Mechanizmy śrubowo-toczne - konstrukcja i zastosowanie

Czym jest mechanizm śrubowo-toczny?

Odpowiadając na to najbardziej podstawowe pytanie warto przede wszystkim zaznaczyć, że mechanizmy śrubowo-toczne to elementy maszyn, które przekształcają ruch obrotowy w ruch liniowy - i odwrotnie. Ze względu na wysoką precyzję, wydajność oraz niezawodność znajdują szerokie zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. 

Rodzaje mechanizmów śrubowo-tocznych.

Istnieje dwa główne typy mechanizmów śrubowo-tocznych:

• Mechanizmy śrubowo-toczne kulowe: Wykorzystują kulki jako elementy toczne zapewniając wysoką precyzję, sprawność i niskie tarcie.
• Mechanizmy planetarne: Stosowane w aplikacjach o dużych obciążeniach, zamiast kulek zastosowane są wałeczki z gwintem zbliżonym do metrycznego.

Rys. 1. Porównanie gwintu kulowego z planetarnym (grafika EWELLIX).

Mechanizmy śrubowo-toczne kulowe można podzielić na 3 główne grupy ze względu na sposób wykonania śruby:

• Rolowane: wykonane w procesie rolowania na zimno, charakteryzują się wypływką na średnicy zewnętrznej, najbardziej popularny typ z najlepszą dostępnością bez wymogu parowania nakrętki ze śrubą w opcji bez lub z kasowania luzu-promieniowo-osiowego, klasy dokładności T5-T10.
• Wiórkowane: wykonywane specjalnym narzędziem przeznaczonym do procesu wiórkowania, śruby parowane z nakrętkami, klasy dokładności T5-T7.
• Szlifowane: najbardziej dokładne napędy, charakteryzują się rowkiem w dnie gwintu (odprowadzenie szlifowanego materiału), przeznaczone do najbardziej precyzyjnych zastosowań, nakrętki zawsze parowane ze śrubami i ze skasowanym luzem promieniowo-osiowym, klasy dokładności T0-T5.

Rys. 2. Typy śrub kulowych (grafika HIWIN).

Nakrętki mechanizmów śrubowo-tocznych kulowych można podzielić ze względu na typ nawrotów (wewnętrzne oraz zewnętrzne) oraz kształtu zewnętrznego (pojedyncze, podwójne, z kołnierzem, cylindryczne, z gwintem metrycznym zewnętrznym, z regulowanym napięciem)

Konstrukcja i zasada działania mechanizmu śrubowo-tocznego kulowego.

Rys. 3. Przykładowa budowa nakrętki z nawrotami zewnętrznymi rurowymi (grafika z katalogu THK).

Podstawowe elementy mechanizmu śrubowo-tocznego kulowego to:

• Śruba: wał z gwintem kulowym.
• Korpus nakrętki: element z gwintem kulowym wewnętrznym.
• Elementy toczne: precyzyjnie wykonane oraz selekcjonowane kulki, które minimalizują tarcie i zapewniają płynną pracę w ramach aplikacji.
• Nawroty: zapewniają poprawny obieg elementów tocznych (kulek) w pętli bez końca.
• Uszczelnienia: zapobiegają dostaniu się zanieczyszczeń do wnętrza nakrętki. Są dostępne w wykonaniu z tworzywa sztucznego, brązu oraz w opcji ze szczotkami.

Rys. 4. Najbardziej popularne typy nawrotów (grafika NTN-SNR).

Obrót śruby powoduje przemieszczanie się nakrętki wzdłuż jej osi. Zestawy śrubowo-toczne występują z możliwymi wieloma skokami (przemieszczenie liniowe nakrętki na jeden obrót śruby), od 1[mm] do nawet 100[mm] i równie dużym zakresem średnic śrub. Dostępne są także zestawy z nakrętką pozwalające uzyskać ruch liniowy w osi śruby.

Rys. 5. Koncepcja zamontowanej nakrętki napędzanej oraz jej budowa (grafika Ewellix).

Dostępne są nakrętki ze specjalnym zabezpieczeniem przeciwko niekontrolowanemu upadkowi nakrętki w przypadku zniszczenia kulek.

Rys. 6. Zabezpieczenie nakrętki przed spadnięciem w przypadku awarii (grafika Bosch Rexroth).

