件。
效率計算公式
The following formulas are used to calculate a ballscrew's efficiency
導程角計算
tan α = P / (do · π)
其中：α = 導程角 [°]，P = 導程 [mm]，do = 滾珠節圓直徑 [mm]
扭矩轉換為縱向力時
η = tan α / tan (α + ρ)
其中：ρ = 摩擦角 [°]，約 0.2° 至 0.35°
縱向力轉換為扭矩時
η' = tan (α - ρ) / tan α
實際效率計算
ηρ = η · 0.9
0.9 是負載、速度和潤滑的平均值。
剛性
Rigidity
滾珠螺桿的剛性影響其幾何和位置精度。在我們的微型滾珠螺桿中，我們使用四點預壓的零間隙單螺帽，以獲得非常好的剛性值。
靜態額定負載
Static rating
靜態額定負載是同軸作用的軸向負載，對應於滾珠或滾珠軌道在最大應力接觸區域處滾珠或滾珠軌道的總永久變形不超過 0.0001 × 滾珠直徑。不鏽鋼版本的靜態額定負載降低約 20%。
動態額定負載
Dynamic rating
動態額定負載是同軸軸向負載，在此負載下滾珠螺桿可達到 1000 萬次循環的標稱壽命。不鏽鋼版本的動態額定負載降低約 20%。
徑向負載
Radial loads
徑向負載可能由於安裝公差而產生，但應保持在最小軸向負載的 5% 以下。
速度
Speeds
設計滾珠螺桿時，應注意臨界彎曲速度 - 此時主軸會發生共振 - 以及最大速度，這兩者在很大程度上取決於螺帽設計和所用滾珠回流系統的類型。
最大轉速準則 [1/min]
Guidelines for maximum speeds
| 導程 [mm] | 4 mm | 6 mm | 8 mm | 10 mm | 12 mm | 16 mm | 20 mm | 25 mm | 32 mm | 40 mm |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.5 | 4,000 | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 1 | 4,500 | 4,500 | 3,200 | - | 1,800 | - | - | - | - | - |
| 2 | - | 4,500 | 4,200 | 4,000 | 3,400 | 3,000 | - | - | - | - |
| 2.5 | - | - | 4,200 | - | 3,400 | 3,000 | - | - | - | - |
| 3 | - | - | - | - | 3,400 | - | - | - | - | - |
| 4 | - | - | 4,200 | - | 3,600 | 4,000 | - | - | - | - |
| 5 | - | - | 4,000 | - | 3,600 | 4,200 | 4,000 | 3,800 | 3,500 | 2,700 |
| 10 | - | - | - | - | 3,600 | 4,200 | 4,000 | 3,800 | 3,500 | 3,000 |
壽命
Lifetime
壽命（標稱壽命）以循環次數表示，即足夠大數量的滾珠螺桿中 90% 在首次出現材料疲勞跡象之前達到或超過的循環次數。此數字以循環次數或小時表示。
壽命計算公式
L = (C / Fm)3 × 106
其中：L = 壽命（循環次數），C = 動態額定負載，Fm = 平均軸向負載 (N)
平均軸向負載計算
Fm = [(F13 · L1 + F23 · L2 + F33 · L3 + ...) / (L1 + L2 + L3 + ...)]1/3
其中：F = 軸向負載 (N)，L = 負載行程 (mm)
潤滑
Lubrication
基本上，用於滾珠軸承的潤滑劑同樣可用於滾珠螺桿的潤滑。通常，滾珠螺桿的單次終身潤滑是不夠的，因為儘管使用了適當的刮油器，滾珠螺桿主軸仍會不斷帶走潤滑脂。如有可能，應遵守適當的維護間隔。潤滑劑的選擇取決於多個因素。最重要的因素是主軸速度、工作溫度和滾珠螺桿負載。
安裝規範
Assembly specifications
安裝期間不應對螺帽系統施加徑向或偏心力。平行和直角偏差不得超過 0.02 mm。
刮油器
Wiper
各種類型的刮油器可用於保護滾珠螺桿免受污垢和污染，例如氈製或塑料製。
工作溫度
Operating temperature
滾珠螺桿的允許工作溫度範圍為 -20 °C 至 +80 °C。
