Шарико винтовая передача как пишется

шарико-винтовая передача

10 октября 2022      763    

Ремонт и изготовление шарико-винтовых передач (ШВП)

Шарико-винтовая передача–вид линейного привода, основной принцип которого состоит в превращении движения со вращательного в возвратно-поступательное. Основные элементы передачи: винт, гайка. Они контактируют друг с другом с помощью шариков, что очень удобно, поскольку повышается производительность передачи. К другим преимуществам данного типа передачи относят высокую точность движения компонентов, поэтому допускается применение ШВП в требовательных наукоемких отраслях.

Винт и гайку делают с жесткими допусками. Шариковая гайка часто превосходит в размерах гайку трапециевидного винта. ШВП характерна малым трением, что положительным образом влияет на ее износостойкость.

Виды и работа шарико-винтовых пар

Существует несколько классификаций ШВП. В первую очередь акцент делается на наличие зазора или натяга. шарико-винтовые пары с зазором используются в приводах дверей, вентилей, в подъемниках и станках для обработки дерева – там, где перемещение осуществляется с малым сопротивлением. Согласно ISO 3408 соответствуют классу точности Т1, Т3 и Т5 (8–12 мкм).

ШВП с натягом требуются для высокоточного оборудования – робототехники, станков ЧПУ, КИП, там, где нужна точность позиционирования и перемещения.

По способу изготовления выделяют такие виды шарико-винтовых передач:

• Катанные – изготавливаются методом холодной прокатки;

• Шлифованные – проходят процедуру шлифовки, состоящую из нескольких этапов;

• Прецизионная накатка – комбинирует оба указанных выше вида изготовления.

На какие классы делятся ШВП

1. ШВП делятся на несколько классов точности, исходя из их вида. Так, прецизионные ШВП соответствуют классу от C0 по C5. Детальные значения и требования приводятся в каталогах и стандартах (том же JIS B 1192 – 1997). К требуемой точности винт приводится посредством шлифовки.

К другим преимуществам прецизионной шарико-винтовой передачи относят меньший шум, которые они издают при трении. Сама смазка легче удерживается, а потому техническое обслуживание агрегата с прецизионной ШВП можно проводить реже.

Отметим, что прецизионные изделия прекрасно работают на высоких скоростях, поскольку контур обращения обладает повышенной прочностью.

2. Шарико-винтовые пары стандартного класса точности соответствует классам от С7 до С10. К их конструкции снижены требования, уже допустима неточность длины хода на отрезке 300 мм. Часто используются в самодельных станках, соответствуя классу С7. Изготавливаются методом накатки.

Расчет шарико-винтовых передач

Для расчета ШВП важно определить внутренний диаметр резьбы винта d1:

Для этого исследуется зависимость размеров механизма в зоне контакта шариков от величины допускаемых контактных напряжений и числа циклов нагружения.

Диаметр винта подбирается исходя из условий устойчивости винта.

Внутренний диаметр резьбы винта d1 определяется по формуле:

Как определить шаг ШВП?

Если на винте есть гайка, то определение шага ШВП происходит следующим образом: к гайке ставят штангель, ее проворачивают на один оборот, пока отъедет от штангеля. Далее выдвигают глубиномер штангеля.

Схема ШВП

Наиболее популярен готический профиль – 2 грани профиля выступают арками с центром, смещенным относительно центра шарика. Такая структура обеспечивает нужный угол контакта и минимальные теплопотери.

Обработка посадочных мест винтов проводится в точности с эскизами предприятия или заказчика. Гайки изготавливают с двумя типами перепускных каналов, движение шариков в них осуществляется при помощи вкладышей.

Сборка и установка ШВП

Чтобы не допустить выпадения шариков из гайки, стоит держать на месте предохранительную вставку из пластмассы.

1 шаг: аккуратно удаляется фиксирующая стяжка, основной акцент делается на том, чтобы из гайки не выпала предохранительная вставка из пластмассы

2 шаг: придерживая гайку, состыкуйте конец предохранительной вставки и винта    

3 шаг: гайка накручивается на винт, при этом его ход по канавкам винта нужно корректировать. Предохранительную вставку держите состыкованной с обработанным концом винта.

4 шаг: отсоединяйте предохранительную вставку после полной закрутки гайки на винт.

