Veel voorkomende problemen met kogelschroeven: oorzaaksanalyse en oplossingen

I. Overmatige negatieve reacties

1Onvoldoende voorbelasting

• Oorzaak: Gebrek aan of onvoldoende voorbelasting leidt in verticale installaties tot slijtage van moeren door eigen gewicht, wat resulteert in een aanzienlijke tegenreactie onder omstandigheden zonder belasting.
• Analyses: Onvoorgeladen kogelschroeven kunnen een terugslag vertonen van meer dan 0,05 mm, waardoor de positioneringsnauwkeurigheid wordt aangetast en het gebruik wordt beperkt tot toepassingen met een lage belasting en lage precisie.
• Oplossingen:
  ▶ Voorafbelasting van 1 ‰ 3% van de nominale dynamische belasting worden toegepast met behulp van een dubbelnoot-schaal of een veervoorbelasting;
  ▶ Kies voor eenvoudige knoopconstructies met ingebouwde voorbelasting (precisie klasse C5 of hoger) voor zeer nauwkeurige scenario's.

2. Overmatige torsionele afbuiging

• Oorzaak: Onjuiste warmtebehandeling (onvoldoende hardheid, ongelijke hardheidsverdeling of zacht materiaal) of een te hoge lengte-diameterverhouding (L/D > 70) die de stijfheid vermindert.
• Analyse: een L/D-verhouding van meer dan 70 kan leiden tot schroefzakken als gevolg van eigen gewicht, wat leidt tot een verkeerde uitlijning van de moeren en een verhoogde terugslag; een onderstandaard hardheid van het materiaal versnelt slijtage.
• Oplossingen:
  ▶ Houd L/D ≤ 60 en gebruik voor zware lasten vaste steunstukken met twee uiteinden (in plaats van eenzijdige steunstukken);
  ▶ Kies hoogsterk legeringsstaal (bijv. SUJ2) en zorg ervoor dat de warmtebehandeling voldoet aan de industriële hardheidsnormen (bal: HRC 62 ∼66, moer: HRC 58 ∼62, schroef: HRC 56 ∼62).

3Onjuiste selectie en installatie van lagers

• Oorzaak: Gebruik van diepe groefkogellagers in plaats van hoekige contactlagers of verkeerde uitlijning tijdens de installatie van het lager (perpendiculariteitsfout > 0,02 mm/m).
• Analyse: diepe groef kogellagers kunnen geen axiale belastingen weerstaan, waardoor axiale spel veroorzaakt wordt; de kanteling van het lager leidt tot periodieke tegenreactieverschillen.
• Oplossingen:
  ▶ Geef prioriteit aan hoekige contactlagers met een contacthoek van 60° (bijv. 7000-serie), die naast elkaar zijn geïnstalleerd;
  ▶ Zorg ervoor dat de drager perpendiculair is aan de schroefschouder binnen een tolerantie van 0,01 mm tijdens het bewerken, met dubbele vergrendelingen om los te blijven.

4Onvoldoende steunstijfheid

• Oorzaak: dunwandige of laagsterke materialen (bijv. gietijzer in plaats van staal) voor moeren of lagers.
• Analyse: Elastische vervorming onder belasting verplaatst de schroefas, waardoor de terugslag effectief toeneemt.
• Oplossingen:
  ▶ Verhoog de steunwanddikte (aanbevolen ≥ 15 mm) of versterk met geribbeerde structuren;
  ▶ Gebruik 45# staal met afzuig- en tempering (hardheid HB220­250) voor kritieke onderdelen.

II. Problemen met onregelmatige bewegingen

1. Bewerkingsfouten

• (1) Overmatig ruw oppervlak
  • Oorzaak: Onvoldoende slijpnauwkeurigheid voor schroeven/nootracks (Ra > 0,4 μm) of fout van de ronde bal > 0,001 mm.
  • Oplossingen: gebruik maken van superafwerkingsprocessen om de ruwheid van de loopbaan bij Ra ≤ 0,2 μm te controleren; schermballen voor een ronde fout ≤ 0,0005 mm.
• (2) Lood/pitch afwijking
  • Oorzaak: Onvoldoende nauwkeurigheid van draadbewerkingswerktuigen (bijv. cumulatieve fout van de toonhoogte > ± 0,015 mm/300 mm).
  • Oplossingen: gebruik hoogprecisie-schroeven (positiegenauigheid ± 0,005 mm) en inspecteer de afgewerkte schroeven volledig met laserlood meetinstrumenten.
• (3) Storing van het recirculatiesysteem
  • Oorzaak: Verkeerde uitlijning van de recirculatiebuizen (> 0,5 mm verschuiving) of boeren in de buizen die kogelproppen veroorzaken.
  • Oplossingen: Gebruik positioneringsinrichtingen om recirculatiebuizen op de loopbanen af te stemmen; voert na montage tests zonder belasting uit bij snelheden ≥ 500 mm/s.