Zastosowania mechanizmów śrubowo-tocznych

Mechanizmy śrubowo-toczne znajdują szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu i maszynach, znajdziemy je w takich aplikacjach jak m.in.:

• Obrabiarki: Frezarki, tokarki, wiertarki i inne maszyny CNC wykorzystują mechanizmy śrubowo-toczne do precyzyjnego pozycjonowania narzędzi i elementów obrabianych.
• Roboty: Ramiona robotyczne opierają się na mechanizmach śrubowo-tocznych w celu uzyskania płynnych i precyzyjnych ruchów, zastosowanie tutaj znajdują też tzw. ball spline, połączenia śruby kulowej z tuleją toczną przenoszącą moment (pozwala to uzyskać mnogą ilość charakterystyk ruchu).
• Drukarki 3D: Mechanizmy śrubowo-toczne zapewniają precyzyjne przesuwanie głowicy drukującej w osiach X, Y i Z.
• Urządzenia medyczne: Stoły operacyjne, aparaty do rezonansu magnetycznego i inne urządzenia medyczne wykorzystują mechanizmy śrubowo-toczne do zapewnienia płynnych i stabilnych ruchów.
• Maszyny pakujące: Mechanizmy śrubowo-toczne znajdują zastosowanie w transportowaniu i pozycjonowaniu produktów w procesach pakowania.
• Siłowniki elektryczne: stosowane alternatywnie do siłowników hydraulicznych oraz pneumatycznych, za ruch liniowy tłoka odpowiada mechanizm śrubowo-toczny.

Wydajność zestawów śrubowo-tocznych

Wydajność mechanizmu śrubowo-tocznego jest znacznie wyższa względem tradycyjnych śrub trapezowych, sprawność dochodzi aż do 90%. Wynika to z faktu zastosowania elementów tocznych, które obniżają znacznie współczynnik tarcia. Wszystkie komponenty są hartowane co wydłuża znacznie żywotność.

Rys. 7. Porównanie gwintu kulowego i trapezowego (grafika HIWIN).

Rys. 8. Wykres sprawności napędów śrubowych w zależności od typu i kątu wznios gwintu śrubowo-tocznego (grafika HIWIN).

Kąt wzniosu gwintu wynika wprost ze skoku i średnicy danego zestawu, im większy kąt tym większy skok.

Gdzie kupić mechanizmy śrubowo-toczne?

Szukasz wysokiej jakości mechanizmów śrubowo-tocznych? Sklep Albeco oferuje szeroki wybór mechanizmów renomowanych producentów, takich jak EWELLIX, HIWIN, THK i REXROTH. W ofercie sklepu znajdują się mechanizmy śrubowo-toczne o różnych parametrach technicznych, dostosowane do różnych zastosowań. Dodatkowo, Albeco zapewnia fachowe doradztwo w doborze odpowiedniego mechanizmu oraz oferuje szybką dostawę i konkurencyjne ceny.

Ponadto bardzo często dostarczamy zestawy specjalne z nakrętkami o nietypowych kształtach oraz ze skasowanym luzem promieniowo-osiowym. Jest to szczególnie przydatne w przypadku awarii bardzo starych zestawów śrubowo-tocznych o nietypowych wymiarach – często zestawy te nie są już produkowane, a zmiana sterowania lub przerobienie mocowania w aplikacji jest niemożliwe.

Zależnie od stopnia skomplikowania, zestawy specjalne jesteśmy w stanie przygotować w siedzibie ALBECO nawet w przeciągu 1 dnia roboczego – jest to zasługa bogatego zaplecza technologicznego oraz inżynierskiego.

Zdj. 9. Przykładowa realizacja zestawu specjalnego w wykonaniu ALBECO.

W Albeco zajmujemy się regeneracjami zestawów śrubowo-tocznych. Zakres naszych działań obejmuje diagnozę, wycenę oraz samą regenerację po akceptacji kosztów przez klienta. Dodatkowo na życzenie klienta tworzymy dokumentację techniczną i wycenimy fabrycznie nowy zespół śrubowo-toczny. W zależności od stopnia skomplikowania oraz aktualnych mocy przerobowych jesteśmy w stanie wykonać regenerację nawet w ciągu jednego dnia roboczego.

Zachęcamy do zapoznania się z ofertą sklepu Albeco i skorzystania z fachowego doradztwa w zakresie wyboru mechanizmów śrubowo-tocznych.

Jeżeli masz pytania dotyczące mechanizmów śrubowo-tocznych – zapraszamy do kontaktu z naszymi specjalistami:

Michał Dłutkowski
Specjalista ds. Technicznych - Technika Liniowa
Technical Specialist - Linear Motion

	[email protected]
	tel: +48 61 60 00 160

Jakub Kulig
Specjalista ds. Technicznych - Technika Liniowa
Technical Specialist - Linear Motion

	[email protected]
	tel: +48 61 60 00 162

Leszek Wolny
Kierownik Działu Technicznego
Technical Manager

	[email protected]
	tel: +48 61 60 00 194