Ložisko kuličkového šroubu řady BF

I. Základní určení a názvosloví

Umístění: Ložisková sestava podpěrného konce šroubu (plovoucí konec) standardní ložiskové těleso. Používá se na konci šroubu, kde je nutné odstranit axiální tepelné napětí.

Vysvětlení názvosloví:

• B: Představuje „Ložiskové těleso“.
• F: Představuje „Volný“ nebo „Plovoucí“. Jedná se o jeho funkční jádro – umožňuje šroubovému hřídeli volně se minutně roztahovat a smršťovat v axiálním směru.

Hlavní funkce:

• Přenáší především radiální zatížení: Nese váhu šroubového hřídele, odolává možným radiálním silám a zajišťuje souoseství otáčení šroubu.
• Umožňuje axiální volný pohyb: Vnitřní konstrukce ložiska umožňuje axiální posun šroubového hřídele, čímž kompenzuje tepelnou dilataci způsobenou nárůstem teploty, a tak zabraňuje prohnutí, zaklínění nebo ztrátě přesnosti kvůli tepelnému napětí.
• Zajišťuje radiální polohování: Udržuje polohu rotačního středu šroubového hřídele.

II. Základní struktura a komponenty

Standardní podpěrná jednotka BF je vysoce integrovaný modul, který obvykle zahrnuje:

Ložisková skříň: Podobně jako u jednotky BK, s přesně opracovanou přírubou a vodicím hřídelem.

Radiální ložisko:

• Nejběžnější: Kulové ložisko s hlubokou drážkou. Účinně odolává radiálním zatížením a zároveň poskytuje určitý stupeň axiální volnosti (vůle).
• Jiné typy: Některé modely mohou používat kluzná pouzdra (bronzové rukávy) nebo jehlová ložiska s klecí, ale kulová ložiska s hlubokou drážkou jsou nejrozšířenější díky jejich nízkému tření a schopnosti pracovat při vysokých otáčkách.

Uzavírací systém:
Mají vnitřní i vnější těsnění, která účinně brání vnikání cizích částic zvenčí a úniku maziva zevnitř.

Tuková hlavice: Pro pravidelné doplňování maziva.

Osová dorazová konstrukce (klíčový návrh):

• Na rozdíl od jednotky BK, která „zamyká“ šroubový hřídel, je uložení vnitřního kroužku ložiska BF na šroubovém hřídeli obvykle s malou vůlí nebo lehkým těsným uložením.
• Vnější kroužek ložiska je umístěn v tělese, přičemž jeden konec je axiálně fixován a druhý konec má axiální vůli. To umožňuje celému ložisku malý prostor pro axiální pohyb uvnitř tělesa, čímž umožňuje hřídeli volně plovat.

III. Klíčové vlastnosti a výhody

• Klíč k odstranění tepelného napětí: To je hlavním důvodem existence jednotky BF. Kuličkové šrouby během provozu za vysokých otáček nebo nepřetržitého chodu generují třecí teplo, které způsobuje tepelnou expanzi šroubového hřídele. Pokud by byly oba konce pevně uchyceny (dvojité BK), došlo by u šroubu ke vzpěru podobně jako u „podložené“ ocelové kolejnice, což by vedlo ke ztrátě přesnosti, abnormálnímu opotřebení nebo dokonce zaseknutí. Konec BF tento problém elegantně řeší tím, že umožňuje axiální plovoucí uložení.
• Zajišťuje provozní bezpečnost a přesnost systému: Eliminací tepelného namáhání zajišťuje jednotka BF, že šroub zůstává rovný v celém provozním teplotním rozsahu, čímž dlouhodobě udržuje přesnost převodu a předchází fatálnímu poškození.
• Standardizace a snadné použití: Stejně jako u BK poskytuje BF připravené k instalaci standardizované řešení, čímž eliminuje potřebu, aby si uživatelé navrhovali vlastní plovoucí mechanismus, a zajišťuje tak výkonnost a spolehlivost.
• Dobrá radiální podpora: Přestože umožňuje axiální plovoucí uložení, zůstává tuhost a přesnost jeho radiální podpory vysoká, čímž účinně potlačuje radiální vibrace (bičování) šroubu.
• Snadná údržba: Integrovaný návrh těsnění a mazání prodlužuje intervaly údržby a zjednodušuje servisní postupy.

IV. Koordinace systému s pevným koncem BK (opakování zlatého pravidla)

Jedná se o povinné kombinování:

Strana pohonu / referenční strana: BK (pevný konec).

• Funkce: Odolává všem obousměrným axiálním silám, poskytuje odkaz pro axiální polohování.
• Šroubový spoj: Obvykle přímo připojen k servomotoru/krokovému motoru prostřednictvím spojky.

Nepoháněná strana / Strana podřízeného zařízení: BF (Volný konec).

• Funkce: Poskytuje radiální podporu, umožňuje axiální dilataci vlivem tepla.
• Šroubový spoj: Tento konec šroubu je volný nebo je připojen pouze ke lehkým zpětnovazebním zařízením, jako jsou enkodéry.

Železný zákon návrhu: Kuličkový šroub, který se neustále otáčí, musí a může používat pouze podpůrnou metodu [jednostranně pevně uložený (BK), jednostranně volný (BF)]. Toto je základní princip ve všech návrzích přesné mechaniky.

V. Typická aplikační pole

Aplikační scénáře pro podpůrné jednotky BF jsou totožné se scénáři pro jednotky BK, protože tam, kde se používá BK, je nutně použit i BF. Existuje ve všech zařízeních využívajících přesné kuličkové šrouby:

• Všechny typy CNC obráběcích strojů.
• Průmyslové roboty a lineární moduly.
• Výrobní a kontrolní zařízení pro polovodiče.
• Přesné automatické výrobní linky.
• Lékařské přístroje a vědecké instrumenty.

VI. Pokyny pro výběr a použití

• Párový výběr: Jednotka BF musí být vybrána jako pár s jednotkou BK stejné řady a se stejnou specifikací průměru hřídele (např. BK12 spolu s BF12).
• Pozice instalace: Musí být nainstalována na šroubovém konci nejdále od motoru. Pokud je šroub poháněn ze středu (méně časté), měly by být oba konce plovoucí typu BF, avšak takové případy vyžadují zvláštní návrh.
• Vyhněte se axiálním omezením: Během instalace zajistěte, aby na hřídeli šroubu na straně jednotky BF nebyla žádná dodatečná axiální omezení. Například pokud je na tomto konci připojen enkodér, musí být použito pružné spojovací členění a jeho upevnění nesmí omezovat axiální plovoucí pohyb hřídele šroubu.
• Správná instalace: Podobně jako u montáže BK zajistěte rovinnost připojovací plochy BF a její rovnoběžnost s připojovací plochou BK, aby byla zajištěna správná souosost šroubu.
• Údržba: Pravidelně doplňujte tuk prostřednictvím tukového mazání a kontrolujte stav těsnění.

Pokud je pevný konec BK „kotvou“ a „základem“ systému, pak pohyblivý konec BF je „tlumičem rázů“ a „pojistným ventilem“ systému. Způsobem chytrým a pasivním řeší klíčovou výzvu tepelného managementu v přesné mechanice. Konstrukce jednotky BF odráží inženýrskou moudrost „přemáhání tvrdosti měkkostí“ – použitím omezených, kontrolovaných stupňů volnosti zajišťuje větší tuhost, přesnost a spolehlivost celého systému. Výběr a správné použití podpory BF je dalším kritickým opatřením pro zajištění dlouhodobé, stabilní a přesné funkce převodového systému kuličkového šroubu.