Śruby toczne i śruby pociągowe są stosowane w różnych zastosowaniach i często nie można ich używać zamiennie. Obie mają swoje zalety i wady. Porównując konstrukcję śruby tocznej i pociągowej, szybko zauważysz, że są zaprojektowane do przenoszenia obciążenia w inny sposób. Śruba toczna przenosi obciążenie poprzez obiegowe łożyska kulkowe, co maksymalizuje sprawność i minimalizuje tarcie. Śruba pociągowa opiera się na tarciu między powierzchniami, które w porównaniu z przyłożonym naciskiem musi być możliwie małe. Oznacza to, że śruba pociągowa nie może być tak wydajna jak śruba toczna. Zapewniają też liniowe siłowniki o lepszej wydajności lub większych prędkościach — w zależności od wybranego modelu. W tym artykule dokładnie porównujemy oba typy.
Śruby toczne
Śruby toczne to mechaniczne siłowniki liniowe, które wytwarzają ruch liniowy przy minimalnym tarciu. Zwykle wybiera się je, ponieważ zapewniają wyższe prędkości przy ciągłych cyklach pracy i mogą przenosić większe obciążenia niż śruby pociągowe. Choć są droższe, są niezawodne i łatwo integrują się z projektem.
Główne zasady działania śrub tocznych
Ich wały często wykonuje się metodą walcowania, co daje dokładność rzędu kilku tysięcznych cala na stopę.
Siłowniki ze śrubą toczną składają się z elementów z gumy lub skóry oraz dość masywnego cylindra, aby umożliwić recyrkulację kulek, która powoduje ruch. Mają liniowe uszczelnienia wzdłuż szwu,
długie wózki prowadzące oraz różne punkty smarowania w łatwo dostępnych miejscach mechanizmu.
Zalety śrub tocznych
Śruby toczne są bardzo wydajne, ponieważ ich konstrukcja zmniejsza wymagany moment obrotowy. Są elastyczne w zastosowaniach i cechują się mniejszym tarciem wynikającym ze sposobu działania. Dzięki temu nie nagrzewają się tak jak siłownik liniowy ze śrubą pociągową w podobnych warunkach. Taka konstrukcja oznacza też mniejszą podatność na awarie i mniejsze potrzeby konserwacyjne.
Wady śrub tocznych
Główną wadą śrub tocznych jest złożona konstrukcja, co utrudnia wymianę i diagnostykę. Wymagają utwardzonej, precyzyjnej powierzchni łożyskowej oraz mechanizmów recyrkulacji kulek. Śruby toczne nie są też samohamowne. Dlatego siłowniki śrubowe, w których je stosuje się, wymagają dodatkowych hamulców. Mechanizmy te zapobiegają samoczynnemu ruchowi wstecznemu, który byłby niekorzystny dla śrub. Zastosowania i urządzenia pracujące w pionie również mogą stanowić dla siłowników ze śrubą toczną wyzwanie.
Ponadto tego typu śruby są bardzo głośne, co ogranicza zakres ich zastosowań. Są też bardzo masywne, więc nadają się głównie tam, gdzie jest dużo miejsca. Siłownik liniowy napędzany śrubą toczną będzie wymagał więcej i częstszego smarowania niż inne typy śrub, a jak wspomniano, jest również droższy od rozwiązań ze śrubą pociągową.
Śruby pociągowe
Siłowniki ze śrubą pociągową stosuje się głównie wtedy, gdy potrzeba ekonomicznego rozwiązania. Są ciche, wszechstronne, odporne na korozję i wykazują pewną samohamowność. Wadą jest to, że nie są tak szybkie i nie przenoszą takich obciążeń jak śruba toczna. Śruby pociągowe łączą różne elementy mechanizmu i służą do przekształcania ruchu obrotowego w liniowy. Gwint składa się z dwóch części: męskiej i żeńskiej. Ich wzajemne zazębianie i rozdzielanie powoduje powstawanie znacznego tarcia w urządzeniu.
Główne zasady działania śrub pociągowych
Siłownik ze śrubą pociągową ma zwartą budowę z obrotową nakrętką wewnątrz cylindra. Silnik w napędzie śrubowym znajduje się w cylindrze, a porusza się nakrętka. Te elektryczne siłowniki śrubowe są samohamowne i mają minimalną liczbę części ruchomych. Czasem stosuje się w nich także półnakrętki, które w razie potrzeby pozwalają rozłączyć nakrętkę.
Jednym z popularnych typów śrub pociągowych są śruby z gwintem ACME (trapezowym). Te śruby mają kąt gwintu 29-
stopni, co łatwiej wykonać niż gwint kwadratowy. Choć większe tarcie gwintu trójkątnego czyni go mniej efektywnym od kwadratowego, gwinty te są też znacznie mocniejsze. Dlatego siłowniki liniowe ze śrubą ACME mogą oferować większe zdolności nośne.
Zalety śrub pociągowych
Śruby te są tańsze, a siłowniki z gwintem ACME, które są samohamowne, nie wymagają montażu osobnego układu hamulcowego. Są także bardziej efektywne w zastosowaniach pionowych.
Wady śrub pociągowych
Śruby pociągowe trzeba wymieniać znacznie częściej niż inne. Są też mniej wydajne ze względu na swoją konstrukcję — zwykle wymagają większego silnika i powodują większe obciążenie momentem w wyniku mniejszej „elastyczności” układu. Ponadto generują więcej tarcia podczas pracy, a więc i więcej ciepła. Nie radzą sobie też z wysoką przepustowością, większymi prędkościami ani dłuższymi cyklami pracy.
Wniosek
Ten artykuł omawia różnice i podobieństwa między śrubami pociągowymi a tocznymi oraz to, która z nich sprawdzi się lepiej. Stosujemy śruby pociągowe w siłownikach z gwintem ACME, lecz śruby toczne mają swoje miejsce w wielu zastosowaniach i procesach. Śruby pociągowe są tańsze niż toczne, ale wybór typu śruby to coś więcej niż tylko koszt. Każda z nich ma swoje zalety w określonych zastosowaniach — czasem warto więc spojrzeć poza cenę i wybrać rozwiązanie najbardziej odpowiednie do danego zadania.