Häufige Probleme mit Kugelschrauben: Ursachenanalyse und Lösungen

I. Übermäßige Gegenreaktion

1. Unzureichende Vorladung

• Ursache: Mangelnde oder unzureichende Vorbelastung führt in vertikalen Anlagen zu Muskelrutschen aufgrund des Eigengewichts, was unter Belastungsfreiheit zu erheblichen Rückschlägen führt.
• Analyse: Nicht vorgeladene Kugelschrauben können eine Rückwirkung von mehr als 0,05 mm aufweisen, was die Positionierungsgenauigkeit beeinträchtigt und die Verwendung auf Anwendungen mit geringer Belastung und geringer Präzision einschränkt.
• Lösungen:
  ▶ Vorbelastung in Höhe von 1 ‰ 3% der Nennlast mit Zwei-Nuss-Schim oder Federvorbelastung;
  ▶ Wählen Sie für eine sehr präzise Darstellung von Einzelmutterkonstruktionen mit eingebauter Vorbelastung (Genauigkeitsklasse C5 oder höher).

2. Übermäßige Torsionsverschiebung

• Ursache: Eine unsachgemäße Wärmebehandlung (nicht ausreichende Härte, ungleichmäßige Härteverteilung oder weiches Material) oder ein zu hohes Verhältnis von Länge zu Durchmesser (L/D > 70) reduziert die Steifigkeit.
• Analyse: Ein L/D-Verhältnis von mehr als 70 kann eine Schraubverschwächung aufgrund des Eigengewichts verursachen, was zu einer Fehlausrichtung der Muttern und einer erhöhten Gegenreaktion führt; eine unkonforme Materialhärte beschleunigt den Verschleiß.
• Lösungen:
  ▶ L/D ≤ 60 beibehalten und für schwere Belastungen zweigliedrige feste Stützen (statt einseitige Stützen) verwenden;
  ▶ Wählen Sie hochfesten Legierungsstahl (z. B. SUJ2) aus und stellen Sie sicher, dass die Wärmebehandlung den industriellen Härtevorschriften entspricht (Kugel: HRC 62 ‰ 66, Mutter: HRC 58 ‰ 62, Schraube: HRC 56 ‰ 62).

3. Fehlende Auswahl und Installation von Lager

• Ursache: Verwendung von tiefgreifenden Kugellagern anstelle von winkelförmigen Berührungslagern oder Fehlausrichtung während des Lageranbaus (Strichwurffehler > 0,02 mm/m).
• Analyse: Tiefen Rillen Kugellager können keine axialen Belastungen aushalten, was zu einem axialen Spiel führt; die Neigung des Lagers führt zu periodischen Gegenreaktionsschwankungen.
• Lösungen:
  ▶ Vorzugsweise winkelförmige Berührungslager mit einem Berührungswinkel von 60° (z. B. 7000er Serie), die hintereinander montiert sind;
  ▶ Bei der Bearbeitung ist die Senkung der Lagersitze auf die Schraubschulter mit einer Toleranz von 0,01 mm zu gewährleisten.

4Unzureichende Starrheit der Stütze

• Ursache: Dünnwand- oder schwachfestes Material (z. B. Gusseisen anstelle von Stahl) für Nuss- oder Lagersitze.
• Analyse: Die elastische Verformung unter Belastung verschiebt die Schraubachse und erhöht so den Rückschlag.
• Lösungen:
  ▶ Vergrößern Sie die Stützwandstärke (empfohlen ≥ 15 mm) oder verstärken Sie sie mit gestreiften Strukturen;
  ▶ Verwenden Sie für kritische Bauteile 45#-Stahl mit Abschärfung und Härtung (Härte HB220 ̇ 250).

II. Probleme mit unregelmäßiger Bewegung

1. Bearbeitungspräzisionsfehler

• (1) Übermäßige Oberflächenrauheit
  • Ursache: Unzureichende Schleifgenauigkeit bei Schraub-/Knödelrutschen (Ra > 0,4 μm) oder Kugelrunderheitsfehler > 0,001 mm.
  • Lösungen: Übernahme von Super-Finishing-Verfahren zur Kontrolle der Raffiness bei Ra ≤ 0,2 μm; Schirmkugeln für einen Rundheitsfehler ≤ 0,0005 mm.
• (2) Blei-Pitch-Abweichung
  • Ursache: Unzureichende Präzision der Drehwerkzeuge (z. B. kumulativer Schrägfehler > ± 0,015 mm/300 mm).
  • Lösungen: Verwenden Sie hochpräzise Schleifmaschinen (Positionsgenauigkeit ± 0,005 mm) und prüfen Sie die fertigen Schrauben vollständig mit Laserleidenmessgeräten.
• (3) Ausfall des Umlaufsystems
  • Ursache: Fehlausrichtung der Umwälzrohre (> 0,5 mm Versatz) oder Burschen im Inneren der Rohre, die zu Kugelstaus führen.
  • Lösungen: Verwenden Sie Positioniervorrichtungen, um die Umlaufrohre mit den Rennwegen auszurichten; führen Sie nach der Montage Prüfungen ohne Last bei Geschwindigkeiten ≥ 500 mm/s durch.

