Hipp 소형 볼 스크류 - 볼 스크류 기술
Ballscrew Technology - 용어 해설
최고 요구 사항을 위한 볼 스크류
Ballscrews for the highest demands
기계 공학, 측정 기술 및 의료 기술의 다양한 요구 사항은 최고 정밀도의 리니어 구동을 필요로 합니다. Hipp 정밀 연삭 볼 스크류는 바로 이러한 요구 사항을 위해 설계되었습니다. 생산 로봇이든 수술용 현미경이든, 당사의 볼 스크류는 정확하고 빠른 리니어 운동을 실현합니다. 당사 개발진은 귀하의 특수 요구 사항에 맞는 적절한 솔루션도 개발해 드립니다.
일반 정보
General information
볼 스크류는 회전 운동을 리니어 운동으로 변환합니다. 강구는 볼 스크류 스핀들과 너트 사이의 전동 요소입니다. 볼 스크류의 동적 특성 및 위치 결정 정밀도는 주로 생산 정밀도와 규정된 공차의 기술적 구현에 따라 달라집니다.
볼 스크류의 리드 스크류 대비 장점
- 현저히 긴 사용 수명
- 매우 높은 이동 속도
- 낮은 발열
- 스틱슬립 없음
- 매우 높은 위치 결정 정밀도
- 매우 높은 효율
- 낮은 입력 동력 요구
- 적절한 예압 시 축 방향 틈새 없음
나사 프로파일
Thread profile
당사의 볼 스크류는 "고딕 아치형" 궤도 프로파일을 채용하고 있습니다. 볼 직경과 궤도 반경의 최적 관계가 스핀들과 너트 사이에 약 45°의 접촉각을 형성합니다. 이를 통해 당사의 볼 스크류는 최대 축 방향 하중에서도 우수한 운전 특성을 발휘합니다. 모든 소형 볼 스크류의 강구 궤도 프로파일은 열처리 후 최첨단 장비를 사용하여 연삭됩니다.
너트 시스템
Nut systems
- 저 클리어런스 싱글 너트 - Low-play single nut
- 백래시 제거 예압 싱글 너트 - Anti-backlash pre-loaded single nut
- 백래시 제거 예압 더블 너트 - Anti-backlash pre-loaded double nut
- 하우징 내 스프링 예압 더블 너트 - Spring pre-loaded double nut in the housing
예압
Pre-loading
예압력은 너트 시스템 내의 축 방향 힘으로, 위치 결정 정밀도를 향상시키는 데 사용됩니다. 당사의 볼 스크류는 극히 정밀하게 제조되므로 표준적으로 4점 시스템을 사용한 예압이 가능합니다. 이를 통해 최적의 정격값을 얻을 수 있습니다.
재료
Materials
표준적으로 다음 재료를 사용합니다:
| 구성 요소 | 재료 | 경도 |
|---|---|---|
| 볼 스크류 스핀들 | Cf53 | 강구 궤도 경화 60 ±2 HRC |
| 볼 스크류 너트 | 100Cr6 | 경화 60 ±2 HRC |
| 강구 | 100Cr6 | 경화 60 ±2 HRC |
스테인리스강 버전 (요청 시)
- 볼 스크류 스핀들: 1.4112 - 강구 궤도 경화 56 ±2 HRC
- 볼 스크류 너트: 1.4034 - 경화 56 ±2 HRC
- 강구: 1.4034 - 경화 56 ±2 HRC
- 참고: 스테인리스강 버전의 Cstat 및 Cdyn은 약 20% 감소합니다
공차 등급
Tolerance classes
Karl Hipp GmbH 볼 스크류는 DIN ISO 3408에 따라 공차 등급 1~10으로 제조됩니다. 유효 스트로크 lu의 공차 등급 및 공차는 ISO/DIS 286/1을 준수합니다.
| 측정 길이 [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 |
공차는 DIN ISO 3408-3에 따릅니다
품질
Quality
Karl Hipp GmbH는 1997년부터 DIN ISO 9001 인증을 취득하고 있습니다. 모든 볼 스크류는 최첨단 측정 및 시험 장비를 사용하여 검사되며 적절하게 코딩됩니다.
