Gabay sa Ball Screw: Kahulugan, Pag-uuri, Katiyakan at Mga Teknikal na Pangunahing Kaalaman

2025-12-22 15:37:47

Bilang isang pangunahing bahagi ng transmisyon sa industriyal na automation, mga kagamitang CNC machine tool, at mga kagamitang may mataas na katumpakan, ang ball screws ay kilala sa kanilang mataas na kahusayan, mataas na katumpakan, at mahabang buhay ng serbisyo. Ito ay nagpapakilos ng pagbabago sa pagitan ng rotary motion at linear motion na may pinakamaliit na pagkawala ng enerhiya, na naging susi sa katumpakan at katatagan ng mga mekanikal na sistema. Ang artikulong ito ay magbibigay ng sistematikong paliwanag tungkol sa propesyonal na kaalaman patungkol sa ball screw mula sa pananaw ng kahulugan, komposisyon ng istruktura, siyentipikong pag-uuri, pag-uuri ng katumpakan, teknikal na katangian, at praktikal na pagpili, upang matulungan kang lubos na maunawaan ang teknikal na esensiya ng mahalagang bahaging ito.

1. Tumpak na Kahulugan at Pundamental na Prinsipyo ng Paggana ng Ball screws

Ang ball screw (kilala rin bilang ball bearing screw) ay isang mekanikal na transmission device na gumagamit ng mataas na presyong mga steel ball bilang mga rolling element sa pagitan ng screw shaft at ng nut upang i-convert ang rotary motion ng screw sa linear motion ng nut (o kabaligtaran). Kumpara sa tradisyonal na trapezoidal screws na umaasa sa sliding friction, ang rolling friction sa pagitan ng mga steel ball at ng raceway ng screw/nut ay malaki ang nagpapababa sa friction coefficient, na nagbibigay-daan sa mas mataas na transmission efficiency at positioning accuracy.

Pangunahing prinsipyo ng paggana: Kapag umiikot ang screw shaft sa ilalim ng drive ng isang power source (tulad ng isang servo motor), ang mga steel ball sa loob ng nut raceway ay dumudulas kasama ang spiral groove ng screw. Sa ilalim ng limitasyon ng return device (sistema ng sirkulasyon ng bola), ang mga steel ball ay patuloy na bumabalik sa pagitan ng screw at ng nut, na nag-iwas sa pagbangga at pagsusuot ng isa't isa. Habang gumugulong ang mga steel ball, ito ay nagdadala sa nut upang kumilos nang tuwid kasama ang axis ng screw; sa kabilang banda, kapag tinamaan ng tuwirang puwersa ang nut, maaari itong magpapaikot sa screw, na nagrerealize ng dalawang-direksyon na pagbabago sa pagitan ng rotary at tuwid na galaw.

2. Pangunahing Komposisyon ng Istruktura ng Ball screws

Binubuo ng limang pangunahing bahagi ang isang kumpletong ball screw assembly, kung saan direktang nakakaapekto ang bawat isa sa pagganap ng transmisyon at haba ng serbisyo ng produkto. Ang pagiging makatuwiran ng disenyo ng istraktura ang batayan para matiyak ang mataas na presisyon at kahusayan:

Sakong bulag : Ang pangunahing bahagi na may spiral na raceway na naproseso sa ibabaw, karaniwang gawa sa mataas na carbon na chromium na bearing steel (SUJ2) o alloy structural steel (SCM440). Matapos ang pag-quench at pagpapatigas, tumpak na paggiling, at iba pang proseso, ito ay nagtataglay ng mataas na katigasan (HRC58-62) at kalidad ng ibabaw (Ra ≤ 0.2 μm), na nagsisiguro ng maayos na pagtutuwid ng mga steel ball at lumalaban sa pagsusuot.
Nut : Ang tugma na bahagi na may screw shaft, na may spiral na raceway na tumutugma sa loob ng screw. Ang materyales ay katulad ng sa screw shaft, at ang raceway ay dumaan sa tumpak na paggiling upang masiguro ang pagkakatugma sa screw. Ang nut ay mayroon ding mounting interface para ikonekta sa linear motion component (tulad ng workbench).
Mga Steel Ball : Ang mga umiiral na elemento sa pagitan ng turnilyo at ng nut, na karaniwang gawa sa mataas na presyong bearing steel balls (G10-G3), na may sukat na toleransiya na ±0.001mm. Ang sukat at bilang ng mga steel ball ay direktang nagdedetermina sa kakayahan sa pagdala ng bigat at tigkik ng ball screw.
Balik na Aparato (Sistema ng Sirkulasyon ng Ball) : Ang pangunahing bahagi upang mapagana ang patuloy na sirkulasyon ng mga steel ball, na maaaring nahahati sa panloob na sirkulasyon at panlabas na sirkulasyon batay sa paraan ng sirkulasyon. Ang tungkulin nito ay gabayan ang mga steel ball na umabot na sa dulo ng nut pabalik sa simula ng raceway, upang matiyak ang pagkakaroon ng tuluy-tuloy na transmisyon. Ang disenyo ng balik na aparato ay direktang nakakaapekto sa kahoyan ng pagtakbo at antas ng ingay ng ball screw.
Dispositibo ng Pagsisiyasat : Naka-install sa magkabilang dulo ng nut at sa panlabas na paligid ng nut, ginagamit ito upang pigilan ang alikabok, metal na kaliskis, likidong pamputol, at iba pang dumi mula pumasok sa raceway, at sabay na pinipigilan ang pagtagas ng lubricating oil. Kasama sa karaniwang mga anyo ng sealing ang contact seals (tulad ng felt rings, goma seals) at non-contact seals (tulad ng labyrinth seals), na pinipili ayon sa working environment.

