I. Основное назначение и обозначение
Позиционирование: Сборка шарикового винта с фланцевым креплением, с двойной гайкой с предварительным натягом, высокой жесткостью и высокой точностью. Это решение разработано для высокотехнологичных применений, где требуются отсутствие люфта, сверхвысокая жесткость, высокая грузоподъемность и длительный срок службы.
Расшифровка обозначения:
- D: Двойная гайка. Основная особенность — две гайки, соединённые методом предварительного натяга.
- F: Фланец. Гайка оснащена квадратным или круглым фланцем для удобного монтажа и фиксации.
- U: Обычно обозначает «Ультра-точность» или определённый класс высокой производительности. Иногда указывает на конкретный способ предварительного натяга.
Основные ценности: Конструкция с предварительным натягом и двойной гайкой активно устраняет осевой люфт и обеспечивает значительно более высокую жесткость и грузоподъемность по сравнению с одногайковыми шариковыми винтами.
II. Основная конструкция и принцип работы
Конструкция с предварительным натягом двойной гайки (основная):
- DFU состоит из двух независимых шариковых гаек. Элемент регулировки предварительного натяга (например, дистанционная втулка, пружина или резьбовая втулка) создает противоположную осевую силу между ними.
- Принцип работы: Предварительный натяг заставляет дорожки качения шариков двух гаек прижиматься к противоположным боковым поверхностям резьбы винтового вала. Независимо от того, находится ли винт под прямой или обратной нагрузкой, шарики одной из гаек всегда находятся под нагрузкой. Это полностью устраняет осевой зазор (обеспечивая нулевой люфт) и значительно повышает жесткость системы.
Методы предварительного натяга:
- Предварительный натяг с помощью втулок: Между гайками вставляются прецизионные втулки различной толщины. Простая конструкция, наибольшая жесткость, фиксированное значение предварительного натяга, но регулировка неудобна.
- Предварительный натяг с помощью пружин: Сила предварительного натяга создается с помощью наборов тарельчатых пружин. Компенсирует износ и тепловое расширение, обеспечивая постоянный предварительный натяг, однако жесткость несколько ниже, чем при использовании втулок.
- Предварительная нагрузка с резьбой: Относительное положение двух гаек регулируется и фиксируется с помощью резьбовой втулки. Регулируемая, но жесткость зависит от усилия фиксации.
Гайка с фланцем:
- Оснащена прочным интегрированным фланцем, обеспечивающим большую опорную поверхность. Крепится к рабочему столу несколькими винтами, что обеспечивает превосходную жесткость соединения и простоту установки.
Высокоточный винтовой вал:
- Изготавливается с использованием прецизионных шлифовальных процессов, как правило, достигаются высокие классы точности хода, такие как C7, C5 или даже C3. Отличается высококачественным материалом и термообработкой.
III. Основные эксплуатационные преимущества
- Нулевой люфт и сверхвысокая точность позиционирования: Конструкция с двумя гайками и предварительным натягом полностью устраняет осевой зазор, обеспечивая истинную передачу «без люфта». Это критически важно для применений, требующих чрезвычайно высокой повторяемости, позиционирования в обоих направлениях и отсутствия ударов при реверсе (например, прецизионные измерения, литографические машины, высокопроизводительные станки).
- Исключительная осевая жесткость: Конструкция с двойной гайкой обеспечивает более чем вдвое большую осевую жесткость по сравнению с парой «одинарная гайка — винт». Минимальный прогиб под высокими осевыми нагрузками гарантирует точность и стабильность перемещения при интенсивном резании или условиях высокой нагрузки.
- Высокая грузоподъемность и длительный срок службы: Две гайки делят нагрузку, что увеличивает общие динамические и статические показатели грузоподъемности. Предварительный натяг также улучшает распределение нагрузки на шариках, способствуя увеличению срока службы.
- Отличная плавность хода: Устранение зазора обеспечивает плавное, безударное изменение направления и исключает явление заедания (ползучесть) при работе на низких скоростях, обеспечивая превосходные характеристики движения.
