Шарико-винтовая передача (ШВП)

Различные приводы могут применяться для передачи усилия от источника к исполнительному элементу. Довольно большое распространение получил линейный тип конструкции, который может преобразовывать вращение в возвратно-поступательное движение. Отличительная особенность подобного варианта исполнения – небольшой трение на момент передачи момента. Конструкция представлена валом со специфической формой беговых дорожек, которые выступают в качестве направляющей для передачи усилия. Рассмотрим подробности этого устройства подробнее.

Содержание

• Сфера применения шарико-винтовых пар
• История ШВП
• Применение ШВП
• Недостатки шарико-винтовых передач
• Преимущества шарико-винтовых передач
• Производство винтов ШВП
• Точность ШВП
• Системы рециркуляции шариков
• Характеристики ШВП для оборудования с ЧПУ
• Установка ШВП на станок с ЧПУ
  • Вам также могут быть интересны статьи:

Сфера применения шарико-винтовых пар

Сегодня рассматриваемое устройство характеризуется довольно высокой областью применения. Чаше всего шарико-винтовая передача устанавливается в нижеприведенных случаях:

1. В авиастроении.
2. В ракетостроении.
3. Автомобилях.
4. При создании других механизмов, когда нужно провести преобразование вращения в линейное перемещение.

В большинстве случаев шарико-винтовая передача предназначена для смещения рулевой рейки. При этом в качестве привода могут применяться различные источники, к примеру, электрический двигатель. Сегодня ШВП часто устанавливаются в станках ЧПУ, которые характеризуются высокой точностью. Все элементы могут точно позиционироваться относительно друг друга благодаря подобному элементу.

История ШВП

Устанавливается подобная конструкция на протяжении длительного периода. Принято считать, что первая шарико-винтовая передача была создана из обычного винта, на котором были зафиксированы несколько гаек. Дальнейшее совершенствованием конструкции проводилось следующим образом:

1. Перераспределение гайки.
2. Смена направления натяга.
3. Снижение погрешности шага.

При производстве основных элементов могут применяться материалы, характеризующие высокой устойчивостью к механическому и другому воздействию. Именно поэтому механизм стал устанавливаться чаще, чем раньше.

Применение ШВП

Только при правильной эксплуатации устройства можно обеспечить его длительную службу. Примером можно назвать чистоту рабочей поверхности, защите рабочего пространства от воздействия окружающей среды. Рекомендуется исключать вероятность попадания на поверхность абразивных элементов и стружки, а также пыли.

Решить большинство проблем можно путем установки гофрированной защиты, которая изготавливается из резины, полимера или кожи. Их установка позволяет исключить вероятность попадания загрязняющих элементов в зону контакта.

Еще один метод заключается в установке компрессорной установки. Она подает отфильтрованный воздух под давлением, за счет чего происходит очищение поверхности от загрязнений. Другими особенностями назовем следующее:

1. Шарико-винтовая передача имеет определенный преднатяг, за счет которого исключается вероятность появления люфта.
2. Отсутствие люфта во многом определяет возможность установки устройства в станках с ЧПУ и другом оборудовании, которое должно работать с высокой точностью.

При выборе наиболее подходящего привода учитываются условия эксплуатации. Шарико-винтовая передача служит намного дольше при обильном добавлении смазывающего вещества, так как на момент эксплуатации возникает трение. Слишком сильное трение становится причиной повышенного износа и температурного расширения металла.

Недостатки шарико-винтовых передач

У рассматриваемого типа привода также есть несколько существенных недостатков, которые должны учитываться. Пара винтовой передачи ШВП характеризуется следующими недостатками:

1. В зависимости от угла установки основного элемента есть вероятность обратного хода шарико-винтовой передачи.
2. Малое трение гайки не блокирует ее при обратном ходе. Другими словами, она может свободного ходить по винту, поэтому предусматривается наличие стопорного элемента.

