Опора шарико-винтовой передачи серии FF

I. Основное назначение и обозначение

Позиционирование: Система шарико-винтовой передачи с двумя плавающими опорами. Это нестандартный, но целенаправленный метод опоры.

Расшифровка обозначения:

• Первая F: Указывает, что один конец винта поддерживается плавающей опорой.
• Вторая F: Указывает, что другой конец винта также поддерживается плавающей опорой.

Основные ценности: Разработано для компенсации значительного осевого удлинения из-за теплового расширения в сверхдлинных винтах или для специальных конструкций, где привод винта осуществляется от средней части.

II. Основная конструкция и принцип работы

Конфигурация FF отказывается от традиционной модели с фиксацией на одном конце. Принцип работы следующий:

Полностью снимает термонапряжения:
Оба конца допускают осевое плавающее положение, что позволяет винту свободно удлиняться в обоих направлениях при нагреве, а не вынужденно удлиняться только в сторону одного конца, как в системе с фиксацией на одном конце.
Результат: Осевое сжимающее напряжение во винте, вызванное тепловым расширением, сводится к минимуму, что в принципе исключает риск продольного изгиба (прогиба) длинных винтов под действием термических напряжений.

Передача осевой опорной точки позиционирования:
В традиционных системах BK-FK опорный конец BK служит абсолютной осевой опорной точкой позиционирования.
В системах FF сама гайка-рейка (или рабочий стол, жестко соединённый с гайкой) становится осевой опорной точкой позиционирования системы. Вал винта может свободно «плавать» в опорах с обоих концов, в то время как положение гайки управляется и фиксируется приводной системой (например, сервомотором).

Типичные способы привода:

• Привод посередине Двигатель приводит в движение среднюю часть винта с помощью зубчатого ремня или шестерен. Это наиболее распространенный сценарий применения опоры FF, при котором оба конца винта поддерживаются, но крутящий момент не передается.
• Привод на конце (менее распространено, требует специальной конструкции): Даже если привод осуществляется с одного конца, этот конец использует плавающую опору и требует соответствующего устройства для передачи крутящего момента (например, шлицев или направляющих шпонок), чтобы выдерживать вращающий крутящий момент, допуская при этом осевое перемещение.

III. Основные особенности и преимущества

• Конструкция предназначена для сверхдлинных ходов:
  Это главное преимущество опоры FF. Когда длина винта очень большая (например, более 3–4 метров), накопленное удлинение из-за повышения температуры существенно. Конструкция с двойной плавающей опорой является наиболее эффективным и надежным инженерным решением для компенсации значительного теплового расширения.
• Исключает риск продольного изгиба, повышает надежность системы:
  Полностью устраняет потенциальную нестабильность и проблемы изгиба тонких винтов при тепловых и сжимающих нагрузках, значительно повышая эксплуатационную безопасность и сохранение точности в системах с длинным ходом.
• Гибкость компоновки:
  Позволяет осуществлять привод в средней части, что дает возможность размещать мощные двигатели в середине хода или на раме оборудования, а не на концах хода, оптимизируя тем самым общий центр тяжести и конструктивное исполнение оборудования.
• Снижает жесткие требования к точности установки опор:
  Поскольку ни один из концов не выполняет строгих функций осевой фиксации, требования к точности относительного осевого положения монтажных поверхностей двух опорных узлов могут быть несколько снижены (хотя требования к параллельности и соосности остаются высокими).

IV. Типичные сценарии применения

Конструкция с опорой FF носит ориентированный на решение задач подход и применяется в основном в следующих конкретных областях:

• Сверхбольшие станки с ЧПУ: Например, ось X (мостовая балка) портальных обрабатывающих центров и станков горизонтального сверления/фрезерования с ходом в десятки метров.
• Крупные лазерные резаки/гидроабразивные резаки: Оборудование для обработки широких листовых материалов.
• Крупногабаритное измерительное оборудование: Например, координатно-измерительные машины (КИМ) мостового типа, измерительные машины на рельсовом основании.
• Специальное тяжелое промышленное оборудование: Например, шлифовальные станки для лопастей ветряных турбин, сварочные платформы для секций судов.
• Специальное автоматизированное оборудование со средним приводом: Где конструктивные ограничения требуют размещения приводного двигателя посередине хода.

V. Сравнение с традиционными системами с креплением с одного конца (BK-FK)

VI. Важные аспекты проектирования и меры предосторожности

• Механизм против вращения: Поскольку оба конца винта не зафиксированы, необходимо предотвратить нежелательное вращение винта относительно опор во время движения. Для привода среднего или концевого участка обычно устанавливается устройство защиты от вращения, например, шлицевая пара, направляющая шпонка или фиксирующее устройство, возле одного из концов опоры, что позволяет обеспечить только осевое перемещение и передавать вращающий момент на раму.
• Жесткость гайки в качестве эталона: Общая осевая жесткость системы зависит от жесткости соединения между гайкой и рабочим столом, которое необходимо дополнительно усилить.
• Обратная связь по позиции: Энкодер двигателя предоставляет информацию о положении вала двигателя, а не о положении рабочего стола. Для высокоточных систем обязательно использование полностью замкнутой системы обратной связи (например, линейного энкодера/линейки), которая напрямую измеряет положение рабочего стола.
• Выбор опор: Плавающие опоры на обоих концах могут быть BF, FK или EF в зависимости от пространства и типа винтового вала, но обе должны иметь плавающую функциональность.
• Не является методом повышения производительности: FF специально предназначен для решения проблемы "теплового расширения при длинном ходе". Для оборудования со стандартными ходами традиционный метод с фиксацией на одном конце обеспечивает преимущества в жесткости, стоимости и сложности.

Конфигурация опоры FF представляет собой высокоспециализированное инженерное решение, направленное на решение задачи «термального управления при сверхдлинных ходах». Она обеспечивает безопасность и устойчивость в экстремальных масштабах за счёт полного освобождения винта от «осевых ограничений». Выбор системы FF означает, что конструкция оборудования вышла на уровень крупномасштабных тяжёлых применений, требующих от инженеров более глубокого понимания и тщательной проработки вопросов термодинамики, структурной механики и управления движением. Это не универсальный выбор, однако в пределах своей области применения — это незаменимая ключевая технология.