1(1eb4a4e8b6).png

3. Siyentipikong Pag-uuri ng Ball Screws

Ang ball screws ay maaaring hatiin sa iba't ibang uri batay sa maraming propesyonal na sukat. Ang paglilinaw sa kriteria ng pag-uuri ay nakakatulong upang tumpak na iugnay ang produkto sa aplikasyong sitwasyon. Narito ang pangunahing paraan ng pag-uuri sa industriya:

3.1 Pag-uuri Ayon sa Paraan ng Sirkulasyon ng Bola

Ito ang pinakakaraniwang paraan ng pag-uuri, na hinahati ayon sa paraan ng sirkulasyon ng mga bola sa loob ng nut:

Internal Circulation Ball Screw : Ang mga bola na bakal ay naglilibot sa loob ng nut. Ang device na nagbabalik ay isang reverse channel na naproseso sa loob ng nut (karaniwan ay isang circular arc groove o isang through hole). Ang mga bola na bakal ay pumapasok sa reverse channel mula sa dulo ng raceway at bumabalik sa pinanggalingang dulo. Mga Benepisyo: kompakto ang istruktura, maliit ang sukat ng nut, mataas ang kahusayan sa pagtakbo, mahinang ingay (karaniwang ≤ 60dB), at angkop para sa mataas na bilis ng operasyon (maximum na bilis hanggang 3000 rpm). Mga Di-bentahe: kumplikadong teknolohiya sa pagpoproseso at relatibong mataas ang gastos. Karaniwan sa mga CNC machine tool, de-kalidad na electronic equipment, at iba pang mataas na presisyon na aplikasyon.
Panlabas na Sirkulasyon na Ball Screw : Ang mga bola na bakal ay gumagalaw sa labas ng nut. Ang return device ay isang bakal na tubo o plastik na guide groove na nakakabit sa panlabas na ibabaw ng nut. Ang mga bola na bakal ay umiiral mula sa raceway ng nut, pumapasok sa return pipe, at bumabalik sa kabilang dulo ng nut. Mga Benepisyo: Simple ang teknolohiyang pang-proseso, mababa ang gastos, madaling mapanatili, at maaaring idisenyo na may maramihang circuit upang madagdagan ang bilang ng mga bola na bakal at mapataas ang load-bearing capacity. Mga Di-kanais-nais: Malaki ang sukat ng nut, medyo mataas ang ingay habang gumagana, at limitado ang pinakamataas na bilis (karaniwan ≤ 2000 rpm). Angkop para sa karaniwang kagamitang awtomatiko, mabigat na makinarya, at iba pang sitwasyon na may mababang pangangailangan sa bilis at ingay.