Рассматриваемое устройство не рекомендуется устанавливаться в случае ручной подачи. Кроме этого, не стоит забывать о высокой стоимости изделия. Именно поэтому в машиностроительной и другой промышленности часто применяют бюджетные варианты исполнения, которые более просты в изготовлении и могут прослужить в течение длительного периода.

Преимущества шарико-винтовых передач

Есть довольно большое количество преимуществ, которыми можно охарактеризовать рассматриваемый привод. Наиболее значимыми назовем следующие:

1. Низкий коэффициент трения можно назвать основным преимуществом шарико-винтовой передачи. Этот показатель достигается за счет применения специального материала, а также добавления смазывающего вещества в зону контакта.
2. Высокое значение КПД также является наиболее важным преимуществом, по которому шарико-винтовая передача обходит многие другие конструкции. Примером можно назвать то, что в большинстве случаев показатель составляет 90%, у метрических ходовых винтов он всего 50%.
3. Отсутствие скольжения существенно увеличивает эксплуатационный ресурс шарико-винтового устройства. Подобное явление становится причиной сильного трения, который повышает износ и повышает температуру конструкции.
4. Провести ремонт и обслуживание можно самостоятельно, для этого не требуется специальное оборудование. За счет этого снижается простой оборудования при ремонте, а также выполнении периодической смазки.
5. Более высокая скорость ходового винта существенно расширяет область применения конструкции.
6. Более низкие требования к мощности электрического привода винта.

Все приведенные выше преимущества определяют то, что многие не уделяют внимание стоимости и проводят установку конструкции. При выборе уделяется внимание типу применяемого материала при изготовлении, точности и многим другим моментам.

Производство винтов ШВП

Высокая точность позиционирования двух элементов, находящихся в паре, определяет возникновение серьезных трудностей с их производством. Радиальный зазор между винтом может стать причиной появления люфта. Рассматривая изготовление отметим нижеприведенные моменты:

1. Самое точное шарико-винтовое устройство производится путем шлифования. Поверхность подобным образом может обрабатываться исключительно при применении специального оборудования.
2. В некоторых случаях производство винта проводится при применении технологии наката. Подобный вариант исполнения винта характеризуется более низкой стоимостью, но точность довольно велика.

В интернете и других источниках можно встретить требуемые схемы для изготовления рассматриваемой пары. При этом чертеж изготавливается с учетом установленных стандартов. Сложность процесса производства определяет то, что нужно уделять внимание исключительно продукции известных компаний.

Точность ШВП

В большинстве случаев шарико-винтовая передача устанавливается по причине высокой точности позиционирования обоих элементов. Принцип действия характеризуется следующими особенностями:

1. В большинстве случаев погрешность составляет 1-3 микрона на 300 мм хода. Кроме этого, можно встретить шарико-винтовые устройства с более высокой точностью позиционирования отдельных элементов.
2. Заготовка для получения винта получается при применении технологии механической обработки. Примером можно назвать использование токарного станка ЧПУ, так как он позволяет получить размеры с высокой точностью.
3. После получения требуемой формы проводится закалка и шлифовка поверхности. Первый технологический процесс позволяет существенно повысить твердость поверхности, второй достигнуть высокой точности размеров.

Важным моментом назовем то, что температурная обработка становится причиной существенного изменения основных качеств материала. Именно поэтому финишная обработка в большинстве случаев представлена шлифованием.

Довольно большое распространение сегодня получила технология Hard-whirling. Это технология металлообработки предусматривает минимальный нагрев заготовки, за счет чего существенно повышается точность обработки. В большинстве случаев точность обработки составляет 250 Нм на один сантиметр.

Также может применяться технология фрезерования и шлифования на сверхточном оборудовании. Аналогичное оборудование используется при получении зеркал и линз. В большинстве случаев заготовка представлена инварными сплавами, за счет чего существенно снижается погрешность при производстве.

