Шарико-винтовая передача движения. Шарико-винтовые передачи Как собрать швп с двумя гайками

Шариковая винтовая передача (ШВП) состоит из винта и гайки и служит для преобразования вращательного движения в поступательное. В шарико-винтовых передачах на винте 1 и в гайке 2 выполнены винтовые канавки (резьба) криволинейного профиля, служащие дорожками качения для шариков, размещенных между витками винта и гайки. Наибольшее распространение получила резьба с полукруглым профилем. При этом вращение закрепленной от осевых перемещений гайки вызывает поступательное перемещение винта, или вращение закрепленного от осевых перемещений винта приводит к поступательному перемещению гайки.

Основные геометрические параметры передачи: номинальный диаметр d 0 , т.е. диаметр расположения центров тел качения, шаг резьбы Р и диаметр D w тел качения (обычно D w = 0,6Р).

Достоинства шарико-винтовой передачи: возможность создания больших осевых сил; малые потери на трение (КПД передачи 0,9 и выше); возможность получения поступательного перемещения с высокой точностью; малые габариты при высокой несущей способности; значительный ресурс.

К недостаткам можно отнести сложность конструкции гайки, необходимость высокой точности изготовления и хорошей защиты передачи от загрязнений. Шарико-винтовые передачи применяют в механизмах точных перемещений, в следящих системах и в ответственных силовых передачах (станкостроение, робототехника, авиационная и космическая техника, атомная энергетика, кузнечно-прессовое оборудование и др.).

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ

При вращении винта шарики увлекаются в движение по винтовым канавкам, поступательно перемещают гайку и. выкатываясь из резьбы, через перепускной канал (канал возврата) возвращаются в исходное положение. Таким образом перемещение шариков происходит по замкнутому внутри гайки контуру. Наиболее распространена конструкция ШВП. в которой канал возврата соединяет два соседних витка.

В станкостроении применяют трехконтурные гайки. Перепускной канал выполняют в специальном вкладыше, который вставляют в овальное окно гайки. В трехконтурной гайке предусматривают три вкладыша, расположенные под углом 120° один к другому и смещенные по длине гайки на один шаг резьбы по отношению друг к другу. Таким образом шарики в гайке разделены на три (по числу рабочих витков) независимых группы.

При работе передачи шарики, пройдя по винтовой канавке на винте путь, равный длине одного или нескольких витков, выкатываются из резьбы в перепускной канал вкладыша и возвращаются обратно в исходное положение на исходный виток гайки.

ПРОФИЛЬ РЕЗЬБЫ

Основные параметры полукруглого профпля резьбы (рис. 1. а):

R = (0,515...0,525) D w - радиус канавок;
α = 45° - угол контакта шариков;
ψ = arctg - угол подъема резьбы (здесь z - число заходов резьбы).

На рис. 1. б показан в нормальном сечении профиль резьбы винта с разгрузочной канавкой, а в табл. 1 приведены размеры разгрузочных канавок по ОСТ 2 РЗ1-5-89 .

1. Размеры разгрузочных канавок, мм

ШВП С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ НАТЯГОМ

С целью устранения осевого зазора в сопряжении винт-гайка и повышения тем самым осевой жесткости и точности перемещения ведомого элемента ШВП собирают с предварительным натягом.

Для передачи с полукруглым профилем резьбы натяг создают установкой двух гаек с последующим относительным их осевым смещением. Относительное смещение гаек осуществляют установкой прокладок между ними или их относительным угловым поворотом.

Профиль резьбы и конструкцию гайки (канал возврата шариков, регулирование натяга и т.д.) определяет завод-изготовитель.

Шариковые винтовые передачи применяют в широком диапазоне размеров.

ТИПОРАЗМЕРЫ ШАРИКОВЫХ ВИНТОВЫХ ПЕРЕДАЧ
по ГОСТ 25329-82

ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

Технические условия на шарико-винтовые передачи, применяемые в станкостроении, установлены ГОСТ 2 РЗ1-5-89 . Этот стандарт распространяется на ШВП, применяемые для комплектации металло- и деревообрабатывающих станков, промышленных роботов, кузнечно-прессового оборудования.

Стандарт устанавливает основные размеры, основные параметры, комплектность, маркировку, порядок и состав приемосдаточных испытаний, упаковку, условия транспортирования и хранения, указания по эксплуатации и гарантии завода-изготовителя централизованно изготовляемых ШВП.

