Co oznacza luz osiowy (backlash) i jak jest minimalizowany?

Decydujący czynnik dla dokładności pozycjonowania, który stanowi różnicę między prostym ruchem a precyzyjnym pozycjonowaniem.

Luz osiowy (backlash lub luz przy zmianie kierunku) oznacza niewielki ruch osiowy śruby lub nakrętki, który jest możliwy bez ruchu obrotowego wału napędowego – „martwy skok” przy zmianie kierunku obciążenia. Nieistotny w wielu standardowych zastosowaniach, jest istotnym źródłem błędów w precyzyjnych zadaniach pozycjonowania, a tym samym kryterium jakości dla napędów zorientowanych na wydajność. (ZIMM podaje luz osiowy w podnośnikach śrubowych KGT w setnych milimetra, np. 0,06 mm lub 0,03 mm, w zależności od serii/rozmiaru.)

Przyczyny luzu osiowego

Luz osiowy nie jest wadą produkcyjną, lecz wynika z niezbędnych tolerancji między bokami gwintu śruby a nakrętką. Ten niewielki luz zapewnia płynną pracę, zapobiega zakleszczeniu/zatarciu przy zmianach temperatury i pod obciążeniem.

Środki konstrukcyjne minimalizujące luz

1) Napędy z gwintem trapezowym (TR): nakrętki o niskim luzie / regulowane

• Koncepcja: Często stosuje się nakrętki Anti-Backlash (podwójna, dzielona nakrętka). Dwie połówki nakrętki są wzajemnie dociskane osiowo za pomocą elementów sprężynowych/regulacyjnych.,
• Funkcja: Oba boki gwintu przylegają do siebie – eliminuje to luz osiowy; konstrukcja często umożliwia regulację w celu kompensacji zużycia w trakcie eksploatacji.
• Korzyści: Odpowiednie, gdy pożądana jest samohamowność TR, ale jednocześnie ma być poprawiona dokładność pozycjonowania.

2) Napędy z gwintem kulowym (KGT): napięcie wstępne (Preload)

• Koncepcja: KGT osiągają brak luzu poprzez napięcie wstępne – wewnętrzną, zdefiniowaną siłę, która eliminuje luz od samego początku.
• Metody: Napięcie wstępne podwójnej nakrętki (dwie nakrętki napięte względem siebie, np. za pomocą pierścienia precyzyjnego), wybór kulek/napięcie wstępne z nadwymiaru (minimalnie większe kulki generują zdefiniowane napięcie w jednej nakrętce).
• Zaleta: Napięcie wstępne eliminuje luz i zwiększa sztywność – kluczowe dla zastosowań dynamicznych i wysoko precyzyjnych. (Podstawy dotyczące luzu i napięcia wstępnego w KGT są opisane w normach/standardach branżowych.)

Zastosowanie w praktyce i konstrukcja (ZIMM)

• Znajomość i specyfikacja luzu osiowego: ZIMM określa luz osiowy dla każdej serii/rozmiaru KGT (np. ZE/ZE-H/GSZ z 0,06 mm lub 0,03 mm). Ułatwia to bilansowanie dokładności pozycjonowania w projektowaniu osi.
• TR vs. KGT: TR + nakrętka Anti-Backlash = solidność i samohamowność ze zredukowanym luzem; KGT + napięcie wstępne = bez luzu i sztywne do zadań pozycjonowania o wysokiej dynamice. (KGT nie są samohamowne – należy przewidzieć hamulec do zatrzymania.)
• Uwzględnienie efektów systemowych: Luz wpływa na powtarzalność i dokładność pozycjonowania, wraz ze sprężystością (wały, sprzęgła, łożyska) i sterowaniem. Jakość montażu, smarowanie i czystość są kluczowe, aby zminimalizować mikroruchy/zużycie.

Krótkie podsumowanie

• Cel = precyzyjne pozycjonowanie: zmierzyć/zdefiniować luz osiowy, wybrać odpowiednią strategię redukcji luzu (TR: niski luz/regulacja, KGT: wstępne napięcie).
• Zaleta ZIMM: Określone wartości luzu osiowego dla każdego produktu oraz pasujące komponenty systemowe (wały, sprzęgła, łożyska) ułatwiają precyzyjne projektowanie i trwałą dokładność.