A golyósorsós hajtásrendszerek áttekintése II. – Előfeszítés, golyók visszavezetése

Előző cikksorozatomban a vezetékezési rendszerek kerültek tárgyalásra, mint a mozgó és álló szerkezeti egységek mozgását megvezető rendszereket. De hogyan szerzik a mozgási energiát ezek a szerkezeti egységek? Ebben a cikkben a szerszámgépek mechanikus hajtásrendszeréről szeretnék pár gondolatot megosztani, kiváltképp a golyósorsó-anya hajtás kapcsolatról.

Előfeszítés

Biztos mindenki hallotta kiállításokon/bemutatókon, olvasta katalógusokban az „előfeszített golyósorsó” kifejezést. Az alábbi fejezet ezzel fontos konstrukciós szemponttal foglalkozik. Fontos figyelembe venni az előfeszítésnél azt a tényt, hogy egy szerszámgép egy folyamatosan változó, üzemszerűen működő rendszer, így nem hanyagolható el a súrlódás következtében keletkező hőmennyiség okozta hőtágulást. Az előfeszítés célja a szerszámgép golyósorsó-anya hajtásrendszerében lévő kotyogások, holtjátékok kiküszöbölése. Két előfeszítésről beszélhetünk: orsó-szintű és anya-szintű előfeszítés.

Az orsó-szintű előfeszítés az orsó csapágyain keresztül történik (vagyis az orsó két támpontjánál), a csapágyházakon, vagy más menetes gépelemen keresztül. Az orsó szintű előfeszítésnek két típusa van: húzó előfeszítés és nyomó előfeszítés. A nyomó jellegű előfeszítés előnye, hogy hőtágulás esetén az orsó előfeszítése nő (az orsó tágul, a támpontok fixek), így üzemen kívüli állapotban a gép orsóit terhelő erő kisebb, mint üzemközben (nincs fölöslegesen terhelve a rendszer). Hátránya a kihajlásra való hajlam, mely növeli a golyósorsó excentricitását (egytengelyűségi hiba az ideális forgástengelyhez képest). Ezért csak rövid támközű osróknál szokásos alkalmazni, pl. kisméretű eszterga központoknál, kis mozgástartományú fúró-maró központoknál (tapping center), kiváltképp az Y- tengelyes esztergák Y- tengely mozgását biztosító orsónál. A másik megoldás a húzott orsós előfeszítés, mellyel hosszabb orsókat lehet előfeszíteni. Nagyméretű portálos kialakítású megmunkáló központok orsóit például csak így lehet beállítani. Hátránya, hogy az orsó tágulása során az előfeszítés gyengül.

Nyomó előfeszítés, jobbra: húzó előfeszítés

Nyomó előfeszítés, jobbra: húzó előfeszítés

Az anya szintű előfeszítésnek is két konstrukciós megoldása van: túlfedéses, illetve állítható előfeszítés. Az állítható előfeszítés lényege, hogy két anyát szerelünk a mozgó szerkezeti egységre, vagy két anyát szembefordítunk, majd egy rugalmas elemmel (pl.: tányérrugóval) egymásnak feszítjük őket. Ezen orsó-anya pároknál alkalmazott orsóprofil egy körívből áll, mely nagyobb sugarú, mint a gördülő elem sugara („acme” profil). Így biztosítva, hogy mindig pontszerű az érintkezés, nem vonal menti. Egy ponton érintkezik az orsóval a gördülő elem, egy ponton az anyával, ezért ezeket más szóval 2-pont csatlakozású orsó-anyáknak hívjuk.

Két pontos golyósorsó, rugalmas előfeszítéssel

Két pontos golyósorsó, rugalmas előfeszítéssel

A túlfedéssel előállítható alapja, hogy az orsó és az anya profiljai közötti résnél egy nagyobb méretű gördülő elemet szerelünk be, azaz túlfedéssel illesztjük. A körív profilú orsó erre nem alkalmas, hiszen az érintkezési pont a körív legalsó/legfelső pontja lenne, így a rendszer befeszülne. Ezért egy két körívből álló profilt szoktak alkalmazni (gótikus profil). A gördülő elem két köríven fekszik fel mind az orsón, mind az anyán, ezért 4-pont csatlakozású orsó-anyáknak hívjuk. A túlfedés miatt nem szükséges egyéb külső előfeszítő elem, egy anyával lehet hajtani a szerkezeti egységet.

4 pont csatlakozású golyósorsó

4 pont csatlakozású golyósorsó

A 4-pont csatlakozású orsó-anya hátránya a túlfedés miatti terheléshatár. Míg egy 2-pont csatlakozású orsót kb. a dinamikus terhelési határ 10%-ra lehet előfeszíteni, addig a 4-pont csatlakozásút kb. 8%-ra. Továbbá a túlfedéses illesztés kényesebb a gördülő elemek méretváltozására egy orsó-anya kapcsolaton belül, ezért a pontosabb gyártás igénye miatt drágábbak is. A gótikus profil egyedi szerszámok használatát igényelheti, mely tovább növelheti az orsó árát.