3.2 Pag-uuri Ayon sa Profile ng Screw Groove

Hinahati ayon sa hugis ng cross-section ng spiral raceway sa screw at nut, na nakakaapekto sa estado ng contact sa pagitan ng bola na bakal at ng raceway:

Arc Groove Ball Screw : Ang cross-section ng raceway ay hugis arko na may radius na bahagyang mas malaki kaysa sa radius ng steel ball (karaniwang 1.02–1.05 beses ang radius ng steel ball). Mga Benepisyo: Mabuting contact stability, matibay na kakayahan sa pagtanggap ng radial loads at overturning moments, at mataas na rigidity. Mga Di-kanais-nais: Maliit ang contact area sa pagitan ng steel ball at ng raceway, at limitado ang load-bearing capacity. Angkop para sa mga high-precision positioning na sitwasyon na may maliit na carga.
Gothic Arch Groove Ball Screw : Ang cross-section ng raceway ay hugis Gothic arch (binubuo ng dalawang arko na may magkasalungat na radius). Mga benepisyo: Ang steel ball ay nakikipag-ugnayan sa raceway sa dalawang punto, kaya kayang mapagtagumpayan ang axial at radial loads, at ang load-bearing capacity ay 1.5-2 beses na mas mataas kaysa sa arc groove. Mga di-mabuti: Mataas ang kinakailangang precision sa pagpoproseso, at sensitibo ang contact state sa mga kamalian sa pag-install. Angkop para sa mga sitwasyon na may mabigat na karga at mataas na rigidity tulad ng mabigat na CNC machine tool at hydraulic press.

3.3 Pag-uuri Ayon sa Lead Accuracy

Kinlasipika batay sa lead error (ang paglihis sa pagitan ng aktwal na lead at teoretikal na lead), na siya namang pangunahing tagapagpahiwatig ng positioning accuracy ng ball screw. Ang mga pamantayan sa pag-uuri ay nakabatay sa internasyonal na pamantayan (ISO 3408) at pambansang pamantayan (GB/T 17587.1-2017):

Precision Grade C1-C5 (High Precision) : Maliit ang error sa lead (C1 grade lead error ≤ 0.003mm/300mm, C5 grade ≤ 0.012mm/300mm), na may mataas na accuracy sa pag-uulit ng posisyon (≤ 0.005mm). Matapos ang precision grinding at mahusay na pag-aayos, angkop ito para sa ultra-precision equipment tulad ng semiconductor packaging machine, optical instrument positioning stage, at precision CNC machining center.
Precision Grade C7-C10 (Katamtamang Precision) : Katamtaman ang lead error (C7 grade ≤ 0.025mm/300mm, C10 grade ≤ 0.050mm/300mm), na nagbibigay ng balanse sa precision at gastos. Ito ang pinakakaraniwang grado sa industrial automation, angkop para sa pangkalahatang CNC machine tool, linear module, robot arms, at iba pang kagamitan.
Precision Grade C16 (Pangkalahatang Precision) : Malaki ang lead error (≤ 0.100mm/300mm), napoproseso sa pamamagitan ng rolling forming, may mataas na efficiency sa produksyon at mababang gastos. Angkop para sa low-precision transmission scenario tulad ng ordinaryong conveyor, automatic door mechanism, at simpleng lifting platform.

3.4 Pag-uuri Ayon sa Forma ng Pagkakainstala

Hinahati batay sa paraan ng pagkakapirmi sa magkabilang dulo ng screw shaft, na nakakaapekto sa katigasan at hilera ng ball screw:

Uri na Nakapirmi-Nakapirmi : Parehong dulo ng screw ay nakapirmi gamit ang angular contact ball bearings. Mga Bentahe: Pinakamataas ang katigasan, kayang dalhin ang malalaking axial load at overturning moments, at mataas ang critical speed, na angkop para sa mahabang hilera, mataas na bilis, at mataas na katigasan na mga sitwasyon (tulad ng malalaking CNC machine tool).
Uri na Nakapirmi–Malaya : Isang dulo ng screw ay nakapirmi, habang ang kabilang dulo ay malaya (walang bearing constraint). Mga Bentahe: Simple ang pagkakainstala, maaring kompensahan ang thermal expansion at contraction ng screw habang gumagana. Mga Di-bentahe: Mababa ang katigasan, limitado ang kapasidad sa pagdala ng bigat, angkop para sa maikling hilera, mabagal na bilis na mga sitwasyon (tulad ng maliit na electronic equipment).
Uri na Nakapirmi–Sinusuportahan : Ang isang dulo ng turnilyo ay nakapirmi, at ang kabilang dulo ay sinusuportahan ng deep groove ball bearing. Mga Benepisyo: Pinapanatili ang balanseng rigidity at kadalian sa pag-install, kayang tumanggap ng tiyak na axial load, at angkop para sa katamtaman ang haba ng galaw (stroke) at katamtamang bilis na mga sitwasyon (tulad ng karaniwang automation module).

