使用的重要因素医疗/实验室应用中的滚珠丝杠

医用球螺丝

控制线性运动是医疗设备和实验室设备的开发的常见要求,设计工程师对它们提供了许多线性驱动器选项。然而,医疗/实验室应用的性质呈现出独特的挑战,例如确保精确,可靠和可重复的运动;在越来越较小的空间内处理变化的动态载荷;在清洁环境中操作,需要最少的磨损碎片;在操作期间降低噪音,振动和机械干扰。

为了应对这些挑战,医疗/实验室设备的设计师主要选择用于直线运动控制的精密滚珠丝杠,因为它们表现出必要的性能特征,经过耐久性测试,并有各种尺寸/样式可供选择,以支持这些特殊需求。这就是为什么滚珠丝杠是许多医疗设施的血液泵送设备和实验室环境中的自动样品输送系统的组成部分。简而言之,滚珠丝杠已成为医疗/实验室应用的直线运动控制解决方案的选择。

在最基本的层面上,滚珠丝杆由螺杆、螺母,和滚珠轴承的回报机制,都打包在一个装配由电机驱动,当两个将旋转运动转化为线性运动和控制线性连接对象的定位,无论它是一个表,平台,泵传动装置、样品架等。所述螺钉沿其轴的长度具有螺旋槽,所述螺母包括匹配槽。这些凹槽充当精密金属球的内外滚道以产生直线运动。与其他类型的直线控制螺钉相比,滚珠螺钉效率更高,摩擦系数更低,支持更好的扭矩控制,使其更好地适应医疗应用固有的挑战。例如,在驱动和驱动方向上的扭矩控制,滚珠丝杠允许更好的位置控制应用与换向负载方向,如活塞式计量系统。

典型的组件包括螺丝,螺母和滚珠轴承返回机构。

设计注意事项

然而,并非所有的滚珠丝杠都是一样的,并且设计工程师在医疗设备或实验室仪器设计中使用滚珠丝杠时应考虑设计工程师的一系列重要因素。

精确的直线运动控制

虽然滚珠丝杠提供比其他线性运动控制装置更高的精度,但铅精度可能会在不同的型号上变化。滚珠丝杠的“铅”是推进滚珠丝杠一旋转时行进的轴向距离。“引线精度”涉及在行程或轴长度上旋转的距离的变化。

从理论上讲,铅应该等于“间距”的产物,每个螺纹之间的轴向距离,螺钉的数量“开始”,螺纹上的螺纹数量。引线准确性是行驶的实际距离与理论距离之间的差异。国际标准化组织(ISO)和德国研究所für Normung(DIN),德国国家标准组织,为位置(P)和运输(T)应用设定了铅滚珠螺钉的铅精度标准。例如,P5或T5的铅精度在300毫米的行程中±23微米;P7或T7为±52微米超过300毫米;P10或T10为±210微米超过300毫米。

因此,医疗/实验室领域的设计工程师需要考虑铅准确性,因为它适用于实现其应用所需的位置和运输精度。当位置/传输精度至关重要时,选择可用的最精确的铅精度水平。

评估负载条件下

使用用于医疗/实验室应用的精密滚珠丝杠时需要考虑的另一个关键因素是设备可以处理所需的装载条件,包括在许多类型仪器所需的小空间内发生的较高动态载荷。设计工程师必须评估一系列不同的加载方案,特别是当当今的应用需要较小且较小的滚珠丝杠组件时。

设计人员需要考虑静电载荷 - 将施加到球螺母的推力损坏组件 - 以及与螺母沿螺钉,线性和旋转速度,加速度和循环速率相关的动态载荷,以及所涉及的驱动扭矩。他们需要确保它们选择的滚珠丝杠不会通过拉伸或挤压轴的压缩载荷来屈服于张紧载荷。是否有侧面或推翻负载,这是混合的一部分,需要进行评估?是一个预载的滚珠丝杠组件 - 一个滚珠丝杠,其在球螺母和螺钉组件之间用内部力预加载,以消除特定应用的轴向和径向睫状体型轴承件?通过许多精确的医疗制造工艺,工程师可能需要控制组装刚度以使伺服驱动控制系统中的定位和稳定性控制最大化以最大化。球螺钉组件是否足够坚硬,以确保特定应用?

每个在设备或机构中使用其在设备或机构中使用的滚珠丝杠的详细负载曲线将使设计人员能够避免昂贵的错误,并选择适当的滚珠丝杠组件,用于其特定的应用。

滚珠丝杠组件有许多轴承球,可在螺母和螺钉之间传递负载。其中轴承球骑的螺纹形式是初始形状,也称为哥特式拱形,由具有偏移中心的两个相同半径的弧形形成。

滚动与接地滚珠丝杠

直到最近,设计工程师只有一种选择,可以选择实现今天许多医疗器械和实验室设备的尺寸和更高的动态承载线性运动需求:他们不得不诉诸制造定制滚珠丝杠组件。虽然这种方法满足基本的性能标准,但它具有显着的缺点。

研磨定制滚珠丝杠比购买标准制造产品更贵。如果定制的滚珠丝杠磨损或需要更换,成本可能会更高,需要进行另一轮昂贵的研磨和生产。幸运的是,滚丝制造技术的进步使得制造的滚珠丝杠具有与定制滚珠丝杠相同的精度、精度、效率和性能。例如,Nook Industries最近发布了一款螺纹轧制PMBS产品精密米制滚珠丝杠具有机械、无滑移连接,永久计时输入输出,提供了更经济、高精度的线性驱动替代方案。

