Hipp 微型滚珠丝杠 - 滚珠丝杠技术
Ballscrew Technology - 术语词汇表
最高要求的滚珠丝杠
Ballscrews for the highest demands
机械工程的多种变化、测量技术和医疗技术要求最高精度的线性驱动。Hipp 精密磨削滚珠丝杠正是为这些要求而设计。无论是在生产机器人还是手术显微镜中，我们的滚珠丝杠都能实现精确和快速的线性运动。我们的开发人员也会为您的特殊要求制定适当的解决方案。
一般资讯
General information
滚珠丝杠将旋转运动转换为线性运动。钢球是滚珠丝杠主轴和螺母之间的滚动元件。滚珠丝杠的动态和定位精度主要取决于生产精度和规定公差的技术实施。
滚珠丝杠相对于导螺杆的优点
- 显著更长的使用寿命
- 非常高的移动速度
- 低发热量
- 无粘滑效应
- 非常高的定位精度
- 非常高的效率
- 所需输入功率较小
- 适当预紧时无轴向游隙
螺纹轮廓
Thread profile
我们的滚珠丝杠采用「哥德式拱形」轨道轮廓，钢球直径与轨道半径的最佳关系使主轴和螺母之间产生约 45° 的接触角。这赋予我们的滚珠丝杠在最大轴向载荷下出色的运行特性。所有微型滚珠丝杠的钢球轨道轮廓均在热处理后使用最先进的机器进行磨削。
螺母系统
Nut systems
- 低间隙单螺母 - Low-play single nut
- 消除齿隙预紧单螺母 - Anti-backlash pre-loaded single nut
- 消除齿隙预紧双螺母 - Anti-backlash pre-loaded double nut
- 壳体内弹簧预紧双螺母 - Spring pre-loaded double nut in the housing
预紧
Pre-loading
预紧力是螺母系统内的轴向力，用于提高定位精度。由于我们的滚珠丝杠制造极为精确，标准情况下可使用四点系统进行预紧。因此我们获得最佳的额定值。
材料
Materials
我们标准使用以下材料：
| 元件 | 材料 | 硬度 |
|---|---|---|
| 滚珠丝杠主轴 | Cf53 | 钢球轨道硬化至 60 ±2 HRC |
| 滚珠丝杠螺母 | 100Cr6 | 硬化至 60 ±2 HRC |
| 钢球 | 100Cr6 | 硬化至 60 ±2 HRC |
不锈钢版本（依要求）
- 滚珠丝杠主轴：1.4112 - 钢球轨道硬化至 56 ±2 HRC
- 滚珠丝杠螺母：1.4034 - 硬化至 56 ±2 HRC
- 钢球：1.4034 - 硬化至 56 ±2 HRC
- 注意：不锈钢版本的 Cstat 和 Cdyn 降低约 20%
公差等级
Tolerance classes
Karl Hipp GmbH 滚珠丝杠按照 DIN ISO 3408 制造，公差等级为 1 至 10。有效行程 lu 的公差等级和公差符合 ISO/DIS 286/1。
| 测量长度 [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
质量
Quality
Karl Hipp GmbH 自 1997 年起获得 DIN ISO 9001 认证。所有滚珠丝杠均使用最先进的测量和测试机器进行检查，并相应编码。
可依要求提供以下测试报告：
- 导程精度
- 形状和位置公差
- 尺寸公差
效率
Efficiency
我们区分理论效率和实际效率。实际效率和摩擦系数取决于以下因素：润滑条件。
效率计算公式
The following formulas are used to calculate a ballscrew's efficiency
导程角计算
tan α = P / (do · π)
其中：α = 导程角 [°]，P = 导程 [mm]，do = 钢球节圆直径 [mm]
扭矩转换为纵向力时
η = tan α / tan (α + ρ)
其中：ρ = 摩擦角 [°]，约 0.2° 至 0.35°
纵向力转换为扭矩时
η' = tan (α - ρ) / tan α
实际效率计算
ηρ = η · 0.9
0.9 是负载、速度和润滑的平均值。
刚度
Rigidity
滚珠丝杠的刚度影响其几何和位置精度。在我们的微型滚珠丝杠中，我们使用四点预紧的零间隙单螺母，以获得非常好的刚度值。
静态额定负载
Static rating
静态额定负载是同轴作用的轴向载荷，对应于钢球或钢球轨道在最大应力接触区域处钢球或钢球轨道的总永久变形不超过 0.0001 × 钢球直径。不锈钢版本的静态额定负载降低约 20%。
动态额定负载
Dynamic rating
动态额定负载是同轴轴向载荷，在此负载下滚珠丝杠可达到 1000 万次循环的标称寿命。不锈钢版本的动态额定负载降低约 20%。
径向载荷
Radial loads
径向载荷可能由于安装公差而产生，但应保持在最小轴向载荷的 5% 以下。
速度
Speeds
设计滚珠丝杠时，应注意临界弯曲速度 - 此时主轴会发生共振 - 以及最大速度，这两者在很大程度上取决于螺母设计和所用钢球回流系统的类型。
最大转速准则 [1/min]
Guidelines for maximum speeds
| 导程 [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 |
寿命
Lifetime
寿命（标称寿命）以循环次数表示，即足够大数量的滚珠丝杠中 90% 在首次出现材料疲劳迹象之前达到或超过的循环次数。此数字以循环次数或小时表示。
寿命计算公式
L = (C / Fm)3 × 106
其中：L = 寿命（循环次数），C = 动态额定负载，Fm = 平均轴向载荷 (N)
平均轴向载荷计算
Fm = [(F13 · L1 + F23 · L2 + F33 · L3 + ...) / (L1 + L2 + L3 + ...)]1/3
其中：F = 轴向载荷 (N)，L = 负载行程 (mm)
润滑
Lubrication
基本上，用于球轴承的润滑剂同样可用于滚珠丝杠的润滑。通常，滚珠丝杠的单次终身润滑是不够的，因为尽管使用了适当的刮油器，滚珠丝杠主轴仍会不断带走润滑脂。如有可能，应遵守适当的维护间隔。润滑剂的选择取决于多个因素。最重要的因素是主轴速度、工作温度和滚珠丝杠负载。
安装规范
Assembly specifications
安装期间不应对螺母系统施加径向或偏心力。平行和直角偏差不得超过 0.02 mm。
刮油器
Wiper
各种类型的刮油器可用于保护滚珠丝杠免受污垢和污染，例如毡制或塑料制。
工作温度
Operating temperature
滚珠丝杠的允许工作温度范围为 -20 °C 至 +80 °C。
