Was ist das unverzichtbare Schlüsselelement in der Welt der Übertragungstechnik?

In der Welt der Übertragungstechnik ist die Rollschraube das unverzichtbare Schlüsselbauteil. Sie wird am häufigsten in Werkzeugmaschinen und Präzisionsmaschinen eingesetzt und dient dazu, Drehbewegungen in lineare Bewegungen umzuwandeln. Aufgrund ihres geringen Reibwiderstands werden Rollschrauben in verschiedenen Industrieanlagen und Präzisionsinstrumenten eingesetzt.

Die Rollschraube besteht aus einer Schraube, einem Nutenblock, Stahlkugeln, einer Vorbelastungsplatte, einem Kehrring und einem Staubschutzgerät. Ihre Funktion ist es, Drehbewegung in lineare Bewegung umzuwandeln, das heißt, das Lager von Gleitbewegung zu Rollbewegung zu verändern.
Im Jahr 1898 unternahmen Menschen den ersten Versuch, Stahlkugeln zwischen dem Nutenblock und der Schraube einzufügen, wodurch der Gleitkontakt der traditionellen Schraube in Rollkontakt transformiert wurde; Gleitreibung durch Rollreibung ersetzt, die Drehbewegung der Stahlkugeln im Nutenblock in lineare Bewegung umgewandelt und Drehmoment in axiale Wiederholungskraft konvertiert wurde, um so die schlechte Positionierung und die leichte Beschädigung traditioneller Schrauben zu verbessern.

Die Rollschraube wurde von Rudolph G. Boehm aus Texas erfunden und erhielt 1929 ein US-Patent.

Wenn die Rollschraube als aktiver Körper verwendet wird, wandelt sich das Schraubenrad in eine lineare Bewegung um, entsprechend dem Vorschub der jeweiligen Spezifikation und dem Drehwinkel der Schraubenwelle. Das passive Werkstück kann über ein Schraubenradgehäuse mit dem Schraubenrad verbunden werden, wodurch die entsprechende lineare Bewegung realisiert wird.

Die Rollschraubenanordnung ist metallisch, meist aus Stahl hergestellt, und besteht aus einer innen gewundenen Nuss und einer Schraube. Die Spiralgroove der Nuss passt zur Spiralgroove der Schraube.

In den Grooves befinden sich viele kleine Kugeln aus Chromstahl, die innerhalb der Nuss enthalten sind. Wenn die Kugeln in der Nuss zirkulieren, ermöglichen sie eine reibungslose Bewegung unter der Schraube. Die Ablenkplatte oder das Rückführsystem hält die Kugeln und lässt sie durch die Nuss zirkulieren.

Bei Verwendung mit einem Motor erreichen Rollschrauben eine Effizienz von bis zu 90 %. Sie sind sehr präzise und haben eine Genauigkeit von einigen Tausendstel eines Zolls pro Fuß. Viele Branchen verwenden Rollschrauben für präzise Steuerung, darunter Luft- und Raumfahrt, Computer, Elektronik, Automobil- und Medizingeräteindustrie.

Rollschrauben werden auch häufig in Fertigungsprozessen eingesetzt und kommen in Robotern, automatisierten Montagelinien, Materialfließanlagen, Förderbändern, Werkzeugmaschinen, Kabelsteuerungen und Präzisionsmontageanlagen zum Einsatz.

Die Rollschraubenanordnung besteht aus einer Schraube und einem Nutenblatt, jeweils mit passenden Spiralnuten. Die Rollkörper bewegen sich zwischen diesen Nuten und stellen den einzigen Kontakt zwischen Nutenblatt und Schraube her.

Wenn das Schraubengewinde oder die Nuss rotiert, werden die Kugeln durch den Ablenker in das Kugelrückführsystem der Nuss gelenkt und sie bewegen sich auf einem kontinuierlichen Pfad durch das Rückführsystem zum anderen Ende der Kugelnuss. Dann verlassen die Kugeln das Rückführsystem und gelangen in die Gewindespur des Kugelschraubengewindes und der Nuss zur Kreislaufbewegung in einer geschlossenen Schleife.

Die Kugelnuss bestimmt die Lastfähigkeit und Lebensdauer des Kugelschraubenantriebs. Das Verhältnis der Anzahl der Gewinde im Kugelkreislauf der Nuss zur Anzahl der Gewinde am Kugelschraubengewinde bestimmt, wie stark die Kugelnuss schneller als die Kugelschraube an Müdigkeitsversagen (Verschleiß) grenzt.

Die Kugelnuss enthält zwei Arten von Kugelrückführungsmethoden: externe Zirkulationstyp und interne Zirkulationstyp.

Externer Zirkulationstyp: Die Kugeln kehren über das Rückführungsgewinde ans andere Ende des Kreislaufs zurück, wobei das Kugelrückführungsgewinde über dem Außendurchmesser der Kugelnuss hervorragt.

Innenausführung: Die Kugeln kehren durch oder entlang der Wand der Schraubenmutter zurück, unterhalb des Außendurchmessers der Kugelmutter.

Die Innenausführung hat einen rotierenden Kreislauf (wie im obigen Bild dargestellt). Die Kugeln werden gezwungen, über die Spitze des Gewindestrangs auf der Schraube durch das Rückführsystem zu klettern. Dies wird als Querlenker-Typ-Internes Rückführungssystem bezeichnet. In einer Querlenkertyp-Kugelmutter durchläuft die Kugel nur eine Umdrehung der Welle, und der Rückführweg wird durch den Kugellenker (B) in der Mutter (C) geschlossen, was es den Kugeln ermöglicht, zwischen benachbarten Führungen an den Punkten (A) und (D) zu wechseln.

Wenn eine lange Kugelschraube sich mit hoher Geschwindigkeit dreht, beginnt sie zu vibrieren, sobald das Slenderness-Verhältnis die natürliche Schwingfrequenz der Wellendimensionen erreicht. Dies wird als kritische Geschwindigkeit bezeichnet und kann dem Dienstleben der Kugelschraube sehr schaden. (Die sichere Betriebsgeschwindigkeit sollte nicht mehr als 80 % der kritischen Schraubengeschwindigkeit betragen.)

Einige Anwendungen erfordern längere Wellenlängen und hohe Drehzahlen, und all diese sind Bereiche, in denen eine drehbare Kugelnutzenanordnung benötigt wird.