概述
Ballscrews for the highest demands
機械工程的多種變化、量測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且快速的線性運動。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。滾珠螺桿的動態與定位精度主要取決於製造精度以及規定公差的技術實現。
滾珠螺桿相對於導螺桿的優點
- 使用壽命顯著更長
- 移動速度非常高
- 發熱量低
- 無黏滑效應
- 定位精度非常高
- 效率非常高
- 所需輸入功率較小
- 適當預壓下無軸向間隙
螺紋輪廓
Thread profile
我們的滾珠螺桿採用「哥德式拱形」滾道輪廓，滾珠直徑與滾道半徑取得最佳關係，使主軸與螺帽之間形成約 45° 的接觸角。這使我們的滾珠螺桿在最大軸向負載下具有優異的運轉特性。所有微型滾珠螺桿的滾珠滾道輪廓，均在熱處理後以最先進的機器進行研磨。
哥德式拱形滾道輪廓與 45° 接觸角示意
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用於提高定位精度的軸向力。由於我們的滾珠螺桿製造極為精確，標準情況下可採用四點系統進行預壓，藉此獲得最佳的額定值。
材料
Materials
我們標準採用以下材料：
| 元件 | 材料 | 硬度 |
|---|---|---|
| 滾珠螺桿主軸 | Cf53 | 滾珠滾道硬化至 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（依要求提供）：
| 元件 | 材料 | 硬度 |
|---|---|---|
| 滾珠螺桿主軸 | 1.4112 | 滾珠滾道硬化至 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 與 Cdyn 降低約 20%。
公差等級
Tolerance classes
Karl Hipp GmbH 滾珠螺桿依 DIN ISO 3408 製造，公差等級為 1 至 10。有效行程 lu 的公差等級與公差符合 ISO/DIS 286/1。
| 量測長度 [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與測試機器進行檢驗，並相應編碼。
可依要求提供以下測試報告
- 導程精度（Lead accuracy）
- 扭矩（Torque）
- 形狀和位置公差（Shape and positional tolerances）
- 尺寸公差（Dimensional tolerances）
Karl Hipp GmbH · DIN EN ISO 9001:2015 認證（Intertek 頒發）
效率
Efficiency
我們區分理論效率與實際效率。實際效率與摩擦係數取決於以下因素：
- 負載（Load）
- 速度（Speed）
- 潤滑（Lubrication）
以下公式用於計算滾珠螺桿的效率：
| 導程角 | tan α = P / (do · π) α = 導程角 [°]、P = 導程 [mm]、do = 滾珠節圓直徑 [mm] |
|---|---|
| 扭矩轉換為縱向力 | η = tan α / tan (α + ρ) ρ = 摩擦角 [°]，約 0.2° 至 0.35° |
| 縱向力轉換為扭矩 | η' = tan (α − ρ) / tan α |
| 實際效率 | ηp = η · 0.9 0.9 為負載、速度與潤滑的平均值 |
剛性
Rigidity
滾珠螺桿的剛性影響其幾何精度與定位精度。在我們的微型滾珠螺桿中，採用四點預壓的零間隙單螺帽，以獲得非常好的剛性值。
靜負載
Static rating
靜負載是同軸作用的軸向負載，對應於滾珠或滾珠滾道在應力最大接觸區域的總永久變形不超過滾珠直徑的 0.0001 倍。不鏽鋼版本的靜負載降低約 20%。
動負載
Dynamic rating
動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。不鏽鋼版本的動負載降低約 20%。
徑向負載
Radial loads
徑向負載可能因安裝公差而產生，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，應留意臨界彎曲速度（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以及所使用滾珠回流系統的類型。
最大轉速準則 [1/min]
| 導程 [mm] | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 16 | 20 | 25 | 32 | 40 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
「–」表示原廠目錄未提供對應數值。
延伸閱讀
See also
壽命計算、潤滑、組裝規範、刮油器與工作溫度
以上內容屬「壽命與潤滑」章節（Karl Hipp 產品目錄第 14 頁 · Lifetime / Lubrication / Assembly specifications / Wiper / Operating temperature），完整內容請參見 壽命、潤滑與組裝 頁面。