Алгоритм установки:

1. Подбирается гайка под посадочные отверстия, которые есть в станке;

2. Выясняется, сколько витков содержит винт.

3. Примерно измеряется шаг. Подойдет дюймовая линейка;

4. Измеряется условный и наружный диаметр.

5. Подбирается винт по наиболее близкому шагу.

Где купить Шарико-винтовые пары?

Шарико-винтовые передачи по чертежам вы можете заказать в нашем интернет магазине vsedetali.ru со следующими параметрами:

• Диаметр: от 6 до 120 мм

• Длина: от 100 до 9 000 мм

• Точность: С3, С5, С7

Чем смазывать Шарико-Винтовые Передачи?

Для смазывания шарико-винтовых передач подходят чистые смазки, не содержащие графита, дисульфида молибдена и других твердых составляющих. Важно также наличие противоизносных и противозадирных присадок.

Все о ШВП

Шариково-винтовая передача — разновидность линейного привода, трансформирующего вращательное движение в поступательное, которая обладает отличительной особенностью — крайне малым трением.

Вал (обычно стальной — из высокоуглеродистых видов стали) со специфической формы беговыми дорожками на поверхности выполняет роль высокоточного приводного винта, взаимодействующего с гайкой, но не напрямую, через трение скольжения, как в обычных передачах винт-гайка, а посредством шариков, через трение качения. Это обуславливает это высокие перегрузочные характеристики шарико-винтовой передачи и очень высокий КПД. Винт и гайка производятся в паре, подогнанными, с очень жесткими допусками, и могут быть использованы в оборудовании, где требуется очень высокая точность. Шариковая гайка обычно чуть более крупная, чем гайка скольжения — из-за расположенных в ней каналов рециркуляции шариков. Однако, это практически единственный момент, в котором ШВП уступает винтовым передачам трения скольжения.

Сфера применения шарико-винтовых пар

ШВП часто применяется в авиастроении и ракетостроении для перемещения рулевых поверхностей, а также в автомобилях, чтобы приводить в движение рулевую рейку от электромотора рулевого управления. Широчайший спектр приложений ШВП существует в прецизионном машиностроении, таком, как станки с ЧПУ, роботы, сборочные линии, установщики компонентов, а также — в механических прессах, термопластавтоматах и др.

История ШВП

Исторически, первый точный шариковый винт был произведен из достаточно малой точности обычного винта, на который была установлена конструкция из нескольких гаек, натянутых пружиной, а затем притерта по всей длине винта. Путем перераспределения гаек и смены направления натяга, погрешности шага винта и гайки могли быть усреднены. Затем, полученный шаг пары, определенный с высокой повторяемостью замерялся и фиксировался в качестве паспортного. Схожий процесс и в настоящее время периодически используется для производства ШВП.

Применение ШВП

Для того, чтобы шариковая пара отслужила весь свой расчетный срок с сохранением всех, в т.ч. точностных, параметров, необходимо уделить большое внимание чистоте и защите рабочего пространства, избегать попадания на пару пыли, стружки и прочих абразивных частиц. Обычно это решается путем установки гофрозащиты на пару, полимерной, резиновой или кожаной, что исключает попадание посторонних частиц в рабочую область. Другой метод состоит в использовании компрессора — подачи фильтрованного воздуха под давлением на винт, установленный открыто. Шарико-винтовые передачи благодаря использованию трения качения могут иметь определенный преднатяг, который убирает люфт передачи — определенный «зазор» между вращательным и поступательным движением, который имеет место при смене направления вращения. Устранить люфт особенно важно в системах с программным управлением, поэтому ШВП с преднатягом используются в станках с ЧПУ особенно часто.

Недостатки шарико-винтовых передач

В зависимости от угла подъема беговых дорожек, ШВП могут быть подвержены обратной передаче — малое трение приводит к тому, что гайка не блокируется, а передает линейное усилие в крутящий момент. ШВП обычно нежелательно использовать на ручных подачах. Высокая стоимость ШВП также фактор, который зачастую склоняет выбор машиностроителей в пользу более бюджетных передач.

