Частые проблемы с шариковыми винтами: анализ причин и решения

I. Чрезмерная реакция

1Недостаточная предварительная загрузка

• Причина: отсутствие предварительной загрузки или неадекватная предварительная загрузка приводит к скольжению гайки из-за собственного веса в вертикальных установках, что приводит к значительному негативному воздействию в условиях отсутствия нагрузки.
• Анализ: не загруженные шаровые винты могут проявлять обратную реакцию, превышающую 0,05 мм, что снижает точность позиционирования и ограничивает использование в применениях с низкой нагрузкой и низкой точностью.
• Решения:
  ▶ Применять предварительную нагрузку, эквивалентную 1 ‰ 3% от номинальной динамической нагрузки с использованием двойной гайки или пружины предварительной нагрузки;
  ▶ Для высокой точности выбирайте конструкции с одним гайком с встроенной предварительной загрузкой (класс точности C5 или выше).

2. Чрезмерное искривление

• Причина: неправильная термическая обработка (недостаточная твердость, неравномерное распределение твердости или мягкий материал) или чрезмерно высокое соотношение длины к диаметру (L / D > 70) уменьшает жесткость.
• Анализ: соотношение L/D, превышающее 70, может привести к ослаблению винта из-за собственного веса, что приводит к неправильному выравниванию гайки и усилению обратной реакции; низкая твердость материала ускоряет износ.
• Решения:
  ▶ Сохраняйте L/D ≤ 60 и используйте фиксированные опоры с двумя концами (вместо односторонних опор) для тяжелых грузов;
  ▶ Выбирайте высокопрочную сплавную сталь (например, SUJ2) и убедитесь, что термическая обработка соответствует отраслевым стандартам твердости (кулак: HRC 62?? 66, орешек: HRC 58?? 62, винт: HRC 56?? 62).

3Неправильный выбор и установка подшипников

• Причина: Использование глубоких канавных шаровых подшипников вместо угловых контактных подшипников или неправильное выравнивание при установке подшипников (ошибка перпендикулярности > 0,02 мм/м).
• Анализ: глубокие канавные шариковые подшипники не выдерживают осевых нагрузок, вызывая осевую игру; наклон подшипника приводит к периодическим изменениям обратной реакции.
• Решения:
  ▶ Уделять первоочередное внимание угловым контактным подшипникам с углом соприкосновения 60° (например, серии 7000), установленным спиной к спине;
  ▶ При обработке обеспечивайте перпендикулярность подшипника к винтовому плечу в пределах 0,01 мм, используя двойные блокировки для защиты от ослабления.

4Недостаточная жесткость опоры

• Причина: тонкостенные или слабопрочные материалы (например, чугун вместо стали) для орехов или подшипников.
• Анализ: эластичная деформация под нагрузкой смещает ось винта, эффективно увеличивая обратную реакцию.
• Решения:
  ▶ Увеличить толщину стенки опоры (рекомендуется ≥ 15 мм) или укрепить ребристыми конструкциями;
  ▶ Для критических компонентов используйте сталь 45# с охлаждением и закаливанием (твердость HB220-250).

II. Проблемы с нерегулярным движением

1Дефекты точности обработки

• (1) Чрезмерная грубость поверхности
  • Причина: недостаточная точность шлифования для отверстий винтов и орехов (Ra > 0,4μm) или ошибка округлости шарика > 0,001 мм.
  • Решение: Принять процессы сверхзавершения для контроля шероховатости проезжей части при Ra ≤ 0,2μm; шарики экрана для ошибки округлости ≤ 0,0005mm.
• (2) Отклонение свинца/печа
  • Причина: Недостаточная точность инструментов обработки нитей (например, кумулятивная ошибка толщины > ± 0,015 мм/300 мм).
  • Решения: Использовать высокоточные шлифовальные станки (точность позиционирования ± 0,005 мм) и полностью осмотреть готовые винты с помощью лазерных инструментов измерения свинца.
• (3) Сбой системы рециркуляции
  • Причина: неправильное выравнивание циркуляционных труб (> 0,5 мм смещения) или вырывы внутри труб, вызывающие застой шаров.
  • Решения: Использовать устройства для установки позиции для выравнивания циркуляционных труб с проездами; провести испытания без нагрузки при скорости ≥ 500 мм/с после сборки.

