滾珠花鍵
一、構造與特長
滾珠花鍵是利用裝在花鍵內的滾珠,在精密研磨的滾動溝槽中,同時進行平滑滾動,及傳遞力矩。採用 BEMOTION獨設計,具有更大之接觸角度(40,除了具有高度之靈敏性外更能大幅提升負載能力,適用於振動衝擊負荷作過大、定位精度要求高、以及需要高速運動性能的環境,在這類環境下也能發揮有效的作用。時,即使代替直線滾珠襯套使用時,因在軸徑相同的情況下,滚珠花鍵所具有的額定負荷是線性襯套的十幾倍,所以能使設計變得十分小巧即使在懸臀負荷、力矩等作用的情況下,也可安全使用,且具有高耐用性。
TBIMOTIN 滚珠花鍵可分為有法蘭型式之SLF及無法蘭之SLT兩種型式,因軸徑之大小鋼珠之接觸路徑又可分為2排(180(SLF6~20和4排(70(SLF25~50),此外办提供空心軸供選擇使用。
特長
大負荷容量
滾珠的滾動溝槽採精密研磨成型,且採用哥德型40角接觸,因接觸角度大,故在徑向和扭矩方向都具有很大的負荷容量。
旋轉方向間隙為零
通過採用接觸角都為40的相對2~4滾珠列,將花鍵軸與花鍵承軸套結合,並可透過調整預壓方式,使旋轉方向的間隙可為零。
高度之靈敏性
由於鋼珠接觸點採特殊之設計,除高剛性外,更具靈敏性,並可降低能量之浪費。
高剛性
由於接觸角大,故具有高剛性,並可視情況施加恰當的預壓,所能獲得較高的扭矩剛性.力矩剛性。
裝配簡單
由於採用特殊之設計,即使將花鍵軸承套從花鍵軸脫離,滾珠也不會脫落。故裝配、保養、檢查都很容易進行。
二、種類與特長
三、選擇滾珠花鍵的步驟
四、花鍵軸的強度設計分析
滾珠花鍵的花鍵軸是能承受徑向負荷或扭矩的複合軸。在負或矩很大時,
必須考慮花鍵軸的強度。
4.1 承受彎曲的花鍵軸
當彎矩作用在滾珠花鍵的花鍵軸上時,先按
固定的方式、鍵軸長度、負載條件等,計算
出鍵軸承受的最大彎矩(M),再利用式(1)可算
出最適合的花鍵軸徑。
4.5花鍵軸的曲和曲角
滾珠花鍵的花鍵軸度和撓度角要根據其受力條件相適應的計算公式來計算。在表1、表中
表示了在各種各樣支撐條件下的計算式。
在表(3)中表示了花鍵軸的斷面係數(z斷2次距(I)利用表3中的Z、I,可計算滾珠花鍵各
種型號的強度和變形量(撓曲量)。
4.6花鍵軸的臨界速度
如使用中之滾珠花鍵軸為旋轉時,當轉速靠
近影響花鍵臨界作動頻將產生共振。因此,
最高旋轉數必須限制在不產生共振的程度。
可根據下式(6)進行臨界轉速之計算,為了安
全起見臨界轉速含-0.8之安全係數。
4.7 花鍵軸的斷面特性
五、預測壽命
5.1 額定壽命
即使讓同一批製造出來的滾珠花鍵,在相同
運動條件下使用,其壽命也有一定的離散度。
因此,作為計算直線運動系統的壽命的基準,
使用以下所定義的額定壽命。額定壽命就是,
讓一批同樣的直線運動系統在同樣條件上分別運動時,其中的90%不產生剝離(金屬面上剝
離片)所能到達的總運行距離。
5.2計算額定
滾珠花鍵的額定壽命根據運行中所承受的負荷的種類而有所不同:扭矩負荷、徑向負荷和力矩負荷根據下式(7)至(10)進行計算,可求
得各額定壽命值。(各負荷方向的基本動額定負荷均記載在各型號的尺寸表中。)
L:額定壽命(km)
C,:基本額定動矩(Nm)
Te:負荷矩(N.m)
C:基本額定動負荷(N)
P:徑向負荷(N)
fr:溫度係數(參照圖2)
fc:接觸係數(參照表4)
fw:負荷係數(參照表5)
溫度係數
當使用滾珠花鍵的環境超過100的高溫時,考慮到高溫所引起的不良影響,故計算壽命
時乘以圖2的溫度係數。同時,注意滾珠花鍵也有必要使用對應高溫的產品。
(注)空氣溫度超過80C時,密封墊片保持器的材料必須相應改成高溫規格的材料。
接解係數
將直線運動導向的花鍵軸承套靠緊使用時,由於力矩或安裝精度的影響很難得到均勻的負荷分佈,故將幾個軸承套靠緊使用時,請在基本額定負荷(C)、(Co)上乘以表4中的相應接觸係數。
(注)在大型裝置中,若預料負荷分佈不均等時,請考慮表4中的接觸係數。
負荷係數
一般來說,作往返運動的機械,在運轉中大都伴有振動和衝擊,特別是高速運轉時產生的振動,
及經常反復啟動、停止時所引起的衝擊等,全部正確的算出是很困難的。因此,在不能得到實際
作用於直線運動系統上的負荷時,或者速度和振動的影響很大時,請將基本額定負荷(C)、(Co)除
以表5中由經驗所得到的負荷係數。
同時承受力矩和徑向負荷時
根據徑向負荷與等效徑向負荷的
總和計算壽命。
5.3計算平均負
花鍵使用時,行程中其負荷可能會有所變動,例如像工業用機器人的搖臂,前進時抓住工件運動,後退時只有搖臂的自重,或是像機械那樣,作用在軸承套上的負荷根據各種各樣的條件而變動時,必須考慮負荷的變動條件來進行壽命計算。
平均負荷(Pm)指,當作用在外上的負荷伴隨著運行中各式各樣的條件而變動時,與這個變動負荷條件下的壽命具有相同壽命的一定負荷。
六、選擇預壓
滾珠花鍵的預壓對精度、耐負荷性能及剛性都有很大的影響,因此需要根據使用用途定恰當
的間隙(預壓)各型的間隙值已被規格化,因此可根據使用條件進行恰當的選定。
6.3 使用條件與預壓的選擇
在表(8)中,表示了根據滾珠花鍵的使用條件,選定旋轉方向間隙的基準。
滾珠花鍵的旋轉方向間隙對花鍵軸承套的精度或剛性有很大的影響。因此,根據用途選定適當
的間隙是很重要的一般來說,都使用有預壓的產品在進行反復旋轉運動或往復直線運動時,
由於會有很大的振動衝擊,所施加預壓,會顯著的提高壽命和精度。
七、精度設計
7.1 精度等級
滾珠花鍵的精度是用花鍵軸承套外徑對花鍵軸支撐部的擺動來表示的。它分為
普通級(N)、高級(H)、精密級(P)。
7.2 精度規格
滾珠花鍵的各測試項目如表10〜表13所示:
八、安裝
8.1 支撐座的内徑公差
花鍵外筒與支撐座的配合,通常用過度配合。對滾珠花鍵的精度要求不高的清況下,可用間隙配合。
8.2 花鍵的安裝
花鍵軸承套的安裝例子如圖6和圖7所示。花鍵軸方向的固定度並不要求很高,但避免只將
其敲入不予固定的現象。
九、花鍵軸
9.1 花鍵軸的斷面形狀
表(17)表示的是花鍵軸的斷面形狀。如果花鍵軸軸端為圓柱形,則在可能情況下不要超過
溝槽谷徑($d)。