FF sorozatú golyóscsavarszár végkonzolja

I. Alapvető pozícionálás és megnevezés

A helyzet: Golyóscsavarszerkezet dupla úszó végmegtámasztással. Ez egy nem szabványos, de nagyon célirányos támasztási mód.

Megnevezés értelmezése:

• Első F: Azt jelzi, hogy a csavar egyik vége úszó végmegtámasztást kap.
• Második F: Azt jelzi, hogy a csavar másik vége is úszó végmegtámasztást kap.

Alapérték: Az ultra hosszú menetútú csavaroknál fellépő jelentős axiális megnyúlás kezelésére tervezték, amelyet a hőtágulás okoz, vagy olyan speciális elrendezéseknél használják, ahol a csavart középen hajtják meg.

II. Alapszerkezet és működési elv

Az FF kialakítás elveti a hagyományos egyik végén rögzített modellt. Működési elve a következő:

Teljesen feloldja a hőfeszültséget:
Mindkét vég lehetővé teszi az axiális úszást, így a csavar szabadon kibővülhet mindkét irányban melegedéskor, ellentétben az egyik végén rögzített rendszerrel, amelynél kizárólag az egyik irányba történő kibővülésre van lehetőség.
Eredmény: A csavarban a hőtágulás következtében keletkező axiális nyomófeszültség minimalizálódik, ezzel alapvetően megelőzve a hosszú csavarok deformálódásának (meghajlásának) veszélyét hőfeszültség hatására.

Az axiális pozícionálási referencia átvitele:
A hagyományos BK-FK rendszerekben a BK vég szolgál az abszolút axiális pozíciós referenciaként.
FF rendszerekben maga a golyóscsapágy (vagy a csapágyhoz mereven kapcsolódó asztal) válik az axiális pozícionálás referenciájává. A csavartengely szabadon "úszhat" a két végén lévő támaszok között, miközben a csapágy helyzete a meghajtó rendszer által (pl. szervomotor) szabályozott és rögzített.

Tipikus meghajtási módok:

• Középső szakasz meghajtása: A motor egy szíjhajtás vagy fogaskerék segítségével hajtja meg a csavar középső szakaszát. Ez az FF-támasz leggyakoribb alkalmazási esete, ahol a csavar mindkét vége támasztott, de nem továbbít hajtónyomatékot.
• Végmeghajtás (Kevésbé gyakori, speciális tervezést igényel): Még akkor is, ha az egyik végéről történik a meghajtás, annak a végnek úszó támasztást kell alkalmaznia, és szükség van megfelelő nyomatéktámasztó eszközre (pl. hornyok vagy vezetőkulcsok) a forgó hajtónyomaték elviseléséhez, miközben lehetővé teszi az axiális mozgást.

III. Fő jellemzők és előnyök

• Nagyon hosszú menetutakhoz tervezve:
  Ez az FF-támasz elsődleges előnye. Amikor a csavar hossza nagyon nagy (pl. meghaladja a 3–4 métert), a hőmérséklet-emelkedés miatti összesített megnyúlás jelentős. A dupla úszó kialakítás a leg hatékonyabb és legmegbízhatóbb műszaki megoldás a jelentős hőtágulás kezelésére.
• Kiküszöböli a tekeredés kockázatát, növeli a rendszer megbízhatóságát:
  Teljes mértékben kiküszöböli a hosszú, vékony csavarok potenciális instabilitását és hajlítási problémáit hő- és nyomóterhelések alatt, jelentősen javítva a hosszú löketű rendszerek üzemeltetési biztonságát és pontosságának megtartó képességét.
• Elrendezési rugalmasság:
  Lehetővé teszi a középső szakasz meghajtását, amelynek köszönhetően a nehéz meghajtó motorokat a löket végpontjai helyett a löket közepén vagy a berendezés vázán elhelyezve optimalizálható a berendezés teljes tömegközéppontja és szerkezeti kialakítása.
• Csökkenti a támasztékek pontos felszerelésével szemben támasztott szigorú követelményeket:
  Mivel az elem két vége sem axiális pozícionálási funkciót nem lát el, az axiális relatív helyzetpontosságra vonatkozó követelmények enyhíthetők (bár a párhuzamossággal és koncentricitással szembeni igény továbbra is magas).

