輕鬆應對重負載——適用於起重設備的高負載梯形螺紋傳動裝置

高負載梯形螺紋傳動裝置的設計是起重設備安全、順暢運轉的基礎，對設計人員提出了很高的要求。

在專業領域內知名的 Bornemann Gewindetechnik 公司 25 年來一直為許多工業領域生產螺紋軸和螺母。其生產重點之一是為重型起重設備製造由螺桿和螺母套件組成的即裝式梯形螺紋傳動裝置。例如：軌道車輛的起重設備、劇院設備、舞台搭建和特殊機械製造。這些傳動裝置的設計和構造是設備安全、順暢運轉的前提條件，對設計人員提出了很高的要求。

但重型螺桿需要注意什麼？對於在負載下達到面積壓力 > 20 N/mm2 且工作周向速度非常低的螺桿升降裝置，必須對螺紋輪廓的承載面進行持續潤滑。因為潤滑不足會導致磨損加劇、熱量過高，甚至導致惡名昭彰的粘滑現象。

潤滑劑至關重要

粘滑效應，也稱為粘附滑動效應，描述了相互運動的固體之間的抽動滑動現象。當靜摩擦力大於滑動摩擦力時，就會產生這種效應。根據摩擦系統的不同，這會激發振動，並從具有共振能力的表面輻射出噪音（尖銳和吱吱作響的軸）。

當摩擦部件之間存在中間層或潤滑劑時，這種現象通常就會消失。在技術應用中，粘滑效應通常是不希望出現的。在軸承、直線技術中的導軌或起重技術中的螺紋軸中，都可以觀察到粘滑效應的負面影響。門的嘎吱聲、火車在彎道上的吱吱聲以及汽車擋風玻璃上的雨刷的嘎嘎聲，都是這種效應的常見結果。

如果出現這種現象，可能是由於潤滑劑（油脂）的選擇不當所致。克魯伯潤滑劑應用工程經理 Ralph Wuertele 解釋道：「特別是在重型起重設備中，不適當的潤滑劑很容易導致潤滑不足，從而造成磨損加劇，導致設備過早故障。」

這種現象通常也是由於螺桿的設計所致。螺紋輪廓的承重側缺乏潤滑槽，導致當螺母輪廓以高表面負荷在螺桿上滑動時，塗抹的潤滑劑無法保留。潤滑劑要麼被擠壓出側邊，要麼被推到螺母前面。無論哪種情況，都會導致潤滑膜破裂，最初會引起溫度上升和粘滑現象，並伴隨著部分震耳欲聾的噪音，後來會導致螺紋傳動裝置損壞。

在周速僅為幾厘米/秒的情況下，為了防止這種粘滑現象，螺紋軸上絕對需要塗抹潤滑劑或設置潤滑槽。潤滑油槽可防止潤滑劑因過高的邊緣壓力和普遍較高的單位面積壓力而被擠出。理想情況下，潤滑劑應為稠度為 0 或 00 的潤滑脂，並必須幾乎被吸入潤滑縫隙中。

那麼，如何解決這個問題呢？在設計師對螺紋製造的要求中，就為防止潤滑問題及其後續問題奠定了基礎。螺紋傳動裝置可以採用不同的製造工藝進行生產：螺紋車削和螺紋銑削是基於經濟原因幾乎不再用於上述螺紋傳動裝置的工藝。在螺紋軋制（或滾軋）過程中，螺紋軸通過無切削冷成形製造。這種製造工藝非常經濟，但由於工具和設置成本非常高，通常只適用於大批量生產。

切口平滑，表面光滑

此外，滾壓螺紋軸的螺紋側壁表面完全光滑，有利於潤滑膜的斷裂。滾壓製成的梯形螺紋在壓印拋光/壓拋光過程中，由於變形過程，其側壁表面質量過高，缺乏潤滑槽。因此，螺桿和螺母之間可能會發生令人擔憂的粘滑現象或潤滑膜斷裂。過高的邊緣壓力和普遍較高的單位面積壓力會將潤滑劑從螺紋中擠出。

當滑動軸承配對的材料沒有可儲存潤滑劑的潤滑袋時，就會發生這種擠壓現象。其結果是受影響的設備會出現嚴重後果，包括主軸發出尖銳的嘯叫聲、螺母咬合，甚至整個升降系統完全熱熔焊接。

經常被提及的滾壓螺紋軸承使用壽命更長的說法並不能完全得到證實。Wirths-Werres 公司在一項持續負荷測試中證明了這一點。「即使經過數小時的運作，滾壓螺紋軸承也只顯示出極輕微的磨損痕跡」，設計師 Christian Zahn 強調道。據 Zahn 稱，滾壓工藝在材料中產生的應力往往導致成本高昂的返工。經過直接比較，Wirths-Werres 選擇了高品質的旋壓螺桿，因為許多直徑的滾壓螺桿和旋壓螺桿之間的價格差異已經可以忽略不計了。

Bornemann Gewindetechnik 使用旋切工藝製造螺紋軸。用於製造軸螺紋的旋切工具由一個帶有一套型材工具的驅動旋切環組成，並採用所謂的包絡切削方式工作，因為工件在加工過程中會在該工具環內旋轉。由於包覆切削從外徑的切屑厚度（和切屑深度）為 0 開始，並持續增加到計算出的切屑厚度（和切屑深度或螺紋深度），然後再次從工件中退出為 0，因此可以產生非常平滑的切削，並獲得非常光滑的表面。

由於一套工具由多個單獨的刀片組成，這些刀片依次進行間斷切割，因此在每個切割之間，工件表面會產生微小的間斷，形成微米範圍內的多邊形凹面（潤滑槽）。這些潤滑袋是旋切螺紋軸具有良好潤滑膜特性的祕密所在。

對各種螺紋製造工藝的比較得出以下結論：滾軋和研磨螺紋輪廓是現代化的製造工藝，適用於許多應用場合，但對於提升螺桿裝置的梯形螺紋傳動裝置，應優先採用 Bornemann Gewindetechnik 公司實踐的旋流工藝。