Преимущества шарико-винтовых передач

Низкий коэффициент трения ШВП обуславливает низкую диссипацию и высокий КПД передачи — намного выше, чем у любых других аналогов. КПД самых распространенных шариковых пар может превышать 90% по сравнению с максимальными 50% для метрических и трапецеидальных ходовых винтов. Практические отсутствующее скольжение значительно увеличивает срок службы ШВП, что снижает простой оборудования при ремонте, замене и смазке частей. Все это в сочетании с некоторыми другими преимуществами, такими как более высокой достигаемой скоростью, сниженными требованиями к мощности электропривода винта, может быть существенным аргументом в пользу ШВП в противовес его высокой стоимости.

Производство винтов ШВП

Самые точные винты ШВП могут быть произведены только шлифовкой. Также винт можно получить накаткой — такой винт будет отличаться значительно меньшей стоимостью, но точность его будет ограничена погрешностью порядка 50 микрон на 300 мм хода.

Точность ШВП

Высокоточные винты обычно дают погрешность порядка 1-3 микрон на 300 мм хода, и даже точнее. Заготовки под такие винты получают грубой механоообработкой, затем заготовки закаливаются и шлифуются до кондиции. Три шага строго обязательны, т.к. температурная обработка сильно меняет поверхность ШВП.

Hard-whirling это сравнительно новая технология металлообработки, которая минимизирует нагрев заготовки в процессе, и может произвести точные винты из закаленной заготовки. Инструментальные винты ШВП обычно достигают точности 250 нм на сантиметр. Они изготавливаются фрезеровкой и шлифовкой на сверхточном оборудовании с контролем специализированным оборудованием субмикронной точности. Аналогичным оборудованием оснащены линии по производству линз и зеркал. Такие винты обычно изготавливаются из Инвара или других инварных сплавов, чтобы минимизировать погрешность, вносимую тепловым расширением винта.

Системы рециркуляции шариков

Подшипниковые шарики циркулируют в каналах резьбы гайки и беговых дорожек винта. Если не направлять шарик после окончания его путешествия, шарики просто вываливались бы из гайки наружу после достижения конца дорожки, поэтому в ШВП применяются несколько систем возврата шариков к началу дороже — систем рециркуляции.

Внешняя система используется металлическую трубку, которая соединяет вход и выход из канала гайки. Выходящие шарики попадают в трубку, и проталкиваемые последующими, следуют ко входу. Внутренняя система подразумевает нарезку аналогичного канала внутри гайки, шарики, выходящие из гайки, направляются специальной накладкой в просверленный канал, на выходе из канала аналогичная накладка переправляет шарики на вход беговой дорожки. Очень также распространен вариант, когда шарики циркулируют по нескольким закольцованным каналам, где возврат обеспечивается специальной заглушкой.

Линейный привод с низким коэффициентом трения Фотография, показывающая две ШВП. Изображения-вставки — это увеличенные фотографии шариковой сборки верхнего винта. Левая вставка: удаленная рециркуляционная трубка, показывающая фиксирующий кронштейн, незакрепленные шарики и трубку. Вставка справа: более близкий вид полости для гайки.

A шарико-винтовая передача представляет собой механический линейный привод, который преобразует вращательное движение в линейное движение с небольшим трением. Вал с резьбой обеспечивает спиральную дорожку качения для шарикоподшипников, которые действуют как прецизионные винты. Они могут не только прикладывать или выдерживать высокие осевые нагрузки, но и с минимальным внутренним трением. Они изготавливаются с жесткими допусками и поэтому подходят для использования в ситуациях, когда необходима высокая точность. Шариковый узел действует как гайка, а резьбовой вал — как винт. В отличие от обычных ходовых винтов, шарико-винтовые передачи имеют тенденцию быть довольно громоздкими из-за необходимости иметь механизм для рециркуляции шариков.

Другой формой линейного привода, основанной на вращающемся стержне, является так называемый «привод с роликовым кольцом». В этой конструкции три (или более) подшипника качения расположены симметрично в корпусе, окружающем гладкий (безрезьбовой) шток или вал привода. Подшипники установлены под углом к ​​стержню, и этот угол определяет направление и скорость линейного движения за один оборот стержня. Преимущество этой конструкции по сравнению с обычной шарико-винтовой или ходовой винтовой передачей заключается в практическом устранении люфта и нагрузки, вызванной гайками с предварительным натягом.