В стандарте учтены требования ISO/DP 8931, ISO/DP 8932, ISO/DP 3408, ISO/DP 9783, ISO/DP 9784 .

Корпусные передачи изготовляют в 4-х исполнениях:

I - ШВП с одной или двумя гайками без корпуса;
II - ШВП с двумя гайками в цилиндрическом корпусе, имеющем фланец;
III - ШВП с двумя гайками в призматическом корпусе, имеющем сквозные крепежные отверстия;
IV - ШВП с двумя гайками в призматическом корпусе, имеющем глухие резьбовые крепежные отверстия.
Применение ШВП исполнения III является непредпочтительным.

По точностным параметрам ШВП разделяют на позиционные и транспортные (ОСТ 2 РЗ1-7-88 ). Позиционые ШВП позволяют произвести косвенное измерение осевого перемещения в зависимости от угла поворота и хода резьбы винта. В транспортных ШВП перемещения измеряют прямым методом с помощью отдельной измерительной систем не зависящей от угла поворота винта.

Классы кинематической и геометрической точности ШВП должны соответствовать ОСТ 2 РЗ 1-4-88 . Согласно этому стандарту" установлены классы точности для позиционных (П) и транспортных (Т) ШВП соответственно: П1, П3, П5, П7 и Т1, ТЗ, Т5, Т7, T9, Т10.

Внутризаводские приемосдаточные нормы кинематической точности должны соответствовать ГОСТ 2 Р31-5-89 .

Согласно ОСТ 2 РЗ1-5-89 качество материалов, обработки и сборки ШВП должно соответствовать ГОСТ 7599-82 , а для поставок на экспорт - ОСТ 2 Н06-1-86 .

ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬ

При проектировании, в соответствии с основными критериями работоспособности шарико-винтовых передач расчет ведут по динамической грузоподъемности для предупреждения усталостного разрушения (выкрашивания рабочих поверхностей) и по статической грузоподъемности для предупреждения пластического деформирования тел и поверхностей качения.

При выборе значений динамической С а и статической С oа грузоподъемностей, а также минимальных и максимальных значений момента T xx холостого хода ШВП можно ориентироваться на данные таблицы 2.

Базовая статическая осевая грузоподъемность С oа - статическая осевая сила (Н), которая вызывает общую остаточную пластическую деформацию шарика, канавок винта и гайки, равную 0,0001 диаметра шарика.

2. Базовые грузоподъемные характеристики ШВП

Базовая динамическая осевая грузоподъемность С а - осевая сила, которую шарико-винтовая передача может воспринимать при базовой долговечности, составляющей 1.000.000 оборотов винта.

Базовые грузоподъемности соответствуют передаче, выполненной из обычно применяемых сталей (см. табл.3). При отличии свойств материала от обычных, а также в зависимости от класса точности, твердости рабочих поверхностей и др. вычисляют значение скорректированной статической и скорректированной динамической грузоподъемности.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Технические требования на основные детали шарико-винтовых передач, применяемых в станкостроении, установлены ОСТ 2 РЗ1-5-89 (табл. 3). Нормы точности винта - по ОСТ 2 РЗ1-4-88.

3. Технические требования на основные детали ШВП

Винты изготовляют также из сталей марок ХВГ и 7Г2ВМ с объемной закалкой, стали марки 8ХВ с закалкой при индукционном нагреве, стали марки 20Х3МВФ с азотированием.
Для гаек применяют сталь марки ХВГ с объемной закалкой и цементуемые стали марок 18ХГТ, 12ХН3А, 12Х2Н4А .
Шарики изготовляют из хромистой стали марки ШХ20СГ .
Материалы винта, гайки и тел качения должны обеспечить твердость рабочих поверхностей не ниже 61 HRC э.
Полость гайки при сборке заполняют пластичным смазочным материалом марки ЦИАТИМ-201 или ЦИАТИМ-203 .
Передачи требуют хорошей защиты от загрязнений. Наиболее часто применяют гармоникообразные меха, телескопические кожухи и съемники загрязнений - пластмассовые уплотняющие гайки с двумя-тремя выпуклыми витками по профилю канавок. Съемники загрязнений крепят к каждому торцу основной гайки.

