Problèmes courants avec les vis à billes: analyse des causes et solutions

I. Problèmes liés à une réaction excessive

1. Préchargement insuffisant

• Cause: l'absence de préchargement ou un préchargement insuffisant entraîne un glissement des écrous en raison du poids propre dans les installations verticales, ce qui entraîne une réaction négative significative en l'absence de charge.
• Analyse: les vis à billes non préchargées peuvent présenter des contre-réactions supérieures à 0,05 mm, compromettant la précision du positionnement et limitant leur utilisation à des applications à faible charge et à faible précision.
• Les solutions:
  ▶ Appliquer une précharge équivalente à 1 ‰ 3% de la charge dynamique nominale à l'aide d'une précharge à double écrousse ou à ressort;
  ▶ Pour des scénarios de grande précision, choisissez des structures à noyau unique avec précharge intégrée (classe de précision C5 ou supérieure).

2. Déflexion de torsion excessive

• Cause: traitement thermique inapproprié (dureté insuffisante, répartition inégale de la dureté ou matériau mou) ou rapport longueur/diamètre trop élevé (L/D > 70) réduisant la rigidité.
• Analyse: un rapport L/D supérieur à 70 peut entraîner un affaissement de la vis en raison de son propre poids, entraînant un désalignement des écrous et une réaction accrue; la dureté du matériau inférieure à la norme accélère l'usure.
• Les solutions:
  ▶ maintenir la L/D ≤ 60 et utiliser des supports fixes à deux extrémités (au lieu de supports à un seul côté) pour les charges lourdes;
  ▶ Sélectionnez l'acier allié de haute résistance (par exemple, SUJ2) et assurez-vous que le traitement thermique respecte les normes de dureté de l'industrie (boule: HRC 62?? 66, écrous: HRC 58?? 62, vis: HRC 56?? 62).

3. Sélection et installation incorrectes des roulements

• Cause: Utilisation de roulements à billes à rainures profondes au lieu de roulements à contact angulaires, ou désalignement lors de l'installation du roulement (erreur de perpendicularité > 0,02 mm/m).
• Analyse: les roulements à billes à rainures profondes ne peuvent pas résister aux charges axiales, ce qui provoque un jeu axiale; l'inclinaison du roulement entraîne des variations périodiques de réaction.
• Les solutions:
  ▶ Les roulements angulaires de contact avec un angle de contact de 60° (par exemple, la série 7000), installés dos à dos, doivent être privilégiés;
  ▶ Assurez-vous que le siège du roulement est perpendiculaire à l'épaule de la vis dans une tolérance de 0,01 mm lors de l'usinage, en utilisant des doubles verrous pour l'anti-détachement.

4Rigidité de support insuffisante

• Cause: matériaux à paroi mince ou de faible résistance (par exemple, fonte au lieu d'acier) pour les sièges à écrous ou roulements.
• Analyse: la déformation élastique sous charge déplace l'axe de vis, augmentant ainsi efficacement la réaction.
• Les solutions:
  ▶ Augmenter l'épaisseur de la paroi de support (recommandé ≥ 15 mm) ou renforcer avec des structures côtelées;
  ▶ Utilisez de l'acier 45# avec étanchéité et trempage (dureté HB220-250) pour les composants critiques.

II. Problèmes liés au mouvement irrégulier

1. Défectuosité de précision d'usinage

• (1) Surfaces trop rugueuses
  • Cause: précision de broyage insuffisante pour les tracés de vis/noix (Ra > 0,4 μm) ou erreur de rondeur de bille > 0,001 mm.
  • Solution: adopter des procédés de super-finition pour contrôler la rugosité de la voie de course à Ra ≤ 0,2 μm; boules d'écran pour une erreur de rondeur ≤ 0,0005 mm.
• (2) Déviation du plomb/du pitch
  • Cause: précision insuffisante des outils d'usinage des fils (par exemple, erreur cumulée de hauteur > ± 0,015 mm/300 mm).
  • Solution: Utiliser des broyeurs de haute précision ( précision de positionnement ± 0,005 mm) et inspecter complètement les vis finies avec des instruments de mesure au plomb laser.
• 3) Échec du système de recirculation
  • Cause: désalignement des tubes de recirculation (> 0,5 mm de décalage) ou écailles à l'intérieur des tubes provoquant des embouteillages de billes.
  • Solution: utiliser des dispositifs de positionnement pour aligner les tubes de recirculation sur les voies de roulement; effectuer des essais de fonctionnement sans charge à des vitesses ≥ 500 mm/s après montage.

