I. Kärnpositionering och benämning
Placering: En flänsmonterad, dubbelskruv förbelastad, högstyv/ högprecisions-kulspindel. Det är en lösning utformad för högpresterande applikationer som kräver noll backslash, ultrahög styvhet, hög lastkapacitet och lång livslängd.
Benämningens tolkning:
- D: Dubbelskruv. Den centrala egenskapen, bestående av två muttrar kombinerade via en förbelastningsmetod.
- F: Fläns. Muttern innehåller en fyrkantig eller cirkulär fläns för enkel montering och fixering.
- U: Vanligtvis representerar det "Ultra Precision" eller en specifik högprestandaklass. Ibland avser det en särskild förspänningsmetod.
Kärnvärde: Den förspända dubbelskruvstrukturen eliminerar aktivt axialspel och ger betydligt bättre styvhet och lastkapacitet jämfört med enkelmutters kulspindlar.
II. Kärnstruktur och funktionsprincip
Dubbelmutter för förspänning (kärna):
- DFU består av två oberoende kulmutor. Ett förspänningsjusteringselement (t.ex. förspänningsavståndshållare, fjäder eller gängad hylsa) applicerar en motriktad axialkraft mellan dem.
- Arbetsprincip: Förspänningen tvingar kullyftornas banor i de två muttrarna att trycka mot motsatta flanker på skruvaxelns gängor. Oavsett om skruven utsätts för framåt- eller bakåtlast är kulorna i en av muttrarna alltid under belastning. Detta eliminerar helt den axiella clearance (uppnår noll backslash) och ökar systemets styvhet avsevärt.
Metoder för förspänning:
- Avståndshållare-förspänning: Precisionsavståndshållare med varierande tjocklek placeras mellan muttrarna. Enkel struktur, högsta styvhetsgrad, fast förspänningsvärde, men justering är besvärlig.
- Fjäderförspänning: Förspänningskraft appliceras via skivfjädersatser. Kompenserar slitage och värmeexpansion och bibehåller konstant förspänning, men styvheten är något lägre jämfört med avståndshållar-förspänning.
- Inneskuren förspänning: Den relativa positionen för de två muttrarna justeras och låses via en gängad hylsa. Justerbar, men styvheten beror på låskraften.
Flänsad mutter:
- Innehåller en robust integrerad fläns som ger en stor monteringsyta. Den är fästad vid arbetsbordet med flera skruvar, vilket ger utmärkt anslutningsstyvhet och enkel installation.
Högprecisionskruvaxel:
- Tillverkad med precisions slipningsprocesser, uppnår vanligtvis höga lednoggrannhetsklasser som C7, C5 eller till och med C3. Har överlägsen material- och värmebehandling.
III. Kärnfördelar i prestanda
- Noll spel och ultrahög positionsnoggrannhet: Dubbelmutter med förspänning eliminerar helt axialspel, vilket ger sann "noll-spel"-överföring. Detta är avgörande för applikationer som kräver extremt hög repeterbarhet, positionering i båda riktningar och inget återgångsslag (t.ex. precisionmätning, litografimaskiner, maskiner med hög prestanda).
- Exceptionell axialstyvhet: Dubbelmutterkonstruktionen ger mer än dubbelt så hög axialstelhet jämfört med en enkelmutterskruv. Minimal böjning vid höga axiella belastningar säkerställer rödningsnoggrannhet och stabilitet vid kraftig bearbetning eller höglastförhållanden.
- Hög lastkapacitet och lång livslängd: De två mutterna delar lasten, vilket ökar den totala dynamiska och statiska lastkapaciteten. Förspänning förbättrar också lastfördelningen på kulorna, vilket bidrar till längre livslängd.
- Utmärkt rörelsejämnhet: Genom att eliminera clearance uppnås jämn, chockfri riktningsskifte och undviks klistrig-slip (krypning) vid låg hastighet, vilket ger överlägsna rörelseegenskaper.