卷绕滚珠丝杠提供相同程度的微调,精度和可重复性,用于控制定位作为定制滚珠螺钉,购买携带几个优点。因为他们不需要定制生产,但交货往往更快。它们也更实惠 - 通常,定制滚珠丝杠的成本的一小部分 - 并且是互换的,使更换快速且简单。

可靠性、可重复性和效率

大多数医疗器械设计师更喜欢用于线性运动控制的精密滚珠丝杠的另一个原因是它们提供的更高效率,可靠性和可操作可靠性。滚珠丝杠设计更有效地将旋转运动转化为线性运动和定位控制,将大约90%的电动机的扭矩转换为推力。球螺钉达到这种高效率,因为轴承球转移并在螺母和螺钉之间分享负载。这种机制的基本布置是最大限度地减少机械磨损的理想选择;确保可重复,可预测的性能;消除过热和干扰的风险;并扩展使用寿命和可靠性。由于球螺母的高效率,驱动和驱动方向上的扭矩控制比其他类型的螺钉更加一致,允许更好地控制医疗应用,以逆转负载方向

这并不是说滚珠丝杠就不存在需要考虑的问题。设计师应该注意的一个潜在问题是反弹。当滚珠丝杠不移动时,齿隙与丝杠和螺母之间的轴向和径向运动或发挥的程度有关。如前所述,预加载滚珠丝杠与滚珠螺母和丝杠总成之间的内力可以消除轴向和径向间隙。

探索医疗应用

新的滚珠丝杠制造方法,如螺纹滚珠螺钉,提供相同程度的微调,精度和可重复性,用于控制定位作为定制地滚珠丝杠,购买具有更实惠的优势。

直径范围,引线和选项

当然,使用用于医疗/实验室线性运动控制应用的精密滚珠丝杠不是一个尺寸适合的主题。单独的用途将需要不同尺寸的直径和引线,并且可能需要替代材料,线程样式,法兰类型和/或安装选项。精密轧制滚珠丝杠的直径范围为6毫米至65毫米;导致通常范围为1毫米至50毫米。然而,对于医疗应用,直径范围通常为6毫米至16毫米,并且引线通常在2到12毫米之间。

虽然螺丝,螺母和滚珠轴承通常是碳,合金,不锈钢,硬化钢,但其他材料经常用于支持专业要求。螺纹有各种风格 - 如V-螺纹,圆柱键键,整体法兰 - 通常配有右手或左手螺纹。

使用法兰安装滚珠丝杠时,请注意可用的法兰类型以确保安装灵活性。法兰有各种风格,包括DIN型法兰,大多数配置提供四个,六个或八个安装孔。Nook还补充了滚珠丝杠,提供端轴承安装支撑件,为应用提供复杂的解决方案。

简介和球回归机制

选择精密轧制滚珠丝杠时,医疗/实验室领域的设计工程师还应考虑最适合其特定应用的滚珠返回机构,外部轮廓和刮水系统的类型。滚珠丝杠的基本设计需要一种转移轴承球的轴承球,该轴承球在螺母内部延伸到螺母的开始处的凹槽的开始。传统上,这是通过沿着螺母外部运行的外部管返回来实现,以将球从螺母的末端返回开始。

虽然外部回报工作正常,但是返回管或管的方向必须以某种方式安装,通常为滚珠丝杠的滚珠丝杠造成更宽的轮廓,可以妨碍和创造间隙问题,特别是在越来越多的情况下医疗设备和实验室设备所需的较小空间。为了克服这个问题,Nook精密滚珠丝杠使用内部返回插入件,其偏转和移动轴承球在球螺母身体边界内,提供最紧凑的解决方案。

安静,可靠的操作

由于光滑,无摩擦,滚动运动表征滚珠丝杠性能,因此小型电机通常足以驱动它们。小型电动机比大型电机更安静,精密滚珠丝杠的噪音和振动降低,使其成为医疗和实验室设置的完美线性控制解决方案。

滚珠丝杠也非常可靠,几乎无需免维护。建议使用刮水器或整体刮水器,以防止外国潜在损伤材料的内部污染。润滑剂对于保持最佳的滚珠丝杠性能是必要的。如果没有适当的润滑 - 通常用油或锂基润滑脂-90%的滚珠丝杠预期的使用寿命可能会丢失。抗摩擦轴承的标准润滑工艺适用于滚珠丝杠。根据实际的滚珠丝杠涂布,也可以保证耐腐蚀涂层和/或润滑的涂层。

始终确保在推荐温度范围内操作滚珠丝杠。螺钉的热膨胀可能导致定位误差。通过将螺钉操作温度保持在规定范围内,设计工程师可以避免这种情况,请确保润滑正常工作,并实现可靠,可靠的性能。

精密滚珠丝杠仍然是“转移”解决方案,用于处理医疗/实验室应用的独特线性运动控制要求。然而,为特定需求选择最合适的滚珠丝杠配置要求对应用要求的客观评估和相应的滚珠丝杠特征。通过了解本文讨论的关键因素的范围,设计工程师不仅可以满足其线性致动需求,而且还将实现最有效,经济高效,可靠的解决方案,用于控制其医疗设备或实验室设备的运动。

工业线性致动器有利于直线的运动,而传统电动机以圆周运动移动。在考虑使用线性执行器与其他技术的机电系统时,可以有多种方法来解决一个应用。所有变化的准确性,速度,负载和成本均不同。这将最终引导线性运动解决方案类型的选择。

经过

Alex Margolin

工程总监- Nook工业

vwin

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