Przewaga śruby pociągowej/kulowej nad trapezową

Do dzisiaj w wielu maszynach, szczególnie starszych, nadal pracują śruby trapezowe. Jest to rozwiązanie przestarzałe ze względu na wysokie opory tarcia występujące między nakrętką, a wałem z gwintem trapezowym. Przekłada się to na znaczne ograniczenia możliwego obciążenia maksymalnego oraz możliwe do osiągnięcia prędkości obrotowe.

Śruba pociągowa/toczna/kulowa z kulkami rozwiązuje wiele z powyższych problemów. Po pierwsze opory tarcia drastycznie maleją w porównaniu ze śrubami trapezowymi. Występuje tutaj tarcie toczne, dzięki któremu następuje obniżenie współczynnika tarcia. Po drugie obciążenie rozkłada się równomiernie na dużą ilość kulek, które cyklicznie się nim wymieniają. Po trzecie kulki ze względu na swoją specyfikę toczną pozwalają na rozruch przy wykorzystaniu znacznie mniejszej siły. Podsumowując wszystko powyżej śruby kulowe w porównaniu do śrub z gwintem trapezowym mają:

• dłuższą żywotność
• większe możliwe siły mogące obciążyć śrubę
• większe możliwe do osiągnięcia prędkości oraz przyśpieszenia
• łatwiejszy rozruch przy użyciu mniejszej siły
• mniejsze wydzielanie się ciepła skutkujące wyższą sprawnością

Redukcja nacisku oraz zastosowanie napędu kulowego w śrubach tocznych prowadzi do zmniejszenia zużycia między innymi poprzez kasację zjawiska „stick-slip”, które określa się fachowo jako drgania relaksacyjne. Zjawisko to, choć nie do końca wyjaśnione przypuszczalnie powiązane jest z oddziaływaniem sił Van der Waalsa, zmiennymi kierunkami ruchu oraz warunkami smarowania, tzn. tarciem statycznym oraz dynamicznym. W trakcie pracy powierzchnie trąc o siebie nawzajem zużywają się, co skutkuje drganiami oraz obniżoną precyzją. W nowoczesnych maszynach sterowanych numerycznie jest to nie do przyjęcia. Przeciwdziałać temu zjawisku można poprzez użycie specjalnych substancji smarujących zawierających dodatki anty „stick-slip”, jednak całkowite wyeliminowanie tego zjawiska jest możliwe dopiero poprzez zastosowanie tarcia tocznego. Dzięki takiemu rozwiązaniu osiągamy wysoką oraz powtarzalną precyzję, co w dzisiejszych czasach jest nieodzowną częścią najwyższej jakości, powtarzalnej produkcji.

Dzięki niskiemu współczynnikowi tarcia sprawność śrub kulowych wynosi nawet ponad 90%. Zależy ona również od kąta wzniosu linii śrubowej bieżni i wraz z jej wzrostem sprawność również rośnie. Porównanie sprawności wraz ze współczynnikami tarcia oraz kątem pochylenia linii śrubowej przedstawia wykres znajdujący się w tytule.

Oczywiście nie należy wysnuwać wniosków o bezużyteczności śrub trapezowych.

Nadal dzisiaj znajdziemy je w wielu mniej precyzyjnych rozwiązaniach jak np. podnośniki, w których nie potrzeba aż tak dużej dokładności ruchu.

Śruby trapezowe w pełni spełniają tam swoją rolę.

Jednak przy obróbce precyzyjnej i/lub mocno obciążonej maszynie zastosowanie śrub pociągowych jest na dzień dzisiejszy najlepszym i najbardziej rozpowszechnionym rozwiązaniem wśród producentów maszyn.