Osnove prednapetja linearnih vodil in vreten

Prednapetje tirnih vodil in vozičkov

Aplikacije, kjer se uporabljajo linearni ležaji, puše, tirna vodila ali kroglična vretena pogosto zahtevajo natančno določanje položaja, kar pomeni, da morajo biti vse komponente čim bolj toge. In medtem, ko kroglična linearna vodila in navojna vretena lahko prenašajo velike obremenitve se v njih lahko pojavi zračnost zaradi velikosti in prileganja kroglic z naležnimi površinami. Da bi odpravili zračnosti in povečali togost, je potrebno uporabiti prednapete matice in linearne ležaje oz. vozičke.

Pošlji povpraševanje! info@tuli.si

Kaj je prednapetje?

Prednapetje je odprava notranje zračnosti med linearnim vodilom in vozičkom (ali med krogličnim vretenom in matico). V kontaktu med linearnim vodilom in vozičkom (vretenom in matico) se ustvari notranja napetost, kar omogoča sistemu večjo togost in zmanjšuje deformacije pri uporabi zunanje sile.


Prednapetje za sisteme linearnih vodil

Za linearna vodila se prednapetje doseže z zamenjavo kroglic znotraj linearnega vozička, katerih premer je nekoliko večji od standardnih kroglic. Premer kroglice v odvisnosti od razdalje med vodilnimi kanali določa količino doseženega prednapetja. Najbolj pogoste velikosti prednapetja za linearna vodila so 2, 5 ali 8 odstotkov vrednosti faktorja dinamične nosilnosti. Na primer, linearno vodilo s faktorjem dinamične nosilnosti 25.000 N in 2 odstotka prednapetja ima silo prednapetja 500 N.

Nekateri proizvajalci dobavljajo sisteme z visokim prednapetjem samo v obliki ujemajočih kompletov vodil in vozičkov. V primeru, da je voziček uporabljen na drugem tirnem vodilu, določena prednapetost ne more biti zagotovljena. Vendar pa se zaradi lažjega servisiranja, specifikacije in inventarja, proizvajalci pogosteje odločajo za zagotavljanje zamenljivih vozičkov in vodil, kjer je prednapetje opredeljeno in določeno v vozičku, ki omogoča, da se vozički uporabljajo na različnih vodilih ob enakem prednapetju.

Prednapetje tabela.jpg

Deformacija sistem tirnega vodila in vozička brez prednapetja (Z0), z lahkim prednapetjem (Z1) in s srednjim prednapetjem (Z3)
Vir: NSK Ltd,

Prednapetje za sisteme krogličnih vreten

Obstaja več načinov za doseganje prednapetja sistemov krogličnih vreten. Najpogostejši trije tipi doseganja prednapetja so sledeči: uporaba prevelikih kroglic v kroglični matici, nastavljiv premer kroglične matice ali sistem dvojne matice.

Prvi pristop je enak metodi, uporabljeni za doseganje prednapetja v sistemu linearnih vodil. Prevelike kroglice so naložene v kroglično matico, ki odpravljajo zračnost med vretenom in matico. To je relativno poceni izvedba in je lahko izvedena z različnimi oblikami matic, zaradi česar je to pogosta izbira za aplikacije, ki zahtevajo nizka prednapetja.

Za aplikacije, kjer prednapetja ni potrebno natančno določiti, ali če mora biti spremenljivo - da se upošteva sprememba aplikacijskih pogojev in obrabe - je najboljša možnost nastavljiva matica. V tem primeru ima matica režo (v obliki črke "c"). Nastavitveni vijak omogoča uporabniku zmanjšanje notranjega premera matice, odpravo zračnosti in povečanje prednapetja. Metoda nastavljive matice je poceni in omogoča fleksibilnost, ker pa prednapetja ni mogoče nastaviti na točno določeno vrednost, jo najpogosteje najdemo v aplikacijah, kjer je togost pomembna, vendar ni zelo kritična.

Kadar so potrebne velike vrednosti prednapetja v sistemu krogličnega vretena, običajno med 7 in 10 odstotkov, je najpogostejši način, da napnemo dve enojni matici eno proti drugi z uporabo distančnika ali vzmeti med njimi. Ta metoda se imenuje tudi sistem dvojne matice in se uporablja v aplikacijah, kjer je togost kritična in so prisotne vibracije ali udarne obremenitve, kot npr. pri obdelovalnih strojih. Sistemi dvojnih matic zagotavljajo največjo togost, vendar so tehnično najbolj zahtevni za namestitev. Prav tako zahtevajo skoraj dvakratno dolžino ene same matice, pri čemer zavzema pomembno dolžino poti v aplikacijah z omejenim prostorom. 

Prednapetje

Uporaba

Aplikacije

zračnost (brez prednapetja)

minimalna sila trenja,

vertikalne aplikacije

obdelava materialov,

naprave za pakiranje

rahlo prednapetje (1 do 3%)

visoko pozicionirana natančnost,

momentne obremenitve

oprema polprevodnikov,

testna oprema

srednje prednapetje (4 do 6%)

visoka togost

naprave za slikanje v medicini, naprave za rezanje z laserjem

težje prednapetje (7 do 10%)

vplivne obremenitve, vibracije

strojna orodja, vrtalne naprave

Zahteve aplikacije določijo potrebno količino prednapetja.

Koliko prednapetja?

V primeru prednapetja več ni nujno boljše. Prednapetje poveča silo (ali navor), ki je potrebna za premikanje linearnega vozička (ali vretena matice), kar lahko zahteva večji motor in z njim povezane komponente ter s tem povezano povečanje stroškov in kompleksnost. Visoko prednapetje povzroča tudi dodatno segrevanje v notranjosti vozička (ali kroglične matice), kar povečuje obrabo in skrajšuje življenjsko dobo. In na koncu, prednapetje pomeni obremenitev in ga je potrebno upoštevati pri izračunu življenjske dobe ležaja, kar pomeni da njen vpliv lahko označimo s kubično močjo v enačbi za življenjsko dobo.

Tako kot druge vplivne sile, sila prednapetja vpliva na življenjsko dobo ležaja.