Ložisko kuličkového šroubu řady FF

I. Základní určení a názvosloví

Umístění: Soustava kuličkového šroubu s dvojitou plovoucí podpěrou na koncích. Toto je nestandardní, ale velmi cílená metoda podpory.

Vysvětlení názvosloví:

• První F: Označuje, že jeden konec šroubu je podepřen plovoucím koncem.
• Druhé F: Označuje, že druhý konec šroubu je také podepřen plovoucím koncem.

Jádro hodnot: Navrženo pro řešení významného axiálního prodloužení způsobeného tepelnou roztažností u extrémně dlouhých závitových šroubů nebo pro speciální uspořádání, kde je šroub poháněn ze středové části.

II. Základní struktura a pracovní princip

Konfigurace FF opouští tradiční model s pevným uchycením na jednom konci. Její pracovní princip je následující:

Úplné uvolnění tepelného napětí:
Oba konce umožňují axiální plovoucí uložení, díky čemuž se šroub může při zahřátí volně roztahovat oběma směry, nikoli jako u systému s pevným uchycením na jednom konci pouze směrem k jednomu konci.
Výsledek: Axiální tlakové napětí uvnitř šroubu způsobené tepelnou roztažností je minimalizováno, čímž se zásadně předchází riziku vybočení (ohybu) dlouhých šroubů v důsledku tepelného napětí.

Přenos odkazu axiálního polohování:
U tradičních systémů BK-FK slouží konec BK jako absolutní axiální referenční bod.
V systémech FF samotná matice (nebo pracovní stůl tuze spojený s maticí) představuje axiální referenční bod polohování pro celý systém. Šroubový hřídel se může volně „plovat“ ve svých ložiskových uloženích na obou koncích, zatímco poloha matice je řízena a uzamčena pohonným systémem (např. servomotorem).

Typické metody pohonu:

• Pohon prostřední části: Motor pohání střední část šroubu pomocí ozubeného řemenu nebo ozubených kol. Toto je nejčastější aplikační scénář pro FF uložení, kdy jsou oba konce šroubu podepřeny, ale nepřenášejí točivý moment.
• Koncový pohon (méně běžný, vyžaduje speciální návrh): I v případě pohonu z jednoho konce se na tomto konci použije plovoucí uložení a je nutné zařídit odpovídající zařízení pro přenos točivého momentu (např. drážkování nebo klíčové drážky), které unese rotační pohonný moment a zároveň umožní axiální posun.

III. Klíčové vlastnosti a výhody

• Navrženo pro extrémně dlouhé zdvihy:
  Toto je hlavní výhoda podpory FF. Když je délka šroubu velmi dlouhá (např. přesahuje 3–4 metry), je kumulativní prodloužení způsobené nárůstem teploty významné. Dvojitý plovoucí design je nejúčinnějším a nejspolehlivějším inženýrským řešením pro řízení tohoto významného tepelného roztažení.
• Eliminuje riziko vybočení, zvyšuje spolehlivost systému:
  Úplně odstraňuje potenciální nestabilitu a problémy ohýbání tenkých šroubů při tepelném a tlakovém zatížení, výrazně zlepšuje provozní bezpečnost a udržení přesnosti u systémů s dlouhým zdvihem.
• Flexibilita uspořádání:
  Umožňuje pohon ve střední části, což umožňuje umístit těžké pohonné motory doprostřed zdvihu nebo na rám zařízení, nikoli na koncích zdvihu, čímž optimalizuje celkové těžiště a konstrukční návrh zařízení.
• Snížení přísných požadavků na přesnost instalace podpory:
  Protože žádný z konců nepřebírá přísné funkce axiálního vedení, lze požadavky na přesnost axiální relativní polohy montážních ploch obou nosných jednotek mírně uvolnit (i když požadavky na rovnoběžnost a souosost zůstávají vysoké).

IV. Typické aplikační scénáře

FF podpora je návrh zaměřený na řešení, které se primárně používá v následujících konkrétních oblastech:

• Extra velké CNC obráběcí stroje: Například osa X (most) mostových obráběcích center a stolových vrtacích/frézovacích strojů s dráhami dosahujícími desítek metrů.
• Velké laserové řezačky/vodním paprskem řezačky: Zařízení pro zpracování širokých plechů.
• Velkoplošná měřicí zařízení: Například mostové souřadnicové měřící stroje (CMM), měřící stroje na kolejnicích.
• Speciální těžká průmyslová zařízení: Například brusné stroje pro lopatky větrných turbín, svařovací pracoviště pro lodní sekce.
• Speciální automatizační zařízení se středovým pohonem: Tam, kde konstrukční omezení vyžadují umístění pohonných motorů do středu zdvihu.

V. Porovnání s tradičními systémy s pevným uchycením na jednom konci (BK-FK)

VI. Důležité návrhové aspekty a opatření

• Mechanismus proti otáčení: Jelikož oba konce šroubu nejsou upevněny, je nezbytné zabránit nežádoucímu otáčení šroubu vůči ložiskům během jízdy. U pohonu střední části nebo konců je obvykle poblíž jednoho koncového ložiska instalováno zařízení proti otáčení, jako je drážkový hřídel, guida klíč nebo aretace otáčení, které umožňuje pouze axiální pohyb a zároveň přenáší točivý moment do rámu.
• Tuhost matice jako referenční hodnota: Celková axiální tuhost systému závisí na tuhosti spojení mezi maticí a pracovním stolem, které je nutné specificky zesílit.
• Zpětná vazba polohy: Enkodér motoru poskytuje zpětnou vazbu o poloze hřídele motoru, nikoli o poloze pracovního stolu. U vysoce přesných systémů je povinné použít úplný uzavřený zpětnovazební systém (např. lineární enkodér/měřítko), který přímo měří polohu pracovního stolu.
• Výběr podpory: Plovoucí podpory na obou koncích mohou být typu BF, FK nebo EF, v závislosti na prostoru a typu šroubové hřídele, ale obě musí mít plovoucí funkci.
• Není metodou zlepšení výkonu: FF je speciálně určeno k řešení problému „tepelné roztažnosti u dlouhých zdvihů“. U zařízení se standardními zdvihy nabízí tradiční metoda s pevným uchycením na jednom konci výhody v tuhosti, nákladech a složitosti.

Konfigurace podpory FF je vysoce specializované inženýrské řešení zaměřené na výzvu „termálního managementu pro ultra dlouhé zdvihy“. Dosahuje bezpečnosti a stability v extrémních rozměrech úplným uvolněním šroubu od „axiálního omezení“. Výběr systému FF signalizuje, že návrh zařízení vstoupil do oblasti velkých a těžkých aplikací, což vyžaduje od inženýrů hlubší porozumění a pečlivější návrh z hlediska termodynamiky, strukturální mechaniky a řízení pohybu. Není to univerzální volba, ale v rámci svého aplikačního pole jde o nezastupitelnou klíčovou technologii.