Содержание

• 1 Применение
• 2 История
• 3 Описание и работа
• 4 Недостатки
• 5 Преимущества
• 6 Производство
  • 6.1 Точность
• 7 Системы возврата шара
• 8 Профиль резьбы
• 9 Предварительная нагрузка
• 10 Уравнения
• 11 Стандарты шарико-винтовой передачи
• 12 См. Также
• 13 Ссылки

Применения

Шарико-винтовые пары используются в самолетах и ​​ракетах для перемещения поверхностей управления, особенно для электрического летательного аппарата, а в автомобиле рулевого управления с усилителем для преобразования вращательного движения от электродвигателя в осевое движение рулевой рейки. Они также используются в станках, роботах и точном сборочном оборудовании. Шарико-винтовые пары высокой точности используются в шаговых двигателях для производства полупроводников.

История

Шарико-винтовые пары были изобретены независимо Х.М. Стивенсон и Д. Гленн, получившие в 1898 г. патенты 601 451 и 610 044 соответственно.

Ранние прецизионные винтовые валы производились, начиная с низкопрецизионного винтового вала, а затем притирка вала с несколькими нахлестами подпружиненной гайки. Путем перестановки и перестановки нахлеста гаек были усреднены погрешности продольных гаек и вала. Затем измеряется шаг очень воспроизводимого вала относительно стандарта расстояния. Подобный процесс иногда используется сегодня для производства эталонных стандартных винтовых валов или мастерских винтовых валов.

Шарико-винтовая передача используется для расширения структуры развертываемой башни в сборе (DTA) на космическом телескопе Джеймса Уэбба.

Описание и принцип действия

Чтобы сохранить присущую им точность и обеспечить долгий срок службы, необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать загрязнения грязью и абразивными частицами. Этого можно достичь, используя резиновые или кожаные сильфоны для полного или частичного закрытия рабочих поверхностей. Другое решение — использовать фильтрованный воздух с избыточным давлением, когда они используются в полугерметичном или открытом корпусе.

При уменьшении трения шарико-винтовые пары могут работать с некоторым предварительным натягом, эффективно устраняя люфт (наклон) между входом (вращением) и выходом (линейное движение ). Эта функция важна, когда они используются в системах управления перемещением с компьютерным управлением, например, в станках с ЧПУ и в высокоточных приложениях для перемещения (например, соединение проводов ).

Недостатки

В зависимости от угла подъема шарико-винтовые пары могут иметь обратный привод из-за их низкого внутреннего трения (т. Е. Вал винта может вращаться линейно для вращения шариковой гайки). Обычно они нежелательны для ручных станков, так как жесткость серводвигателя требуется, чтобы резец не захватил заготовку и не самоподался, то есть там, где резак и заготовка превышают оптимальную скорость подачи и эффективно защемляются или сталкиваются друг с другом, разрушая резак и заготовку. Стоимость также является важным фактором, поскольку винты Acme дешевле в производстве.

Преимущества

Низкое трение в шарико-винтовых передачах обеспечивает высокий механический КПД по сравнению с альтернативами. Типичная шарико-винтовая передача может иметь КПД 90% по сравнению с КПД ходового винта Acme равного размера от 20 до 25%. Отсутствие трения скольжения между гайкой и винтом способствует увеличению срока службы винтового узла (особенно в системах без люфта), сокращая время простоя на обслуживание и замену деталей, а также снижая потребность в смазке. Это, в сочетании с их общими преимуществами в производительности и сниженными требованиями к мощности, может компенсировать первоначальные затраты на использование шарико-винтовых пар.

Шарико-винтовые передачи могут также уменьшить или устранить люфт, характерный для комбинаций ходового винта и гайки. Шарики можно предварительно нагружать, чтобы не было «покачивания» между шариковой винтовой парой и шариковой гайкой. Это особенно желательно в приложениях, где нагрузка на винт быстро меняется, например, в обрабатывающих инструментах.

Производство

Валы шарико-винтовой передачи могут изготавливаться прокаткой, что дает менее точный, но недорогой и механически эффективный продукт. Катаные шарико-винтовые пары имеют точность позиционирования в несколько тысячных дюйма на фут.