요청 시 다음 시험 보고서를 제공합니다:
- 리드 정밀도
- 형상 및 위치 공차
- 치수 공차
효율
Efficiency
이론 효율과 실제 효율을 구분합니다. 실제 효율과 마찰 계수는 다음 인자에 따라 달라집니다: 윤활 조건.
효율 계산 공식
The following formulas are used to calculate a ballscrew's efficiency
리드각 계산
tan α = P / (do · π)
여기서: α = 리드각 [°], P = 리드 [mm], do = 강구 피치원 직경 [mm]
토크를 종방향 힘으로 변환 시
η = tan α / tan (α + ρ)
여기서: ρ = 마찰각 [°], 약 0.2° ~ 0.35°
종방향 힘을 토크로 변환 시
η' = tan (α - ρ) / tan α
실제 효율 계산
ηρ = η · 0.9
0.9는 하중, 속도 및 윤활의 평균값입니다.
강성
Rigidity
볼 스크류의 강성은 기하학적 및 위치 정밀도에 영향을 미칩니다. 당사의 소형 볼 스크류에서는 4점 예압 방식의 제로 클리어런스 싱글 너트를 사용하여 매우 우수한 강성값을 얻고 있습니다.
정적 정격 하중
Static rating
정적 정격 하중은 동축으로 작용하는 축 방향 하중으로, 최대 응력 접촉 영역에서 강구 또는 강구 궤도의 총 영구 변형이 볼 직경의 0.0001배를 초과하지 않는 값입니다. 스테인리스강 버전의 정적 정격 하중은 약 20% 감소합니다.
동적 정격 하중
Dynamic rating
동적 정격 하중은 볼 스크류가 1,000만 회전의 정격 수명을 달성할 수 있는 동축 축 방향 하중입니다. 스테인리스강 버전의 동적 정격 하중은 약 20% 감소합니다.
레이디얼 하중
Radial loads
레이디얼 하중은 장착 공차로 인해 발생할 수 있지만, 최소 축 방향 하중의 5% 이하로 유지해야 합니다.
속도
Speeds
볼 스크류 설계 시, 스핀들이 공진하는 임계 굽힘 속도와 최대 속도에 주의해야 합니다. 이 두 가지는 너트 설계 및 사용되는 볼 순환 시스템의 유형에 크게 좌우됩니다.
최대 회전 속도 가이드라인 [1/min]
Guidelines for maximum speeds
| 리드 [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 |
수명
Lifetime
수명(정격 수명)은 회전 수로 표현되며, 충분히 많은 수의 볼 스크류 중 90%가 재료 피로의 첫 번째 징후가 나타나기 전에 도달하거나 초과하는 회전 수입니다. 이 수치는 회전 수 또는 시간으로 표시됩니다.
수명 계산 공식
L = (C / Fm)3 × 106
여기서: L = 수명 (회전 수), C = 동적 정격 하중, Fm = 평균 축 방향 하중 (N)
평균 축 방향 하중 계산
Fm = [(F13 · L1 + F23 · L2 + F33 · L3 + ...) / (L1 + L2 + L3 + ...)]1/3
여기서: F = 축 방향 하중 (N), L = 부하 스트로크 (mm)
윤활
Lubrication
기본적으로 볼 베어링에 사용되는 윤활제는 볼 스크류의 윤활에도 사용할 수 있습니다. 일반적으로 볼 스크류의 일회성 평생 윤활은 충분하지 않습니다. 적절한 오일 스크레이퍼를 사용하더라도 볼 스크류 스핀들이 지속적으로 그리스를 가져가기 때문입니다. 가능한 한 적절한 유지보수 간격을 준수해야 합니다. 윤활제 선택은 여러 인자에 따라 달라집니다. 가장 중요한 인자는 스핀들 속도, 사용 온도 및 볼 스크류 하중입니다.
조립 사양
Assembly specifications
조립 중에 너트 시스템에 레이디얼 또는 편심 하중을 가해서는 안 됩니다. 평행도 및 직각도 편차는 0.02 mm를 초과해서는 안 됩니다.
오일 스크레이퍼
Wiper
볼 스크류를 오물 및 오염으로부터 보호하기 위해 펠트제 또는 플라스틱제 등 다양한 유형의 오일 스크레이퍼를 사용할 수 있습니다.
사용 온도
Operating temperature
볼 스크류의 허용 사용 온도 범위는 -20 °C ~ +80 °C입니다.
