Welche Vorspannungsmethoden gibt es zum Schleifen von Kugelumlaufspindeln? Wie wählt man die passende Vorspannung?

Das Vorkompressionsdesign von Schleifkugelgewindetrieben ist die Kernmethode zur Verbesserung der Steifigkeit, zur Beseitigung des Axialspiels und zur Verbesserung der dynamischen Reaktionsfähigkeit. Die Methode und Auswahl der Vorkomprimierung sollte umfassend entsprechend der Präzision, Last und Geschwindigkeit des Anwendungsszenarios bestimmt werden.

Positionierungsvorspannung (feste Vorspannung)
Prinzip: Durch Anpassen der axialen Position der Mutter oder Gewindestange erfährt die Kontaktfläche zwischen Kugel und Laufbahn eine anfängliche elastische Verformung, wodurch eine feste Vorspannung entsteht.
Merkmale:
Die Vorspannung ist konstant, unbeeinflusst von Laständerungen und starr.
Geeignet für niedrige bis mittlere Geschwindigkeiten und hohe Präzision (z. B. Vorschubachsen von CNC-Maschinen).
Es ist eine präzise Steuerung des Vorspannungsbetrags erforderlich. Eine zu hohe Vorspannung kann zu erhöhter Reibung und einer kürzeren Lebensdauer führen.
Konstante Druckbeaufschlagung (Federvorspannung)
So funktioniert es: Installieren Sie Federn (z. B. Tellerfedern oder Wellenfedern) innerhalb oder außerhalb der Mutter, um eine dynamische Vorspannung durch Federkraft zu gewährleisten.
Merkmale:
Die Vorspannkraft passt sich automatisch der Belastung an und eignet sich für hohe Geschwindigkeiten und variable Belastungsbedingungen (z. B. Robotergelenke).
Die komplexe Struktur erfordert eine regelmäßige Überprüfung der Federermüdung.
Die Leistung der Feder wirkt sich direkt auf die Stabilität der Vorspannkraft aus. Daher muss das Federmaterial mit hoher Präzision ausgewählt werden.
Doppelte Muttervorspannung
So funktioniert es: Durch die relative axiale Verschiebung zweier Muttern (z. B. Dichtungseinstellung, Gewindesicherung) wird sowohl auf die Kugel als auch auf die Laufbahn Druck ausgeübt.
Merkmale:
Die Vorspannkraft ist gleichmäßig und eignet sich für hohe Belastungen und hohe Steifigkeitsanforderungen (z. B. Formschließmechanismus von Spritzgießmaschinen).
Um die Koaxialität der beiden Muttern sicherzustellen, ist eine hochpräzise Bearbeitung erforderlich, da sonst Vibrationen auftreten können.
Es ist in „Rücken{0}}an-Rücken-Strukturen (mit bidirektionaler axialer Belastung) und „Face-to-Face“-Strukturen (mit unidirektionaler Belastung) unterteilt.
Differentialvorspannung
Prinzip: Durch unterschiedliche Muttern- oder Schraubenquerschnitte wird eine Vorspannung durch Geschwindigkeitsdifferenz erzeugt.
Merkmale:
Es ist keine zusätzliche mechanische Struktur erforderlich und eignet sich für Miniaturisierungsdesigns (z. B. optische Präzisionsgeräte).
Die Präzision des Bleis wirkt sich direkt auf die Größe der Vorspannung aus und erfordert eine hochpräzise Bearbeitung.
Der Anwendungsbereich ist eng und wird hauptsächlich für spezielle Anpassungsanforderungen verwendet.

Ladeeigenschaften
Konstante Belastung: Preposition Prepress oder Double Nut Prepress, da diese eine hohe Vorpressstabilität bieten.
Variable Belastung/Stoßbelastung: Eine konstante Druckbeaufschlagung ist besser, da sie Belastungsschwankungen der Federn abfedert.
Schwere Lösung: Die Druckbeaufschlagung durch eine Doppelmutter verteilt den Druck, um eine Überlastung an einem einzigen Punkt zu vermeiden.
Betriebsgeschwindigkeit
Niedrige Geschwindigkeit (<1m/s): Positioning preloading meets requirements and costs less.
Hohe Geschwindigkeit (größer oder gleich 1 m/s): Konstanter oder differenzieller Vordruck reduziert Vordruckverlust und Wärmeentwicklung.
Hypervelocity (>5 m/s): Es ist eine Kombination aus Luftlager- oder Magnetschwebetechnik und eine speziell entwickelte Vorspannmethode erforderlich.
Präzisionsanforderungen
Präzision im Mikrometerbereich (z. B. Halbleiterausrüstung): Es ist eine Positionierungsvorstufe oder eine Doppelmutter-Vorstufe erforderlich, und der Vorspannungsbetrag muss auf 0,1 Mikrometer genau sein.
Präzision im Sub--Mikrometerbereich (z. B. optische Instrumente): Konstanter Druck in der Vorstufe + Temperaturausgleich ist erforderlich, um thermische Verformungen zu vermeiden, die die Stabilität der Vorstufe beeinträchtigen.
Umweltanpassungsfähigkeit
Umgebung mit hohen Temperaturen/Korrosion: Doppelmutter-Druckbeaufschlagung (Dichtungsstruktur) wird bevorzugt, um ein Versagen der Feder zu vermeiden.
Reinraumszenarien: Positionierungsvorspannung oder Differentialvorspannung können die Verdunstungsverschmutzung des Schmieröls reduzieren.
Vakuumumgebung: Um Gasemissionsfedermaterialien zu vermeiden, ist ein Airless-Design (z. B. Positionierungsvordruck) erforderlich.
Leben und Wartung
Anforderungen an die Lebensdauer: Positionierung der Vorpresse oder Doppelmutter-Vorpresse, einfacher Aufbau, geringe Ausfallrate.
Reparaturanforderungen: Die Vorpresse mit festem Druck kann durch Austauschen der Federn schnell repariert werden und eignet sich für die Wartung vor Ort-.