2- Intrusion de matières étrangères et défaillance de la lubrification

• (1) Contamination de la piste de course
  • Cause: Manque de protection contre la poussière (par exemple, grattoirs), permettant aux copeaux d'usinage (> 50 μm) ou à la poussière d'entrer dans les voies de traction.
  • Solution: installer des joints de doubles lèvres (protection IP54); nettoyer les voies avec du kérosène et reconstituer la graisse à base de lithium (NLGI Grade 2) toutes les 200 heures de fonctionnement.
• (2) Lubrification insuffisante
  • Cause: dépassement des intervalles de lubrification (> 200 heures) ou utilisation de graisses incorrectes (par exemple, à base de calcium au lieu de lithium).
  • Solution: intégrer des systèmes de lubrification automatique (intervalle de graissage ≤ 8 heures) pour les équipements automatisés; utiliser de la graisse au disulfure de molybdène pour les environnements à haute température.

3. défaut d' alignement de l' installation

• Cause: erreur de parallélisme entre le siège de l'écrou et le rail de guidage > 0,1 mm/m ou erreur de coaxialité entre le trou du siège du roulement et l'axe de la vis > 0,03 mm.
• Analyse: la charge excentrique augmente le frottement de la piste de course de plus de 30% en raison de la contrainte unilatérale sur les balles.
• Solution: étalonner à l'aide d'un indicateur de cadran pendant l'installation (parallélisme ≤ 0,05 mm/m, coaxialité ≤ 0,02 mm); utiliser des barres pour l'alignement si nécessaire.

III. Problèmes de défaillance des composants

1Fracture de la boule

• La cause:
  ▶ Défectuosité du matériau (inclusions, par exemple) ou traitement à basse température (dureté)▶ Concentration de contrainte thermique (différence de température > 50°C provoquant une contrainte > 800 MPa en raison d'un coefficient de décalage de dilatation).
• Les solutions:
  ▶ Sélectionnez les boules d'acier de roulement SUJ2 et rejetez celles défectueuses par inspection magnétique des particules;
  ▶ Ajouter des structures de refroidissement (par exemple, des vis creuses avec liquide de refroidissement) pour les applications à grande vitesse, limitant la hausse de température à ≤ 30°C.

2Dommages au tube de recirculation

• Cause: surentraînement (noix dépassant la course effective de > 10 mm) ou choc lors de l'installation (force > 50 N).
• Analyse: des tubes déformés bloquent la circulation des boules, provoquant des surtensions de pression locales et des éclaboussures sur la piste (durée de vie réduite de 70%).
• Les solutions:
  ▶ Définir des limites doubles (dures + douces) avec une marge de sécurité ≥ 5 mm dans le logiciel de commande;
  ▶ Utilisez des tubes de recirculation en nylon résistant aux chocs (au lieu de plastique) et testez les limites de course après montage.

3Fracture de l'épaule.

• La cause:
  ▶ Défauts de conception (rayon de transition)2.5);
  ▶ Le couple de verrouillage est irrégulier (déviation > ± 10%) provoquant une dérive de l'épaule > 0,02 mm.
• Les solutions:
  ▶ Optimiser la conception de l'épaule avec des rayons de transition R5 R8 mm et effectuer une analyse des éléments finis (facteur de sécurité ≥ 2,0);
  ▶ Resserrer les nœuds de verrouillage à l'aide d'une clé à couple (par exemple, écrous M20: 150 ‰ 180 N · m) et assurer un débit de l'épaule ≤ 0,01 mm.

IV. Recommandations en matière d'entretien préventif

1. Inspections régulières:
   • Mesure de la réaction: utiliser un indicateur de cadran pour vérifier la réaction (à vide ≤ 0,01 mm, à pleine charge ≤ 0,03 mm);
   • Analyse des vibrations: surveiller les vibrations avec des accéléromètres (valeur RMS ≤ 1,5 m/s2).
2. Gestion de la lubrification:
   • Lubrification manuelle: appliquer de la graisse (1/3 de volume de noix) toutes les 100 heures de fonctionnement;
   • Lubrification automatique: utiliser des distributeurs progressifs avec 0,5 à 1 ml de graisse par injection, à intervalles de 4 heures.
3. Gestion des pièces détachées:
   • Les pièces détachées essentielles: boules de stock (même lot), tubes de recirculation et joints;
   • Remplacement régulier: les vis à billes doivent être remplacées tous les 3 ans ou toutes les 10 000 heures à grande vitesse.