Точность

Высокоточные винтовые валы обычно имеют точность до одной тысячной дюйма на фут (830 нанометров на сантиметр) или лучше. Исторически сложилось так, что они обрабатывались на станке для придания грубой формы, закалке и затем шлифовке. Трехэтапный процесс необходим, потому что высокотемпературная обработка деформирует заготовку. Жесткое завихрение — это недавний (2008 г.) метод прецизионной обработки, который сводит к минимуму нагрев детали и позволяет производить прецизионные винты из закаленной прутковой заготовки.

Валы винта инструментального качества обычно имеют точность до 250 нанометров на сантиметр. Их изготавливают на прецизионных фрезерных станках с оптическим дальномером и специальной оснасткой. Подобные машины используются для производства оптических линз и зеркал. Валы инструментальных винтов обычно изготавливаются из инвара, чтобы предотвратить слишком сильное изменение допусков температуры.

Шарико-винтовая передача классифицируется с использованием «классов точности» от C0 (наиболее точная) до C10.

Системы возврата шара

Циркуляционные шарики перемещаются внутри формы резьбы винта и гайка, и шарики рециркулируют через различные типы возвратных механизмов. Если бы у шариковой гайки не было возвратного механизма, шарики выпадали бы из конца шариковой гайки, когда достигли конца гайки. По этой причине было разработано несколько различных методов рециркуляции.

На внешней шариковой гайке используется штампованная трубка, которая захватывает шарики с дорожки качения с помощью небольшого пальца. Шарики перемещаются внутри трубы и затем возвращаются обратно в дорожку качения резьбы.

Внутренняя шариковая гайка с пуговицами использует механизм возврата механически обработанной или литой кнопки, который позволяет шарикам выходить из дорожки качения и перемещать одну резьбу, а затем снова входить в дорожку качения.

В возвратной шариковой гайке торцевой крышки используется колпачок на конце шариковой гайки. Колпачок механически обработан для захвата шариков из конца гайки и направления их в отверстия, которые просверлены поперек шариковой гайки. Дополнительная крышка на другой стороне гайки направляет шарики обратно в дорожку качения.

Возвращающиеся шарики не испытывают значительных механических нагрузок, и возвратный путь может включать литые под давлением детали из пластмассы.

Профиль резьбы

Для обеспечения надлежащего качения шариков, как в стандартном шарикоподшипнике, необходимо, чтобы при нагрузке в одном направлении шарик контактировал в одной точке с подшипником. гайкой и одной точкой с винтом. На практике большинство шарико-винтовых пар имеют небольшой предварительный натяг, так что на шарик оказывается как минимум небольшая нагрузка в четырех точках, две из которых касаются гайки, а две — винта. Это достигается за счет использования профиля резьбы, имеющего немного больший радиус, чем у шарика, при этом разница в радиусах остается небольшой (например, простая V-образная резьба с плоскими поверхностями не подходит), так что упругая деформация вокруг точки контакта допускает небольшую, но получить ненулевую площадь контакта, как и у любого другого подшипника качения. С этой целью резьбы обычно обрабатываются в виде профиля «готическая арка». Если бы использовался простой полукруглый профиль резьбы, контакт был бы только в двух точках, на внешней и внутренней кромках, которые не выдерживали бы осевой нагрузки.

Предварительный натяг

Для устранения люфта и получения оптимальных характеристик жесткости и износа для данного применения обычно применяется контролируемая величина предварительного натяга. В некоторых случаях это достигается путем механической обработки компонентов таким образом, чтобы шары «плотно» прилегали при сборке, однако это дает плохой контроль предварительного натяга и не может быть отрегулирован с учетом износа. Чаще всего шаровую гайку конструируют как две отдельные гайки, плотно соединенные механически, с регулировкой либо путем поворота одной гайки по отношению к другой, создавая относительное осевое смещение, либо путем удерживания обеих гаек плотно вместе в осевом направлении и вращения. один по отношению к другому, так что его набор шариков смещается в осевом направлении для создания предварительного натяга.