2Проникновение инородного материала и сбой смазки

• (1) Загрязнение трассы
  • Причина: отсутствие защиты от пыли (например, скребцы), позволяющая проникновению в проемы обрабатывающих чипов (> 50 мкм) или пыли.
  • Решения: установка герметичности с двойными губами (защита IP54); очистка проезжей части керосином и пополнение жиром на основе лития (NLGI Grade 2) каждые 200 часов работы.
• (2) Недостаточная смазка
  • Причина: превышение интервалов смазки (>200 часов) или неправильное использование масла (например, на основе кальция вместо лития).
  • Решения: интегрировать автоматические системы смазки (интервал смазки ≤8 часов) для автоматизированного оборудования; использовать дисульфид молибдена для высокотемпературных условий.

3Неправильная установка

• Причина: Ошибка параллельности между ореховым сиденьем и проводниковой рельсой > 0,1 мм/м или ошибка коаксиальности между отверстием подшипника и осью винта > 0,03 мм.
• Анализ: эксцентрическая нагрузка увеличивает трение на трассе более чем на 30% из-за одностороннего напряжения на шары.
• Решения: калибровка с помощью указателя циферблата во время установки (параллелизм ≤ 0,05 мм/м, коаксиальность ≤ 0,02 мм); при необходимости использовать шлимы для выравнивания.

III. Проблемы с неисправностью компонента

1Перелом мяча.

• Причина:
  ▶ Дефекты материала (например, включения) или обработка на низкой температуре (жесткость)▶ Концентрация теплового напряжения (разница температуры > 50°C вызывает напряжение > 800 МПа из-за несоответствия коэффициента расширения).
• Решения:
  ▶ Выберите подшипник SUJ2 с стальными шариками и отвергните дефектные с помощью магнитной проверки частиц;
  ▶ Добавить охлаждающие конструкции (например, полые винты с охлаждающей жидкостью) для высокоскоростных применений, ограничивая повышение температуры ≤30°C.

2Повреждение циркуляционной трубы

• Причина: перегрузка (орешек превышает эффективный ход на > 10 мм) или удар во время установки (сила > 50 Н).
• Анализ: деформированные трубы блокируют циркуляцию шаров, вызывая местные скачки давления и разрыв трассы (сокращение срока службы на 70%).
• Решения:
  ▶ Установка двойных ограничений (жесткие + мягкие) с маржой безопасности ≥ 5 мм в программном обеспечении управления;
  ▶ Используйте устойчивые к ударам нейлоновые циркуляционные трубки (вместо пластиковых) и проверяйте пределы удара после сборки.

3- Перелом плеча.

• Причина:
  ▶ Дефекты конструкции (радиус перехода)2.5);
  ▶ Неравномерный крутящий момент застежки (отклонение > ± 10%) вызывает вытекание плеча > 0,02 мм.
• Решения:
  ▶ Оптимизировать конструкцию плеча с радиусом перехода R5R8mm и выполнять анализ конечных элементов (фактор безопасности ≥ 2,0);
  ▶ Затягивайте застежки с помощью крутящего момента (например, застежка M20: 150 ≈ 180 Н·м) и обеспечивайте вытяжку плеча ≤ 0,01 мм.

IV. Рекомендации по профилактическому обслуживанию

1. Регулярные инспекции:
   • Измерение обратной реакции: для проверки обратной реакции (без нагрузки ≤ 0,01 мм, при полной нагрузке ≤ 0,03 мм) используется индикатор циферблата;
   • Анализ вибрации: отслеживание вибрации с помощью акселерометров (значение RMS ≤ 1,5 м/с2).
2. Управление смазкой:
   • Ручная смазка: наносить смазку (1/3 объема ореха) каждые 100 рабочих часов;
   • Автоматическая смазка: используйте прогрессивные распределители с 0, 5 1 мл жира на инъекцию, интервал 4 часа.
3. Управление запасными частями:
   • Критические запасные части: шарики (одна и та же партия), трубки рециркуляции и уплотнения;
   • Плановая замена: заменяйте шариковые винты каждые 3 года или 10 000 часов при высоких скоростях.