4. Mga Pangunahing Teknikal na Indikador ng Ball Screws

Ang pag-unawa sa mga pangunahing teknikal na indikador ay susi sa pagtatasa ng performance ng ball screws at sa tamang pagpili ng produkto. Kasama sa mga pangunahing teknikal na indikador ang mga sumusunod:

Lead (P) : Ang linyar na distansya na gumagalaw nang pahalang ang nut kapag isang buong ikot (360°) ng turnilyo, na sinusukat sa milimetro (mm). Ang lead ay direktang nagdedetermina sa bilis ng transmisyon (līnear speed = lead × rotational speed) at sa positioning resolution. Karaniwang lead ay 5mm, 10mm, 20mm, atbp. Ang manipis na lead (≤ 5mm) ay angkop para sa mataas na presyong positioning, samantalang ang makapal na lead (≥ 20mm) ay angkop para sa mataas na bilis na transmisyon.
Katacutan ng Lead : Tulad ng nabanggit na, nahahati ito sa mga grado ng C1-C16, na siyang pangunahing indikasyon ng katumpakan sa pagpoposisyon. Sa pagpili, kinakailangang isabay ang grado ng katumpakan ayon sa aktwal na pangangailangan sa pagpoposisyon ng kagamitan.
Kapabilidad sa Axial Load : Ang pinakamataas na axial force na kayang tibayin ng ball screw habang gumagana, na nasa Newton (N). Ito ay nakadepende sa sukat ng bola ng bakal, bilang ng mga bola ng bakal, at ang hugis ng raceway. Ang pagsobra sa kapabilidad ng load ay magdudulot ng maagang pagkasira at pagbaba ng katumpakan.
Katibayan : Ang kakayahang lumaban sa pagbabago ng hugis kapag mayroong load, kabilang ang axial rigidity at radial rigidity. Mahalaga lalo na ang axial rigidity para sa katumpakan ng posisyon, at maaaring mapabuti sa pamamagitan ng pagpapalaki ng diameter ng screw, pagpili ng angkop na anyo ng pag-install, o preloading.
Critical Speed : Ang maximum rotational speed kung saan hindi nagpapakawala ng resonance ang screw habang gumagana, na sinusukat sa revolutions per minute (rpm). Ang pagtaas sa critical speed ay magdudulot ng malakas na pag-vibrate ng screw, na nakakaapekto sa katatagan ng transmission. Ang critical speed ay depende sa diameter, haba, at paraan ng pag-install ng screw.
Kahusayan ng Transmisyon : Ang ratio ng output power sa input power, na maaaring umabot sa 90%-98% para sa ball screws (kumpara sa 30%-50% lamang para sa trapezoidal screws). Ang mataas na efficiency ay nangangahulugan ng mas kaunting pagkalugi ng enerhiya, na nakakatulong sa pagtitipid ng enerhiya at pagbabawas ng load ng drive motor.

5. Gabay sa Praktikal na Pagpili ng Ball Screws

Ang tamang pagpili ng ball screws ay direktang nakakaapekto sa performance, service life, at gastos ng kagamitan. Kinakailangang isaalang-alang nang buong-buo ang mga sumusunod na salik at iwasan ang bulag na pagnanais ng mataas na presisyon o mababang gastos:

Linawin ang Mga Pangangailangan sa Paggamit : Una, tukuyin ang pangunahing mga kinakailangan ng kagamitan, kabilang ang accuracy sa posisyon (nagtatakda sa grado ng katumpakan), kapasidad ng kabuuang (nagtatakda sa diyametro at lead ng turnilyo), bilis ng pagtakbo (nagtatakda sa lead at critical speed), at stroke (nagtatakda sa haba ng turnilyo at anyo ng pag-install).
Pumili ng Angkop na Paraan ng Sirkulasyon : Para sa mataas na bilis, mababa ang ingay, at maliit na espasyo, pumili ng panloob na sirkulasyon na ball screw; para sa pangkalahatang karga, mababang gastos na sitwasyon, pumili ng panlabas na sirkulasyon na ball screw.
I-match ang Grado ng Katumpakan : Para sa ultra-precise na kagamitan tulad ng semiconductor at optical instrumento, pumili ng C1-C5 na mataas na grado ng katumpakan; para sa pangkalahatang CNC machine tool at automation equipment, pumili ng C7-C10 na katamtaman ang grado ng katumpakan; para sa mababang katumpakan na transmisyon, pumili ng C16 na karaniwang grado ng katumpakan.
Tukuyin ang Anyo ng Pag-install : Para sa mahabang h stroke at mataas na rigidity, piliin ang uri ng fixed-fixed; para sa maikling stroke at simpleng pag-install, piliin ang uri ng fixed-free; para sa katamtamang stroke, balanseng rigidity at kadalian ng pag-install, piliin ang uri ng fixed-supported.
Isaalang-alang ang Working Environment : Sa mga maruming, madilim, o corrosive na kapaligiran, piliin ang ball screws na may mas malakas na sealing device (tulad ng labyrinth seals) at surface anti-corrosion treatment (tulad ng nickel plating, chrome plating); sa mataas na temperatura, piliin ang materyales at lubricants na lumalaban sa init.
Bigyang-pansin ang Preloading Requirements : Para sa mga sitwasyon na nangangailangan ng mataas na rigidity at walang backlash (tulad ng CNC machining centers), piliin ang preloaded ball screws (karaniwang pamamaraan ng preloading ay kasama ang double nut preloading, offset preloading, at lead preloading); para sa pangkalahatang gamit, maaaring piliin ang non-preloaded ball screws upang bawasan ang gastos.