Уравнения

T = F l 2 π ν { displaystyle T = { frac {Fl} {2 pi nu}}}

с обычным вращательным входом, или

F = 2 π ν T l { displaystyle F = { frac {2 pi nu T} {l}}}

, если линейная сила движет систему назад

Где T { displaystyle { mathit {T}}}— крутящий момент, приложенный к винту или гайке, F { displaystyle { mathit {F}}}— приложенная линейная сила, l { displaystyle { mathit {l}}}— шаг шариковой винтовой передачи, а ν { displaystyle nu}— шарик эффективность винта.

Стандарты шарико-винтовой передачи

Национальные и международные стандарты используются для стандартизации определений, требований к окружающей среде и методов испытаний, используемых для шарико-винтовых пар. Выбор используемого стандарта является соглашением между поставщиком и пользователем и имеет определенное значение при конструкции винта. В США ASME разработал стандарт B5.48-1977 под названием «Шарико-винтовые передачи».

См. Также

• Шариковый шлиц — Тип подшипника линейного перемещения, который может передавать крутящий момент
• Винтовой домкрат
• Ходовой винт
• Роликовый винт
• Подшипник линейного перемещения
• Рециркуляция ball
• линейный привод — привод, создающий движение по прямой линии

Ссылки

Шарико-винтовая передача, как и ходовой винт, преобразует вращательное движение в поступательное. Устройство состоит из вала с резьбой и шариковой гайки. Последнее устройство движется на винте, поддерживаемом серией шарикоподшипников, которые обеспечивают поверхность качения, а не поверхность скольжения ходового винта. Шарики катятся между гайкой и валом. Поскольку скольжение отсутствует, ШВП работают более эффективно, чем ходовые винты. Это их большое преимущество. КПД ШВП относительно постоянен и обычно лучше 90%.

Шарико-винтовые передачи часто являются первым выбором для решений с линейным перемещением, в частности на станках с ЧПУ, поскольку использование шарикоподшипников с рециркуляцией обеспечивает высокую эффективность, грузоподъемность и точность позиционирования. Кроме того, ШВП обычно обеспечивают равную или лучшую грузоподъемность, чем ходовые винты, и поэтому являются лучшим выбором, когда требования к нагрузке превышают возможности ходового винта.

Одним из недостатков ШВП является то, что они требуют высокого уровня смазки. ШВП всегда следует смазывать надлежащим образом с правильным составом, чтобы предотвратить коррозию, уменьшить трение, обеспечить эффективную работу и продлить срок службы. Люфт, небольшой люфт между несколькими механическими компонентами, можно устранить с помощью предварительной нагрузки.

Характеристики ШВП

Некоторые термины для шарико-винтовой передачи, такие как цепи, повороты, шаг, шаг и начало, широко используются — и используются неправильно — для количественной оценки различных аспектов узлов шарико-винтовой передачи. Хотя эти термины связаны между собой, каждый из них имеет уникальное значение и значение для конструкции и характеристик.

Шаг оборота и шаг резьбы связаны, но имеют разные характеристики.  Шаг оборота — это линейное расстояние, пройденное за каждый полный оборот винта, а шаг — это расстояние между резьбой винта. Эти термины часто используются как взаимозаменяемые, и для однозаходных винтов они эквивалентны. Однако для винтов с несколькими заходами не равны. ШВП обычно доступны со средними шагами от 0,200 до 0,500 дюйма / об, хотя существуют изделия с частой спиралью.

Принимая во внимание геометрию винтового узла, имеет смысл, что по мере увеличения шага винта количество дорожек внутри шариковой гайки становится меньше, поэтому меньшее количество шариков несет нагрузку. Хотя более крупные ходовые винты обеспечивают больший ход на оборот и более высокие скорости, их способность обеспечивать высокую грузоподъемность находится под угрозой. Теоретически количество шариковых дорожек может быть увеличено за счет удлинения шариковой гайки, но производственные ограничения и ограничения на длину шариковой гайки делают это решение непрактичным.

Цепи и повороты — тоже связанные понятия. Шаровая цепь — это замкнутая цепь рециркулирующих шаров. «Обороты» относятся к количеству ходов, которые шарики совершают вокруг вала шнека перед рециркуляцией. На соотношение цепей и витков влияет метод рециркуляции. Возврат шарика, использующий дефлектор или метод перехода от резьбы к резьбе, рециркулирует каждый виток шариков индивидуально. Следовательно, количество витков равно количеству цепей.