A 2 pont csatlakozású orsó hátránya, hogy esetleges túlterhelés esetén az előfeszítés gyengülhet, a folyamatos túlterhelések hatására leoldhat. Ezért szükséges a gyártók által előírt rendszerességgel utófeszíteni az anyákat. A 4 pont csatlakozású orsó előfeszítése, ha egyszer leold, akkor az a gördülőelemek cseréjét igényli, míg a 2-pontos többször is előfeszíthető, így élettartama kedvezőbb.

Üzemszerű melegedés közben a 4 pontos csatlakozású orsó-anya előfeszítése megnő. Túlmelegedés esetén akár a kritikus határ elérése után az orsó futófelületének túlzott kopása, esetlegesen sérülése is előfordulhat. A 2 pontos orsó-anya egy rugalmas rendszert képez (az előfeszítő elem beépítése miatt), így az előfeszítési állapotában kevesebb szerepet játszik az orsó tágulása.

Gördülő elemek visszavezetése

Az anya kialakításának szempontjából több megoldás született a gördülő elemek visszavezetésére. Az egyik megoldás a teljes visszavezetéses konstrukció, mely lényege, hogy a gördülőelem sor végénél a golyókat visszavezetjük az anya kezdő menetéhez. Másik megoldás, hogy csak egy-két menetemelkedésig vezetjük vissza a golyókat. Az egyik megoldása a részleges visszavezetésnek a deflektor-hidas konstrukció, mely csak egy menetemelkedésnyit tud visszavezetni. A működése, hogy az anyamenet végén a deflektor felemeli a golyót és az előző menetbe helyezi vissza. A teljes és a részleges visszavezetés közti megoldás a csőelemekkel történő visszavezetés. A cső hasonlóképpen felemeli az orsótól a gördülő elemet, majd a cső hosszának a függvényében visszahelyezi a gördülő sorba a golyót.

Deflektoros gördülőelem visszavezetés

Deflektoros gördülőelem visszavezetés

A teljes visszavezetéses megoldás hallatlan előnye a magasabb élettartama, egyrészt több gördülő elemen oszlik meg az időszakos terhelés, másrészt egyenletesebb a golyók terhelt időszakainak hossza. Hátránya a sok gördülő elemben található: több golyó zajosabb, másrészt drágább is. Viszont bármekkora orsóátmérő-menetemelkedés arányban megvalósítható.

Csöves gördülőelem visszavezetés

Csöves gördülőelem visszavezetés

A deflektoros megoldás előnye az ára. A műanyag deflektor jelentősen csökkenti a konstrukció árát, másrészt kevesebb gördülő elem kerül beépítésre. Hátránya, az alacsonyabb élettartama, időszakosan kevesebb elemen oszlik meg a terhelés.

Teljes gördülőelem visszavezetés

Teljes gördülőelem visszavezetés

A kettő közötti megoldás, a cső visszavezetéses konstrukció az egyik leggyakrabban alkalmazott megoldás. A csövet közvetlenül a menetfutás irányában lehet az anyában bevezetni, így a gördülő elemek ki- és belépése a menetfutás irányával nagymértékben megegyezik, így elkerülhető a gördülő elemek nekicsapódása a menetároknak. A halk konstrukció mellet ára is moderált, a golyók számától függően. A cső visszavezetéses megoldással, több visszavezető elem beépítésével akár a teljes visszavezetés is megoldható.

Látható, hogy csöves visszavezetésnél a golyók a futásiránnyal megegyező irányban jutnak vissza

Látható, hogy csöves visszavezetésnél a golyók a futásiránnyal megegyező irányban jutnak vissza

Szerző Juhász Miklós

Felhasznált források:

1, http://www.designworldonline.com/thomson-neff-precision-rolled-metric-ball-screws/

2, https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso:3408:-1:ed-2:v1:en

3, http://www.nookindustries.com/LinearLibraryItem/Ball_Screw_Load_Definitions

4, http://www.thk.com/?q=eng/node/230

5, http://www.nsk.com/products/precisionmachine/ballscrew/

6, http://www.thk.com/?q=eng/node/230

7, http://www.globalspec.com/FeaturedProducts/Detail/Steinmeyer/Steinmeyer_Custom_Ball_Screws/49370/0

8, http://www.barnesballscrew.com/ball-screws/

9, http://www.strippittech.com/Strippit_Ballscrew_Care_and_Replacement.html

10, http://www.nskeurope.com/cps/rde/xchg/eu_en/hs.xsl/innovative-nut-cooling-ball-screws.html

11, www.smart-energy.hu

12, www.toyodausa.com

13, www.hwacheon.com

14, http://www.methods-equipment.com/Kitamura_HMC.html