IV. Сравнение с шариковыми винтами с одинарной гайкой (например, SFU)
| Особенность |
DFU (тип с двойной гайкой и предварительным натягом) |
Тип с одинарной гайкой (например, SFU) |
| Аксессуарное люфте |
Нулевой люфт (устраняется за счет предварительного натяга). |
Может иметь зазор в несколько микрон или ограниченное устранение зазора за счет внутреннего предварительного натяга в одинарной гайке (увеличенные шарики). |
| Осевая жесткость |
Очень высокая (в 2 раза и более). |
Высокая, но имеет теоретический верхний предел. |
| Грузоподъемность |
Выше (нагрузка распределяется между двумя гайками). |
Высокий. |
| Характеристики движения |
Идентичны в прямом/обратном направлении, отсутствует удар при реверсе, отличная плавность. |
Может иметь зону нечувствительности при реверсе, небольшой удар при изменении направления. |
| Сложность конструкции и стоимость |
Сложная конструкция, высокая стоимость. |
Простая конструкция, меньшая стоимость. |
| Сценарии применения |
Современное оборудование с экстремально высокой точностью, высокой жесткостью и требованиями нулевого люфта. |
Подавляющее большинство промышленного оборудования общего назначения, требующего высокой точности и высокой скорости. |
| Трение и повышение температуры |
Предварительный натяг увеличивает трение и нагрев при работе в определенной степени. |
Относительно более низкое трение и повышение температуры. |
V. Типичные области применения
Шарико-винтовые передачи DFU разработаны специально для высокотехнологичного оборудования с экстремальными требованиями к производительности:
- Ультрапрецизионные станки с ЧПУ: Оси подачи для прецизионных обрабатывающих центров, координатно-шлифовальных станков, ультрапрецизионных токарных станков.
- Оборудование для производства полупроводников: Ступени позиционирования на нанометровом уровне в литографических машинах, оборудовании для инспекции пластин, установках для монтажа матриц.
- Точное измерительное оборудование: Основные приводные оси координатно-измерительных машин (КИМ), лазерных интерферометров, систем визионного контроля.
- Высокотехнологичное оборудование для аддитивного производства: Приводы подачи порошка и цилиндров построения в промышленных металлических 3D-принтерах.
- Оборудование для аэрокосмического производства: Машины укладки композитных волокон, высокоточные пятикоординатные обрабатывающие центры.
- Точное оптическое и электрооптическое оборудование: Системы наведения телескопов, прецизионные приводные оси для лазерных машин резки/гравировки.
VI. Руководство по выбору и использованию
- Оценка необходимости: Рассмотрите решение с двойной гайкой только в том случае, если одинарная гайка (даже с внутренним предварительным натягом) не может удовлетворить требованиям по жесткости, люфту или сроку службы. Более высокая стоимость и сложность требуют тщательного обоснования.
- Выбор метода предварительного натяга:
- Предварительный натяг с помощью втулок: Подходит для стабильных нагрузок, применений с экстремальными требованиями к жесткости и там, где нежелательны изменения предварительного натяга (например, тяжелые станки).
- Предварительный натяг с помощью пружин: Подходит для сложных условий, связанных с износом или тепловым расширением, где требуется постоянный предварительный натяг (например, измерительное оборудование с длинным ходом и высокой точностью)
- Соответствие класса точности: Вал-винт должен быть выбран с классом точности C7 или выше, соответствующим целевой точности системы.
- Тепловой контроль системы: Предварительный натяг с двумя гайками создает большее трение и потенциально больше тепла. Для применений с высокой скоростью или длинным ходом рекомендуется охлаждение винта (например, подача охлаждающей жидкости через полый винт) или принудительные меры охлаждения.
- Профессиональная установка: Правильная регулировка предварительного натяга двух гаек и точное выравнивание вала-винта с приводным двигателем и опорными подшипниками имеют решающее значение при установке.
Шариковый винт DFU (и аналогичные ему с предварительной нагрузкой двойной гайкой) представляет собой передовое решение в технологии шариковых винтов, направленное на достижение «нулевого люфта» и «крайне высокой жесткости». Благодаря своей остроумной, но сложной конструкции с предварительным натягом двойной гайкой, он идет на компромисс в части стоимости и эксплуатационной эффективности (повышенное трение), получая при этом качественный скачок в точности позиционирования в обоих направлениях, жесткости системы и грузоподъемности. Это один из самых мощных и надежных базовых механических передаточных компонентов, доступных для конструкторов прецизионного оборудования, сталкивающихся с наиболее строгими требованиями к производительности систем управления движением. Выбор DFU означает создание прочного и надежного фундамента для высочайшей производительности станка.
EN