Когда шарики возвращаются по внутреннему каналу или внешней трубе, рециркулирующие шарики могут пересекать несколько ниток, поэтому одна цепь может иметь несколько витков шарика. То есть шарики совершают несколько обходов вокруг вала шнека перед тем, как рециркулировать. В сборках многозаходной шарико-винтовой передачи обычно используется метод рециркуляции с внутренним каналом (на фото). Они могут быть разработаны для нескольких контуров за счет включения более одного внутреннего рециркуляционного канала в корпусе гайки.

КАК РАБОТАЕТ ШВП?

Шарико-винтовая передача в сборе

Узел шарико-винтовой передачи состоит из винта и гайки, каждая из которых имеет соответствующие винтовые канавки, и шариков, которые катятся между этими канавками, обеспечивая единственный контакт между гайкой и винтом. При вращении винта или гайки шарики отклоняются дефлектором в систему возврата шариков гайки, и они проходят через систему возврата к противоположному концу шариковой гайки по непрерывному пути. Затем шарики выходят из системы возврата шариков в дорожки качения ШВП и гайки, чтобы рециркулировать в замкнутом контуре.

Узел шариковой гайки

Шариковая гайка определяет нагрузку и срок службы шарико-винтовой передачи. Отношение количества резьбы в контуре шариковой гайки к количеству резьбы шарико-винтовой передачи определяет, насколько раньше шариковая гайка достигнет усталостного разрушения (износа), чем шарико-винтовая передача.

Шариковые гайки изготавливаются с двумя типами систем возврата шара.

(а) Внешняя система возврата шарика. В системе возврата этого типа шар возвращается к противоположному концу контура через трубку возврата шара, которая выступает над внешним диаметром шариковой гайки.

(b) Внутренняя система возврата шара (существует несколько вариантов системы возврата этого типа) Шарик возвращается через стенку гайки или вдоль нее, но ниже внешнего диаметра.

Пример (1): У некоторых производителей есть схемы с одним оборотом, в которых шарики вынуждены перевыливаться через гребень резьбы на винте системой возврата. Это известно как система внутреннего возврата с перекрестным дефлектором. В шаровых гайках с перекрестным дефлектором шарики совершают только один оборот вала, и цепь замыкается шаровым дефлектором (B) в гайке (C), позволяя шарику проходить между соседними канавками в точках ( А) и (D).

Пример (2): Внутренняя система возврата шара.

В системе возврата этого типа шар возвращается к противоположному концу контура через стенку гайки или вдоль нее, но ниже внешнего диаметра через V-образный колпачок.

Пример (3): тангенциальная система внутреннего возврата шара.

Для работы на высоких скоростях или высоких нагрузках используется система тангенциального шарикового возврата. Это обеспечивает очень плавный поток шариков на любой скорости в ограниченном пространстве. Это очень прочная система возврата шара, которая также используется в решениях с высокими нагрузками. 

D. Узел вращающейся шариковой гайки

Когда длинная шарико-винтовая передача вращается с высокой скоростью, она может начать вибрировать, как только коэффициент гибкости достигнет естественной гармоники для этого размера вала. Это называется критической скоростью и может сильно сказаться на сроке службы ШВП. Безопасная рабочая скорость не должна превышать 80% критической скорости винта. 

Тем не менее, для некоторых задач требуются валы большей длины и высокие скорости. Вот где нужна вращающаяся шариковая гайка. Как правило для этого изготавливаются специальные системы ШВП.

Специальные ШВП

Характеристики шарико-винтовой передачи продолжают улучшаться благодаря усовершенствованию методов производства и материалов. ШВП нового поколения имеют более высокую грузоподъемность, а это означает, что они все чаще используются для приложений с более высокими нагрузками, а также в более сложных условиях окружающей среды. Следовательно, рост числа приводов с шариковинтовой передачей, заменяющих традиционные методы гидравлического привода в некоторых приложениях с большим усилием.

Новые конструкции шарико-винтовой передачи также могут лучше противостоять суровым условиям, таким как экстремальные температуры, высокий уровень твердых частиц, воздействие химикатов и промывки под высоким давлением, а также удары и вибрация.

