Dans le domaine des transmissions de précision, les vis à billes circulaires et les écrous sont des composants essentiels. Ils sont indispensables dans les systèmes d'alimentation des machines-outils CNC, les modules linéaires des robots industriels et les mécanismes de positionnement des instruments de précision. Différentes des vis coulissantes ordinaires, les vis à billes circulaires remplacent le frottement de glissement par le roulement des billes, ce qui non seulement améliore considérablement l'efficacité de la transmission, mais garantit également une précision de positionnement extrêmement élevée. La qualité de leurs mouvements et leurs performances d'arrêt déterminent directement la stabilité opérationnelle et la durée de vie de l'ensemble de l'équipement. Combinant l'expérience pratique du traitement et de l'application, cet article aborde les connaissances de base sur le mouvement et l'arrêt sous les aspects de la structure du processus, les points clés de la transmission de précision et la prise en charge de paramètres spécifiques, en évitant les théories vides et en s'efforçant de s'aligner sur la cognition en fonctionnement réel.
I. Structure du processus : fondement du mouvement et de la performance d'arrêt, chaque détail affecte la précision
Le cœur de la structure du processus de la circulairevis à billes et écrou à billesest la conception coordonnée de « vis + écrou + bille + dispositif de circulation ». La technologie de traitement et les paramètres structurels de chaque composant sont directement liés à la douceur, à la précision et à la durabilité du mouvement et de l'arrêt. De nombreuses personnes constatent dans des applications pratiques que parmi les vis à billes du même modèle, certaines fonctionnent sans problème sans blocage, tandis que d'autres sont sujettes à des bruits anormaux, à des blocages ou même à des dérives de précision. Cela est essentiellement dû aux différences dans la structure des processus et dans la précision du traitement.
1. Corps de vis : le « cadre » de la transmission de précision, la technologie détermine la précision de base
La vis est le cœur de la transmission et sa technologie de traitement détermine directement la précision de référence de la transmission. À l'heure actuelle, les matériaux de vis courants sont principalement l'acier à roulements en chrome à haute teneur en carbone SUJ2 ou l'acier à roulements GCr15SiMn. Après trempe et revenu, recuit sphéroïdisant et durcissement par induction à moyenne fréquence -, ce type de matériau peut atteindre les caractéristiques de « surface dure et noyau résistant » - la dureté de surface peut atteindre HRC58 -62, assurant la résistance à l'usure du chemin de roulement, tandis que le noyau conserve une ténacité suffisante pour éviter la rupture lorsqu'il est soumis à des charges alternées à long terme (telles que la torsion et la flexion).
Le maillon clé du traitement de la vis est le meulage du chemin de roulement. La forme en coupe transversale du chemin de roulement est divisée en arc simple et arc double, chacun avec des scénarios applicables. Le processus de meulage du chemin de roulement à arc unique-est relativement simple et il est facile d'obtenir une précision de traitement élevée, mais son angle de contact change avec le changement de charge axiale - plus la charge est grande, plus l'angle de contact est grand, et l'efficacité de la transmission et la capacité portante augmenteront également en conséquence. L'angle de contact du chemin de roulement à double -arc reste fondamentalement inchangé à 45 degrés, avec une stabilité opérationnelle plus forte. Le fond du chemin de roulement n'est pas en contact avec les billes, qui peuvent stocker de l'huile lubrifiante et une petite quantité de débris, réduisant ainsi la friction et l'usure. Cependant, la correction, le traitement et l'inspection de la meule sont plus difficiles.
De plus, le choix du rapport entre le rayon du chemin de roulement et le diamètre de la bille est également crucial. Les ratios courants adoptés dans l'industrie chinoise sont 1,04 et 1,11. Ce paramètre affecte directement la capacité portante - si le rapport est trop grand, la zone de contact entre la bille et le chemin de roulement est trop petite, ce qui est sujet à une concentration de contraintes et à une usure accélérée ; si le rapport est trop petit, la zone de contact est trop grande, ce qui augmentera la résistance au frottement et affectera l'efficacité de la transmission. Habituellement, le rayon du chemin de roulement est contrôlé entre 1,4 et 1,6 fois le diamètre de la bille. Le diamètre nominal de la vis (le diamètre du cylindre entourant le centre de la bille sous l'angle théorique de contact entre la bille et le chemin de roulement) est sa dimension caractéristique. Par exemple, le modèle BSM4020 couramment utilisé a un diamètre nominal de 40 mm, qui détermine directement la capacité portante et la dimension d'installation de la vis.