6. Mga Tip sa Araw-araw na Pagpapanatili at Pagpapahaba ng Service Life

Ang tamang pang-araw-araw na pagpapanatili ay maaaring epektibong mapalawig ang haba ng serbisyo ng ball screws at mapanatili ang kanilang katumpakan. Ang mga pangunahing punto sa pagpapanatili ay ang mga sumusunod:

Regular na Pagpapadulas : Dapat regular na idagdag ang langis o greysa para magreduksi sa alitan sa pagitan ng mga steel ball at raceways. Ang uri ng lubricant ay dapat piliin batay sa bilis ng paggawa at temperatura (gamitin ang langis sa mataas na bilis, gamitin ang greysa sa mabagal ngunit may mabigat na karga). Inirerekomenda ang pag-lubricate tuwing 200-500 oras ng operasyon.
Paglalagay ng Seal at Pag-iwas sa Alikabok : Regular na suriin ang sealing device upang matiyak na buo at epektibo ito. Linisin agad ang ibabaw ng screw at nut upang maiwasan ang pagpasok ng dumi sa raceway. Para sa mahihirap na kapaligiran, maaaring magdagdag ng protektibong takip (tulad ng telescopic cover).
Regular na Inspeksyon sa Katumpakan : Gamitin ang mga kasangkapan tulad ng dial indicator at laser interferometer upang regular na suriin ang kawastuhan ng posisyon at pagkakamali sa lead ng ball screw. Kung ang kalidad ng pagganap ay lumagpas sa payagan na saklaw, agad na i-adjust o palitan ang ball screw.
Iwasan ang pag-operate na sobrang loob : Mahigpit na kontrolin ang load at bilis sa loob ng nakasaad na saklaw para sa ball screw upang maiwasan ang maagang pagsusuot o pagkasira dulot ng sobrang load o mabilis na operasyon.

Kesimpulan

Ang ball screws, na kilala bilang "precision core" ng mechanical transmission, ay naglalaro ng hindi mapapalit na papel sa industriyal na automation at high-precision equipment. Mula sa tumpak na kahulugan at komposisyon ng istruktura hanggang sa siyentipikong pag-uuri at precision grading, ang bawat bahagi ay nagpapakita ng propesyonal na teknikal na kahulugan. Sa pagpili at paggamit ng ball screws, kinakailangang isaalang-alang nang buong-buo ang mga pangangailangan sa aplikasyon, kondisyon ng kapaligiran sa trabaho, at mga salik sa gastos, upang maipares ang mga produkto sa tamang sukat at kakayahan. Kasabay nito, ang pamantayang pang-araw-araw na pagpapanatili ay makagarantiya sa matagalang matatag na operasyon ng ball screws.

Para sa mga inhinyero at kawani na may kinalaman sa disenyo ng makina at automatikong sistema, ang malalim na pag-unawa sa kaalaman tungkol sa ball screw ay siyang batayan upang mapabuti ang pagganap ng kagamitan at mapababa ang bilang ng mga kabiguan. Dahil sa patuloy na pag-unlad ng industriyal na automatikong proseso, ang mga ball screw ay umuusad patungo sa mas mataas na katumpakan, mas mabilis na bilis, at mas mataas na kakayahang umangkop sa kapaligiran, na nagbibigay ng mas matibay na suporta sa pangkalahatang pag-upgrade patungo sa mas matalinong industriya ng pagmamanupaktura.