С ростом количества вариантов продукции инженеры ищут новые инструменты и услуги, которые помогут упростить процесс выбора шарико-винтовой передачи. Производители предлагают инструменты для определения размеров и выбора продукта, а также услуги по индивидуальному дизайну.

Условия работы ШВП

Ходовой винт с шарикоподшипником работает практически без трения. Нагрузка между винтом и гайкой осуществляется шарикоподшипниками, которые обеспечивают единственный контакт между гайкой и винтом. Узел шарико-винтовой передачи будет работать либо с гайкой, вращающейся вокруг винта, либо с винтом, вращающимся через гайку. На вашем предприятии можно выполнить простую проверку работоспособности:

1. Убедитесь, что винт чистый и слегка смазан маслом.
2. Вручную поверните гайку вокруг фиксированного винта. Гайка должна вращаться плавно, без заедания и зависания. Не следует путать заедание с шариками, которые сжимаются, когда они входят в дорожку качения, проходя под нагрузкой между гайкой и винтом из возвратной системы. Заедание или зависание (трапеция) приводит к скольжению мячей, образованию плоских пятен на шарах, и гайка в конечном итоге блокируется. В тяжелых случаях шарики скольжения могут повредить дорожки качения винта и не подлежат ремонту.

Крутящий момент и предварительная нагрузка

Крутящий момент для привода нагрузки так же важен, как и все другие факторы, связанные с конструкцией шарико-винтовой передачи. Эти факторы взаимосвязаны в исходном макете дизайна.

Высокая предварительная нагрузка обеспечивает более высокую точность позиционирования и высокую жесткость системы, но увеличивает момент сопротивления. Превышение предварительного натяга увеличивает момент сопротивления быстрее, чем жесткость, и приводит к снижению срока службы винта. Высокий предварительный натяг может привести к неточному позиционированию. Высокая предварительная нагрузка также будет способствовать сбоям в электросети. Низкий предварительный натяг обеспечивает низкую жесткость системы и низкий крутящий момент сопротивления, что приводит к низкой точности системы.

Центровка ШВП, несоосность и приложение нагрузки

Точное совмещение крепления шейки шарико-винтовой передачи с шариковой гайкой необходимо для длительного срока службы и точности позиционирования. Радиальные, изгибающие или опрокидывающие нагрузки, прикладываемые к ШВП, сокращают срок службы узла и его упорных подшипников. Радиальное смещение шарико-винтовой передачи приводит к увеличению крутящего момента по мере приближения шариковой гайки к опорам подшипника. Изгибающие или опрокидывающие нагрузки вызывают грубую работу и шум. Радиальные, изгибающие или переворачивающие нагрузки отрицательно влияют на точность позиционирования.

Неправильная регулировка следующего приведет к перегрузке шарико-винтовой передачи и гайки в сборе и будет способствовать отказу шарико-винтовой передачи и низкой точности позиционирования.

Техническое обслуживание ШВП (смазка и чистота)

ШВП должен быть должным образом смазана и всегда содержаться в чистоте. В противном случае его жизнь сократится. Когда шарико-винтовые пары не смазываются, срок службы уменьшается на 85 процентов. Смазка снижает трение, предотвращает коррозию и позволяет ШВП работать более эффективно. И масло, и консистентная смазка используются для смазки. Смазка обычно не используется при низких температурах или высоких скоростях. Графитовая смазка или консистентная смазка со взвешенными твердыми частицами никогда не используются, потому что они имеют тенденцию засорять систему возврата шара.

Подача масла должна всегда обеспечивать легкую пленку чистого масла с уровнем фильтрации три микрона или меньше. Смазка, загрязненная грязью и стружкой, увеличивает трение. Шарики, перемещающиеся по металлической стружке в дорожке качения резьбы шара, вызывают «растрескивание» и выход из строя шарико-винтовой передачи.

Используйте смазочные материалы, рекомендованные производителем станка. Как и в случае любой высокоточной сборки, загрязнение стружкой, грязью или другими посторонними предметами вызовет и, в конечном итоге, вызовет выход из строя шарико-винтовой передачи. Ограниченную защиту обеспечивают уплотнения или сальники. Если в окружающей среде высока концентрация загрязняющих веществ, рекомендуется использовать сильфоны или телескопические крышки. Периодическая проверка чистоты и смазки продлит срок службы ШВП.