Системы рециркуляции шариков

Важным конструктивным элементом можно назвать систему рециркуляции шариков. Она характеризуется следующими особенностями:

1. Шарики меняют свое положение в каналах резьбы гайки и специальных беговых дорожках винта. При этом они характеризуются точными размерами. При изготовлении шариков применяется сталь с высоким уровнем износостойкости. В противном случае может появится люфт, который негативно отразится на эксплуатационных качествах шарико-винтовой передачи.
2. Если не использовать специальную систему, то в конце хода шарики просто бы выбегали из конструкции наружу. Именно поэтому при создании конструкции часто используются системы возврата.
3. Внешняя система представлена металлической трубкой, которая соединяет входное и выходное отверстие. Внутренняя система представлена каналами, нарезаемыми вблизи винта.

В последнее время большое распространение получил вариант исполнения, при котором движение шариков закольцовано. За счет этого обеспечиваются наиболее благоприятные условия эксплуатации устройства.

Характеристики ШВП для оборудования с ЧПУ

Как ранее было отмечено, довольно часто рассматриваемый привод применяется для обеспечения надежной работы станка ЧПУ. Основными характеристиками можно назвать следующие моменты:

1. Протяженность ходового стержня. Как показывает практика, в большинстве случаев достаточно стержня длиной около 2-х метров. Крайне нежелательно проводить установку варианта исполнения с большой длиной, так как оказываемая нагрузка может стать причиной деформации и снижения основных эксплуатационных характеристик.
2. Линейное скоростное передвижение. При производстве станков с ЧПУ уделяется внимание тому, чтобы основные элементы перемещались с высокой скоростью. За счет этого существенно повышается КПД и скорость обработки, а также расширяется область применения устройства.
3. Наиболее важными параметрами можно назвать диаметр и шаг винта. Именно эти характеристики определяют то, какая нагрузка может оказываться на устройство.
4. При производстве довольно много внимания уделяется точности. Этот показатель может варьировать в диапазоне от С1 до С10.

Двигатель может передавать вращение напрямую или через предохранительные элементы, к примеру, специальные муфты. Они позволяют существенно снизить вероятность появления дефектов.

Установка ШВП на станок с ЧПУ

Станки с блоком числового программного управления получили весьма широкое распространение. Выбор проводится на момент разбора конструкции и проектирования. Перед непосредственной установкой проводится следующий расчет:

1. Необходимое усилие, передающееся на винт. Основные узлы станка могут воспринимать различную нагрузку. Если винт не будет рассчитан на это, то есть вероятность деформации, а также срезания витков и появления других дефектов. Именно поэтому проводятся тщательные расчеты для определения того, какую нагрузку должна воспринимать шаприко-винтовая передача.
2. Величина хода стола. В большинстве случаев рассматриваемая шарико-винтовая передача устанавливается для обеспечения продольного или поперечного хода стола фрезерного оборудования, а также других узлов.
3. Определяется наиболее подходящая длина винта. Как ранее было отмечено, показатель более 2-х метров может стать причиной искривления и появления других дефектов при длительной эксплуатации устройства.
4. Требуемая точность может зависеть от самых различных показателей. Для станков ЧПУ требуется механизм с наиболее высоким показателем точности, так как она снижается от привода к зоне обработки.
5. Определяются требуемые конструктивные особенности гайки. В этом случае определяется стоимость устройства и некоторые другие моменты.
6. Уточняется тот момент, должен ли свободный конец фиксироваться на момент эксплуатации.
7. Определяется то, каким образом проводится крепление шарико-винтовой передачи к корпусу. Только при высокой жесткости конструкции обеспечивается требуемая точность позиционирования всех элементов конструкции.

Провести установку рассматриваемого устройства может исключительно специалист, обладающий соответствующей подготовкой. Это связано с важностью точностью позиционирования шарико-винтовой передачи.

В заключение отметим, что в продаже встречается просто огромное количество вариантов исполнения подобного устройства. Не все они могут применяться из-за различного показателя точности позиционирования основных элементов.

Источник: stankiexpert.ru