2. Écrou : le "support pour accueillir et faire circuler les balles", la structure détermine la douceur du mouvement et de l'arrêt
La fonction principale de l'écrou est d'accueillir les billes et de réaliser le mouvement circulaire des billes entre le chemin de roulement de la vis et le chemin de roulement de l'écrou à travers le dispositif de circulation. Sa conception structurelle et la précision de son traitement affectent directement la fluidité de la circulation des balles, évitant ainsi les problèmes tels que le blocage et la chute des balles. Le matériau de l'écrou est généralement adapté à celui de la vis, principalement de l'acier à roulement SUJ2. Dans certains scénarios légers, un alliage d'aluminium ou un plastique technique à haute résistance-est utilisé, mais les écrous en plastique ont une faible résistance à l'usure et ne conviennent qu'aux scénarios légers-charges et à faible-vitesse (tels que les imprimantes 3D).
La structure clé de l'écrou est le dispositif de circulation, qui est divisé en circulation interne et circulation externe. C’est également la différence fondamentale qui affecte les performances de mouvement et d’arrêt. Les billes de l'écrou de circulation interne ne quittent jamais la surface de la vis pendant le processus de circulation et réalisent la circulation à travers le retour (dispositif de retour de bille) dans le trou latéral de l'écrou. Un écrou est généralement équipé de 3 à 6 retours, répartis uniformément le long de la circonférence, décalés de 60 à 120 degrés. Il existe trois types de retours : oblats, circulaires et matriciels. Parmi eux, le retour flottant (conservant un jeu d'ajustement de 0,01 ~ 0,015 mm avec le trou de montage et réalisant un auto-positionnement grâce à un ressort à lames) a la meilleure adaptabilité. Il peut s'arrimer automatiquement à l'entrée et à la sortie de la rainure de retour de la bille, est plus fiable lors d'un fonctionnement à grande vitesse-et convient aux systèmes d'alimentation de haute-précision et haute-sensibilité, mais pas aux scénarios de charges lourdes-et de câbles importants-.
Les billes de l'écrou de circulation externe quitteront le chemin de roulement de la vis lors du retour et réaliseront la circulation à travers un manchon, une canule ou un dispositif de couvercle d'extrémité. Sa taille structurelle est relativement grande et sa capacité portante est plus forte, ce qui convient aux -machines-outils lourdes-à grande échelle et à d'autres scénarios. Cependant, le trajet de circulation de la bille est long, le bruit pendant le fonctionnement est relativement important et la précision est légèrement inférieure à celle du type à circulation interne. Le nombre de tours de travail de circulation externe est généralement de 1,5 tours, 2,5 tours ou 3,5 tours, et le maximum ne dépasse pas 4,5 tours. Trop de virages provoqueront des interférences entre les balles et affecteront la fluidité du mouvement et de l'arrêt.
3. Billes : le « moyen » de transmission, les spécifications et la précision déterminent l'efficacité de la transmission
Les billes constituent le support de transmission central reliant la vis et l’écrou. Leur précision dimensionnelle, leur rugosité de surface et leur matériau affectent directement l’efficacité de la transmission et le taux d’usure. Le matériau de la bille est principalement de l'acier à roulement GCr15, qui a subi une trempe, un meulage et un polissage. La rugosité de la surface doit être contrôlée à Ra0,02 ~ 0,05 μm et la tolérance dimensionnelle doit atteindre le niveau G3 ~ G5, afin d'éviter une force inégale et un blocage causé par des tailles de billes incohérentes.
La sélection du diamètre de la bille correspond au diamètre nominal de la vis et à la taille du chemin de roulement. Par exemple, pour une vis d'un diamètre nominal de 40 mm, le diamètre de bille couramment utilisé est de 6 à 8 mm. Le nombre de billes est lié au nombre de rangées et de tours de l'écrou. Plus le nombre total de billes est élevé, plus la capacité portante est forte, mais trop de billes augmenteront la friction mutuelle et affecteront l'efficacité de la transmission. Habituellement, le nombre de rangées de billes de l'écrou de circulation interne est de 3 à 6 rangées et la circulation externe est ajustée en fonction de la demande du roulement. Par exemple, le nombre de lignes sera augmenté dans les scénarios de charge importante, mais il doit être contrôlé dans une plage raisonnable pour éviter les interférences.