2- Indringing van vreemd materiaal en smeerfouten

• (1) Verontreiniging van het renpad
  • Oorzaak: Gebrek aan stofbescherming (bijv. schrapers), waardoor bewerkingschipjes (> 50 μm) of stof de loopbanen kunnen binnendringen.
  • Oplossingen: installeer dubbele lippendichtingen (IP54-bescherming); reinig loopbanen met kerosine en vul elke 200 werkuren met lithium gebaseerd vet (NLGI-klasse 2).
• (2) Onvoldoende smeermiddel
  • Oorzaak: overschrijding van smeerintervallen (> 200 uur) of gebruik van onjuiste vetten (bijv. op calciumbasis in plaats van op lithiumbasis).
  • Oplossingen: integreren van automatische smeersystemen (vetinterval ≤ 8 uur) voor geautomatiseerde apparatuur; gebruik van molybdeendisulfidevet voor omgevingen met hoge temperaturen.

3. Installatie Misligning

• Oorzaak: Parallelismefout tussen de moer en de geleidingsrail > 0,1 mm/m of coaxialefout tussen het gaatje van de leger en de schroefas > 0,03 mm.
• Analyse: excentrische belasting verhoogt de wrijving op de baan met meer dan 30% als gevolg van eenzijdige spanning op ballen.
• Oplossingen: kalibreren met een wijzer tijdens de installatie (parallelisme ≤ 0,05 mm/m, coaxialiteit ≤ 0,02 mm); indien nodig gebruik maken van schilders voor uitlijning.

III. Problemen met de storing van onderdelen

1Ballenbreuk.

• De oorzaak:
  ▶ Materiaaldefecten (bijv. insluitsels) of onderwarmtebehandeling (hardheid)▶ Thermische spanningsconcentratie (temperatuurverschil > 50°C veroorzaakt spanning > 800 MPa als gevolg van uitbreidingscoëfficiënt mismatch).
• Oplossingen:
  ▶ Selecteer SUJ2-lagers met stalen ballen en verwerp de defecte ballen via magnetische deeltjesinspectie;
  ▶ Voeg koelconstructies toe (bijv. holle schroeven met koelmiddel) voor hogesnelheidstoepassingen, waardoor de temperatuurstijging ≤30°C wordt beperkt.

2Schade aan de recirculatiebuis

• Oorzaak: overbelasting (noot die de effectieve slag met > 10 mm overschrijdt) of botsing tijdens de installatie (kracht > 50 N).
• Analyse: Vervormde buizen blokkeren de circulatie van de bal, waardoor lokale drukspannen en spalling op de baan ontstaan (verminderde vermoeidheid met 70%).
• Oplossingen:
  ▶ Stel in de besturingssoftware dubbele grenzen (hard + zacht) met een veiligheidsmarge ≥ 5 mm;
  ▶ Gebruik slagbestendige recirculatiebuizen van nylon (in plaats van van plastic) en test de slaggrenzen na montage.

3Schroef schouderbreuk.

• De oorzaak:
  ▶ Ontwerpfouten (overgangsradius)2.5);
  ▶ Ongelijkmatig knoopkoppel (afwijking > ± 10%) waardoor de schouder uitstroomt > 0,02 mm.
• Oplossingen:
  ▶ Optimaliseren van het schouderontwerp met overgangsradius R5·R8 mm en uitvoeren van eindige elementenanalyse (veiligheid factor ≥ 2,0);
  ▶ Vergrendel de vergrendelingen met een koppelknop (bijv. M20-noot: 150 ‰ 180 N·m) en zorg voor een schouderuitstraling ≤ 0,01 mm.

IV. Aanbevelingen voor preventief onderhoud

1. Regelmatige inspecties:
   • Meting van de terugslag: gebruik een wijzer om de terugslag te controleren (zonder belasting ≤0,01 mm, bij volle belasting ≤0,03 mm);
   • Vibratie-analyse: monitor de trillingen met versnellingsmeters (RMS-waarde ≤ 1,5 m/s2).
2. Het smeermiddelbeheer:
   • Handmatig smeren: elke 100 werkuren vet (volume van 1/3 moer) aanbrengen;
   • Automatische smering: gebruik progressieve distributeurs met 0,5 ‰ 1 ml vet per injectie, met een interval van 4 uur.
3. Onderdeelbeheer:
   • Critische reserveonderdelen: voorraadballen (dezelfde partij), recirculatiebuizen en afdichtingen;
   • Programmaire vervanging: vervang bolschroeven om de 3 jaar of 10.000 uur bij hoge snelheid.