IV. Jämförelse med enkelmutters kugghjulsskruvar (t.ex. SFU)
| Funktion |
DFU (Dubbelmutter, förspänd typ) |
Enkelmuttertyp (t.ex. SFU) |
| Axialt spel |
Noll backslash (eliminerad via förspänning). |
Kan ha mikrometerstorlek på clearance, eller begränsad elimination via intern enkelmutter-förspänning (överdimensionerade kulor). |
| Axial styvhet |
Extremt hög (2x eller mer). |
Hög, men har en teoretisk övre gräns. |
| Lastkapacitet |
Högre (last delad mellan två muttrar). |
Hög. |
| Rörelseegenskaper |
Identiska i fram- och backläge, ingen chock vid omkastning, utmärkt jämnhet. |
Kan ha död zon vid omkastning, lätt chock vid riktningsändring. |
| Strukturell komplexitet och kostnad |
Komplex struktur, hög kostnad. |
Enkel struktur, lägre kostnad. |
| Tillämpliga scenarier |
Framtidsinriktad utrustning med ultrahög precision, hög styvhet och krav på nollbacklash. |
Den övervägande majoriteten av allmän industriell utrustning som kräver hög precision och hög hastighet. |
| Friktion & Temperaturstegring |
Förspänning ökar friktionen och driftstemperaturstegringen till viss del. |
Relativt lägre friktion och temperaturstegring. |
V. Typiska användningsområden
DFU-kulspindlar är speciellt utformade för toppklassad utrustning med extrema prestandakrav:
- Ultrahögpresisions CNC-verktygsmaskiner: Matningsaxlar för precisionsbearbetningscenter, fixturpolar, ultraprecisionsvarv.
- Utbyggnadsutrustning för halvledare: Nanometerpositioneringssteg i litografimaskiner, skivinspektionsutrustning, diebonder.
- Noggrannhetsmätinstrument: Kärndrivanläggningar för koordinatmätmaskiner (CMM), laserinterferometrar, visuella mätsystem.
- Högpresterande additiv tillverkningsutrustning: Pulverspridnings- och byggcylinderdrivsystem i industriella metall-3D-skrivare.
- Flyg- och rymdindustriell tillverkningsutrustning: Komposittförläggningsmaskiner, högprecisions 5-axliga bearbetningscenter.
- Precisionsoptisk och elektro-optisk utrustning: Teleskopriktningssystem, precisionsdrivaxlar för laserförskärnings/graveringsmaskiner.
VI. Vägledning för val och användning
- Behovsbedömning: Överväg dubbelmutter-lösningen endast när en enkelmutter-skruv (även med intern förspänning) inte kan uppfylla kraven på styvhet, spel eller livslängd. Den högre kostnaden och komplexiteten måste vara väl motiverade.
- Val av förspänningsmetod:
- Avståndshållare-förspänning: Lämplig för stabila laster, applikationer med extrema krav på styvhet och där ändring av förspänning är oönskad (t.ex. kraftfulla maskinverktyg).
- Fjäderförspänning: Lämplig för komplexa förhållanden som innefattar slitage eller termisk expansion där konstant förspänning krävs (t.ex. lång stroke, högprestanda mätutrustning)
- Noggrannhetsklassmatchning: Skruvaxeln måste väljas med en noggrannhetsklass C7 eller högre, anpassad till systemets målnoggrannhet.
- Systemets termiska hantering: Dubbelmutter-förspänning genererar högre friktion och potentiellt mer värme. För höghastighets- eller långstroke-applikationer bör man överväga skruvkylning (t.ex. kylmedel genom en ihålig skruv) eller tvångskylning.
- Professionell installation: Korrekt justering av förspänningen i de två muttrarna samt exakt inriktning av skruvaxeln mot drivmotorn och stödburarna är avgörande under installationen.
DFU (och liknande dubbelmutter förspända) kulspindlar representerar en avancerad lösning inom kulspindeltillämpningar där man eftersträvar "noll spel" och "extrem styvhet". Genom sin genialiska men komplexa dubbelmutter-förspänningskonstruktion offrar den viss kostnadseffektivitet och driftsekonomi (ökad friktion) till förmån för en kvalitativ hopp i noggrannhet vid positionering i båda riktningar, systemstyvhet och lastkapacitet. Den utgör en av de mest kraftfulla och tillförlitliga kärnmekaniska överföringskomponenterna tillgängliga för konstruktörer av precisionsutrustning som står inför de mest krävande kraven på rörellestyrning. Att välja DFU innebär att lägga en fast och pålitlig grund för en maskins högsta prestanda.
EN