IV. Tipikus alkalmazási területek

Az FF támasztás célirányos tervezési megoldás, elsősorban a következő specifikus területeken használatos:

• Extrém nagy méretű CNC gépek: Például nagyobb tengelyű (rácsgerendás) megmunkáló központok és padló típusú fúró/marógépek, amelyeknél a löket több tíz méter is lehet.
• Nagy lézeres vágók/vízsugaras vágók: Széles lemezes anyagmegmunkáló berendezések.
• Nagy méretű mérőberendezések: Például hídtípusú koordináta mérőgépek (CMM), síntípusú mérőgépek.
• Különleges nehézipari berendezések: Például szélturbinalemezeket csiszoló gépek, hajószakaszok hegesztési állványai.
• Középhajtású speciális automatizálási berendezések: Ahol a szerkezeti elrendezés miatt szükséges a hajtómotor elhelyezése a löket közepén.

V. Összehasonlítás a hagyományos egyik végén rögzített (BK-FK) rendszerekkel

VI. Fontos tervezési szempontok és óvintézkedések

• Forgáselakadás mechanizmus: Mivel a csavar mindkét vége nincs rögzítve, hajtás közben elengedhetetlen a csavar nem kívánt elfordulásának megakadályozása a támaszokhoz képest. Középső vagy végáttétel esetén általában egyik támasz közelében beépítenek egy forgáselakadást biztosító szerkezetet, például hornyolt tengelykapcsolót, vezetőkulcsot vagy forgásgátló rögzítőelemet, amely csak az axiális mozgást engedi meg, miközben a forgatónyomatékot a keretre továbbítja.
• Anya merevsége referenciaértéknek tekintve: Az egész rendszer axiális merevsége az anya és a munkaasztal közötti kapcsolat merevségétől függ, amelyet kifejezetten erősíteni kell.
• Pozíció-visszajelzés: A motor enkóder a motor tengelyének pozíciójáról ad visszajelzést, nem a munkaasztal pozíciójáról. Nagy pontosságú rendszereknél kötelező a teljes zárt hurkos visszajelzési rendszer (például lineáris enkóder/skála) alkalmazása, amely közvetlenül méri a munkaasztal pozícióját.
• Támasz kiválasztása: A mindkét végén úszó tartók lehetnek BF, FK vagy EF típusúak, attól függően, hogy mennyi hely áll rendelkezésre és milyen a csavartengely típusa, de mindkettőnek rendelkeznie kell úszó funkcióval.
• Nem teljesítményfokozó módszer: Az FF kifejezetten a „hosszú löketű hőtágulás” problémájának megoldására szolgál. Szabványos löketű berendezések esetén az egyik végén rögzített hagyományos módszer előnyösebb a merevség, költség és bonyolultság szempontjából.

Az FF alátámasztási konfiguráció egy rendkívül specializált mérnöki megoldás, amely a „hőkezelés nagyon hosszú löketek esetén” kihívására irányul. Az FF rendszer biztosítja a csavar teljes mentesítését az „axiális merevségtől”, így biztonságot és stabilitást ér el extrém méretek mellett. Az FF rendszer választása azt jelzi, hogy a berendezés tervezése belépett a nagy léptékű, nehézüzemű alkalmazások sajátos területére, ami a mérnököktől a termodinamika, a szerkezeti mechanika és a mozgásvezérlés tekintetében mélyebb ismereteket és pontosabb tervezést követel meg. Ez nem univerzális választás, de alkalmazási területén pótolhatatlan kulcstechnológia.