2Eintritt von Fremdstoffen und Schmierfehler

• (1) Verunreinigung der Rennstrecke
  • Ursache: Mangel an Staubschutz (z. B. Schraubmaschinen), wodurch Bearbeitungsspäne (> 50 μm) oder Staub in die Rennwege gelangen können.
  • Lösungen: Installieren Sie Doppellipdichtungen (IP54-Schutz); reinigen Sie die Strecken mit Kerosin und füllen Sie alle 200 Betriebsstunden mit Lithium-basiertem Fett (NLGI Grade 2) ein.
• (2) Unzureichendes Schmieren
  • Ursache: Überschreitung der Schmierintervalle (> 200 Stunden) oder falsche Verwendung von Fett (z. B. auf Kalziumbasis statt auf Lithiumbasis).
  • Lösungen: Integration automatischer Schmiersysteme (Schmierintervall ≤ 8 Stunden) für automatisierte Geräte; Verwendung von Molybdändisulfidfett für Hochtemperaturumgebungen.

3. Installationsfehlstellung

• Ursache: Parallelitätsfehler zwischen Muttersitz und Führungsschiene > 0,1 mm/m oder Koaxialfehler zwischen Lagersitzloch und Schraubenachse > 0,03 mm.
• Analyse: Durch exzentrische Belastung erhöht sich die Reibung auf der Strecke durch einseitige Belastung der Kugeln um mehr als 30%.
• Lösungen: Kalibrieren Sie mit einem Zifferblattanzeiger während der Montage (Parallelismus ≤ 0,05 mm/m, Koaxialität ≤ 0,02 mm); verwenden Sie bei Bedarf Scheiben zur Ausrichtung.

III. Probleme bei Komponentenfehlern

1Kugelfraktur

• Ursache:
  ▶ Materialfehler (z. B. Einschlüsse) oder Unterwärmebehandlung (Härte)▶ Thermische Spannungskonzentration (Temperaturunterschied > 50°C, die aufgrund des Koeffizienten der Ausdehnungsungleichheit Spannung > 800MPa verursacht).
• Lösungen:
  ▶ Wählen Sie SUJ2-Behälter mit Stahlkugeln aus und lehnen Sie die defekten durch magnetische Partikelprüfung ab;
  ▶ Hinzufügen von Kühlstrukturen (z. B. hohle Schrauben mit Kühlmittel) für Hochgeschwindigkeitsanwendungen, um den Temperaturanstieg ≤30°C zu begrenzen.

2- Schäden an der Umlaufleitung

• Ursache: Überbewegung (Nuss, die den Wirkungsstrich um > 10 mm übersteigt) oder Aufprall während der Installation (Kraft > 50 N).
• Analyse: Deformierte Schläuche blockieren den Ballkreislauf und verursachen lokale Druckspannen und Spalling (Ermüdungsdauer um 70% reduziert).
• Lösungen:
  ▶ In der Steuerungssoftware doppelte Grenzwerte (hart + weich) mit einer Sicherheitsmarge ≥ 5 mm festlegen;
  ▶ Verwenden Sie schlagfeste Nylon-Rekirkulationsröhren (anstelle von Kunststoff) und prüfen Sie die Schlaggrenzen nach der Montage.

3Schraub Schulterfraktur

• Ursache:
  ▶ Konstruktionsfehler (Übergangsradius)2.5);
  ▶ Ungleichmäßiges Drehmoment (Abweichung > ± 10%) verursacht Schulterrundgang > 0,02 mm.
• Lösungen:
  ▶ Optimierung der Schulterkonstruktion mit Übergangsradien R5·R8 mm und Durchführung einer Finite-Element-Analyse (Sicherheitsfaktor ≥ 2,0);
  ▶ Verriegeln Sie die Verriegelungsknoten mit einem Drehmomentschlüssel (z. B. M20-Nuss: 150~180N·m) und stellen Sie sicher, dass die Schulterlänge ≤0,01 mm beträgt.

IV. Empfehlungen für eine vorbeugende Wartung

1. Regelmäßige Kontrollen:
   • Rückschlagmessung: Verwenden Sie einen Zifferblattanzeiger, um Rückschlag zu überprüfen (ohne Belastung ≤0,01 mm, bei Vollbelastung ≤0,03 mm);
   • Vibrationsanalyse: Vibrationsüberwachung mit Beschleunigungsmessern (RMS-Wert ≤ 1,5 m/s2).
2. Schmiermanagement:
   • Manuelle Schmierung: Alle 100 Betriebsstunden wird Fett (1/3 Nussvolumen) aufgetragen.
   • Automatische Schmierung: Verwenden Sie progressive Verteilungen mit 0, 5 ‰ 1 ml Fett pro Injektion, in einem Intervall von 4 Stunden.
3. Ersatzteilverwaltung:
   • Kritische Ersatzteile: Lagerkugeln (gleiche Charge), Umlaufrohre und Dichtungen;
   • Planmäßiger Austausch: Kugelschrauben alle 3 Jahre oder 10.000 Stunden unter Hochgeschwindigkeitsbedingungen austauschen.