Stap voor stap spindelkrikken ontwerpen
Soorten asvijzels
Spindelvijzels (ook wel schroefvijzels of machineschroefactuators genoemd) zetten roterende beweging om in lineaire beweging met behulp van een hoofdschroef. Ze zijn verkrijgbaar in twee fundamentele configuraties:
Vaste as (translatieschroef)
De spindel (schroef) draait niet - de tandwielmoer draait in de behuizing en drijft de spindel axiaal aan. Voordelen: de spindel kan aan de last worden bevestigd, anti-rotatie is ingebouwd, compacte inbouwlengte. Gebruikt voor nauwkeurige positionering met lage tot gemiddelde belastingen.
Roterende spindel (translerende moer)
De spindel draait en de moer is bevestigd aan de behuizing. De roterende spindel steekt uit de behuizing. Voordelen: hogere verplaatsingssnelheden mogelijk, eenvoudigere koppeling met motor. Nadelen: de spindel moet worden ondersteund tegen knikken bij lange slagen, er is een beschermende balg nodig.
Trapezium- vs. kogelomloopspindel
Trapeziumschroeven zijn zelfborgend (spoed ≤ 4° uitloophoek), eenvoudig en robuust. Efficiëntie 25-50%. Kogelomloopspindels hebben een efficiëntie van 85-95%, maken hogere snelheden en bedrijfscycli mogelijk, maar zijn niet zelfremmend (hebben een rem nodig) en duurder.
5 Ontwerpstappen
Stap 1: Effectieve kracht bepalen
De effectieve kracht Feff omvat statische belasting, dynamische krachten (versnelling) en veiligheidsfactor (meestal S = 1,5-2,0):
Feff = (Fstatisch + Fdynamisch) × S
Stap 2: Bepaal de vereiste snelheid
Het vereiste motortoerental n volgt uit de verplaatsingssnelheid v [mm/s] en de spindelafstand P [mm/omwenteling]:
n = v / P × 60 [omw/min]
Stap 3: Controleer de asdiameter
De minimale spindeldiameter volgt uit de knikanalyse (Euler). Voor vrije montage (beide uiteinden scharnierend):
dmin = (4 × Fkrit × L²) / (π³ × E) ^ 0.25
Met L = niet-ondersteunde lengte, E = elasticiteitsmodulus (staal: 210.000 N/mm²), Fkrit ≥ SB × Feff (knikveiligheid SB ≥ 3.5)
Opmerking over Euler-eindvoorwaarden:
De bovenstaande formule gaat uit van pinned-pinned (beide uiteinden scharnierend) montage. Bij vrije bevestiging (één uiteinde vrij, één uiteinde geklemd) verdubbelt de effectieve kniklengte, waardoor de kritische knikbelasting aanzienlijk afneemt. Controleer altijd de werkelijke montageomstandigheden in de toepassing.
Stap 4: Aandrijfkoppel berekenen
M = F × P / (2π × η) [Nm]
Waarbij η = rendement (trapeziumschroef: 0,3-0,5; kogelomloopspil: 0,85-0,95)
Stap 5: Zelfvergrendeling controleren
Een trapeziumschroef is zelfremmend als de uitloophoek φ ≤ wrijvingshoek ρ. Met een wrijvingscoëfficiënt van μ = 0,1 is de wrijvingshoek ρ ≈ 5,7°. Dit komt overeen met een maximale zelfremmende spoed van P ≈ π × d × tan(ρ). Voor kogelomloopspindels is altijd een rem nodig.
Voorbeeld: Persaandrijving
Application: Vertical press for forming operations
- Statische perskracht: F = 80 kN
- Rijsnelheid: v = 20 mm/s
- Slag: h = 200 mm
- Design: Fixed spindle (non-rotating) with trapezoidal screw
- Spoed P = 20 mm/toerental
Berekening:
- Feff = 80 kN × 1,5 = 120 kN (met veiligheidsfactor)
- n = 20 / 20 × 60 = 60 omwentelingen per minuut vereist
- M = 80.000 × 0,020 / (2π × 0,40) = 637 Nm
- Motorvermogen: P = M × n / 9.550 = 637 × 60 / 9.550 = 4,0 kW
Resultaat: Een spindelvijzel met een capaciteit van 120 kN, een motor van 5 kW en een trapeziumvormige schroef P=20 mm is geschikt.
Smering en onderhoud
Spindelkrikken moeten regelmatig gesmeerd worden, afhankelijk van het type spindel:
- Trapeziumvormige schroefkrik: Elke 50-100 bedrijfsuren nasmeren met lithiumzeep NLGI 2-vet
- Kogelomloopspindel: Nasmeren na elke 100-200 bedrijfsuren of na elke 1000 km rijden
Gebruik een online maatcalculator om de spindelkrik nauwkeurig te dimensioneren:
Online rekenmachine openen →TEA-aanbeveling
TEA biedt spindelvijzels in diverse uitvoeringen - van vijzels met één unit tot gesynchroniseerde systemen met meerdere units. We verzorgen ook het complete systeemontwerp, inclusief motor, tandwielkast, koppeling en besturing.
Adviesgesprek Spindle Jack aanvragenVeelgestelde vragen over het ontwerp van de asvijzel
Bij een krik met vaste as draait de as niet - de tandwielmoer draait in plaats daarvan en drijft de niet-roterende as omhoog of omlaag. Dit ontwerp heeft het voordeel dat de spindel aan de bovenkant kan worden vastgezet (bevestigd aan de lading). Bij een krik met roterende as draait de as en zit de moer vast. De roterende spindel heeft de neiging om te knikken bij lange slagen en vereist een beschermbuis.
Standaard trapeziumschroeven (DIN 103) voor spindelbouten zijn er in steken van 5, 10, 20, 25 en 50 mm. Fijne steken (5-10 mm) bieden zelfklemming en zijn goed voor nauwkeurig positioneren, maar langzamer. Grove steken (20-50 mm) maken hogere snelheden mogelijk, maar zijn niet zelfremmend en vereisen een rem of vasthoudinrichting.
P = F × v / (η × 60.000) [kW], waarbij F = statische belasting [N], v = verplaatsingssnelheid [mm/min], η = totaal rendement (meestal 0,3-0,6 voor trapeziumschroef, 0,7-0,9 voor kogelomloopspil). Houd bij verticale belastingen met zelfborgende schroeven ook rekening met het aanloopkoppel, dat 1,5-2× het loopkoppel kan zijn.
Spindelbuiging (Euler buckling) treedt op wanneer een slanke spindel onder drukbelasting zijdelings doorbuigt. De kritische knikbelasting hangt af van de spindeldiameter, de niet-ondersteunde lengte en de montageomstandigheden. Als vuistregel geldt: de niet-ondersteunde lengte mag niet meer zijn dan 40× de spindeldiameter voor vrije montage. Gebruik voor langere spindels tussensteunen of een roterend asontwerp.
Ja, synchronisatie met meerdere eenheden is een veelvoorkomende toepassing. Meerdere spindelvijzels worden mechanisch gekoppeld via een gemeenschappelijke aandrijfas, zodat ze altijd dezelfde afstand afleggen. Als alternatief is elektronische synchronisatie via servoaandrijvingen en encoders mogelijk, maar complexer. Mechanische synchronisatie is eenvoudiger, betrouwbaarder en verdient de voorkeur voor de meeste industriële toepassingen.
Over de auteur
Alexander Olenberger
Verkoop- en toepassingstechnicus · Technical Sales
Specializes in linear systems and spindle jack design for industrial automation and special machine building.