Номенклатура показателей качества, используемых при оценке уровня качества ШВП, применяемых в металло- и деревообрабатывающих станках, участках, линиях, комплексах, промышленных роботах и кузнечно-прессовом оборудовании, установлена ОСТ 2 РЗ1-6-87 .

Похожие документы:

ГОСТ 3722-81 - Подшипники качения. Шарики. Технические условия;
расчет ходовых винтов;
расчет грузовых винтов;
пример выполнения чертежа ходового винта

Для передачи усилия и движения могут применяться самые различные шарико-винтовые передачи . Наибольшее распространение получила шарико-винтовая передача. Она обеспечивает линейное передвижение привода, которое преобразует вращение в поступательное движение. Среди особенностей этого процесса можно отметить крайне малое трение, так как оно приводит к износу материала и существенному снижению КПД, нагреву трущихся элементов. Рассмотрим особенности этого процесса подробнее.

Функциональное предназначение и устройство

Как ранее было отмечено, шарико-винтовая пара применяется для передачи усилия и преобразования вращения в поступательное движение. Устройство характеризуется наличием нескольких элементов:

1. Стержень с винтовыми канавками.
2. Гайка с подходящей резьбой и размером.

Наибольшее распространение получили варианты исполнения, характеризующиеся резьбой с полукруглым профилем. Шариковые винтовые пары довольно просты в исполнении, что определяет их надежность и длительный срок эксплуатации.

Принцип работы

Винтовая пара характеризуется довольно простой конструкцией, которая работает следующим образом

1. На момент вращения гайки шарики перекатываются по созданным каналам.
2. Шарики способны поступательно перемещать гайку, выталкивая из резьбы. При этом есть перепускной канал, за счет которого происходит возращение шариков в исходное положение.
3. Перемещение шарика происходит по замкнутому контуру, который находится внутри гайки.
4. Наибольшее распространение получили варианты исполнения шарико винтовые передач, в которых канал возврата соединяется два соседних витка.

Встречаются самые различные варианты исполнения рассматриваемой конструкции. Они выбираются в зависимости от условий эксплуатации и предназначения. Примером можно назвать то, что в станкостроительстве используется шариковая винтовая передача с трехконтурной гайкой. Для этого создается специальный вкладыш, для которого создается окно овальной формы. Для снижения трения и повышения показателя КПД применяются сразу три вкладыша, размещаемые под углом 120 градусов относительно друг друга.

Быстроходные или скоростные ШВП

Современные станки и иное оборудование характеризуется высокой производительностью и универсальностью в применении. Как правило, усилие создается двигателем, который совершает вращательное движение. Для того чтобы преобразовать вращение в возвратно поступательное движение применяется винтовая передача. Обычное сочетание винта и гайки характеризуется менее высоким КПД, чем новые скоростные конструкции.

Быстроходная шариковая винтовая передача характеризуется следующими особенностями:

1. При изготовлении применяется материал, который характеризуется высокой износостойкостью. Слишком сильный износ приводит к потери точности.
2. Специальная шарико винтовая передача обеспечивает быстрое перемещение гайки.

Чаще всего скоростные ШВП устанавливаются на станки с ЧПУ. За счет их применения обеспечивается быстрое перемещение исполнительных органов.

Классификация

При изготовлении шарико винтовой передачи могут применяться самые различные технологии. В зависимости от их особенностей выделяют следующие виды конструкций:

1. 1. Катанные получаются при применении метода холодной катки. Как правило, подобная технология характеризуется меньшими затратами при ее применении. За счет этого соотношение цены и качества максимально высокое, то точность получаемых изделий низкая.
   2. Шлифованные – прецизионные изделия, которые после нарезания резьбы и закалки подвергаются шлифованию. За счет этого обеспечивается высокая степень гладкости. Большинство изделий из этой группы характеризуется повышенной точностью. Однако, процесс закалки и шлифования определяет существенное повышение стоимости изделия.

Провести классификацию также можно по конструктивным особенностям:

1. При изготовлении стандартной шарико винтовой пары применяются стандарты DIN .
2. Прецизионные получают путем применения технологии шлифования. Конструкция может состоять из одной или двух гаек, которые предварительно натягивают.
3. Есть варианты исполнения, полученные шлифованием, с сепаратором. Подобная конструкция характеризуется наличием конструкции, за счет которой обеспечивается возврат шариков в начальное положение.
4. Шарико винтовая передача с вращающейся гайкой имеет встроенный подшипник, который обеспечивает точное перемещение подвижного элемента.
5. В рассматриваемую категорию также включается шлицевой вал с втулками шарикового типа. Подобная шарико винтовая конструкция характеризуется компактностью и простотой монтажа.
6. Вариант исполнения консольного типа. Применяется в случае, когда требуется компактная передача.

Подобная классификация учитывается при выборе требуемой конструкции.

При выборе шарико-винтовой передачи учитываются ее основные характеристики. Как правило, они следующие:

1. Протяженность стержня. Характеристики ШВП для оборудования с ЧПУ характеризуются максимальной длиной около 2-х метров. Это связано с тем, что слишком длинное изделие может деформироваться при точечном воздействии.
2. Линейное скоростное передвижение – основной показатель, который стоит учитывать.
3. Диаметр и шаг винта также можно назвать важными показателями. Именно они определяют то, какая нагрузка может оказываться.
4. Точность изделия, которая варьирует в пределе от С1 до С10.

Можно встретить также табличную информацию, которая применяется для определения основных характеристик.

Установка передачи

Выбор ШВП можно провести в процессе разбора конструкции и эскизного проектирования. Перед установкой винтореечной шариковой передачи проводится расчет:

1. Величины хода стола.
2. Необходимое усилие, которое должно быть на винте.
3. Выбирается наиболее подходящая длина винта.
4. Точность определяет, нужно ли проводить установку шарико винтовой передачи, полученного путем шлифования или холодного проката.
5. Определяются конструктивные особенности гайки: возврат шариков в исходное положение, нужен ли подшипник, какой должна быть гайка. Примером можно назвать то, что конструкция с одинарной гайкой обходится намного дешевле, но вариант исполнения с двойной более износостойкий.
6. Уточняется, должен ли надежно фиксироваться свободный конец.
7. Определяется то, как шарико винтовая передача соединяется с корпусом.

После выбора подходящего варианта исполнения шарико-винтовой передачи проводится ее установка. Крепление может проводится при применении винтов и заклепок или путем сварки.

Область применения

Основные характеристики определяют широкое распространение ШВП. Примером можно различные узлы автомобилей и станки. Более наглядным применением ШВП можно назвать нижеприведенные случаи:

1. Изготовление привода станков ЧПУ. Современные варианты исполнения обладают несколькими линейными приводами. Примером можно назвать случай, когда станок Tornos имеет 14 управляемых осей.
2. КАМАЗ и некоторые другие автопроизводители применяют подобную рейку при изготовлении рулевого механизма. За счет этого упрощается процесс изменения положения тяжелых колес, которые отягощены грязью.
3. При производстве принтера и другого типографического оборудования устанавливается подобная рейка.

Как ранее было отмечено, в качестве основного источника усилия устанавливается двигатель. Вращение преобразуется рейкой в возвратно-поступательное движение, которое весьма распространено.

Преимущества ШВП перед остальными видами передач

Преимуществ у ШВП довольно много. Подобная конструкция характеризуется следующими достоинствами:

1. Низкий коэффициент трения, который достигается за счет применения шариков.
2. Более высокое значение КПД. Если сравнивать другие аналоги, которые могут передавать поступательное движение, то они существенно уступают. У многих вариантов исполнения ШВП имеет показатель КПД на уровне 90%.
3. Скольжение отсутствует по причине применения канавок с шариками. За счет этого также существенно повышается длительность эксплуатации.
4. Простота обслуживания и ремонта. При необходимости можно быстро добавить масло в зону хода винта. Смазывающее вещество равномерно распределяется по поверхности, за счет чего повышается эксплуатационный срок.
5. Высокая скорость перемещения, которую можно достигнуть за счет использования специальных вариантов исполнения ШВП.
6. Сниженное требование к приводу по показателю мощности. Это связано с низким сопротивлением хода винта.

Однако есть и несколько существенных недостатков, которые должны учитываться при выборе привода. Примером можно назвать высокую вероятность обратного хода при установке винта под большим углом или вертикально. Этот недостаток связан с тем, что трение минимальное.

Рассматриваемую шарико-винтовую передачу не рекомендуется использовать при создании ручных подач. Кроме этого, негативным фактором можно назвать высокую стоимость изделия, так как оно состоит из нескольких точных элементов. Для обеспечения низкой степени износа поверхность подвергается закалке, за счет чего стоимость изделия также повышается.