Да, был дурак. Тогда пришла из Китая моя первая ШВП (шарико-винтовая передача, или пара, если угодно). Ну радовался, крутил. И вот подумал: а что, если полностью открутить гайку? Наверняка есть какая-то защитная система для шариков. Наверняка…
Вот такая ШВП:
Ballscrew (это и значит ШВП) SFU1605. 16 – диаметр, 5 – шаг винта.
В общем, открутил. Шарики, конечно, рассыпались. Чудом с пола собрал. Посмотрел со всех сторон, прикинул: так просто не собрать. Чудом досчитался всех шариков, ни одного не потерял.
К слову, вот так выглядит отдельно гайка (ballnut):
Фторопластовые (скорее всего) втулки для защиты от грязи:
Красные вставные части канавок для шариков:
А вот и сами шарики:
И сам винт отдельно:
Итак, мне пришлось полазить по форумам. Люди предлагают разные способы, некоторые утверждают, что собрать заново шарико-винтовую передачу невозможно, а вот и нет!
Сначала давайте очистим детали от старой смазки и грязи.
Использовал то ли бензин, то ли уайт спирит, не помню.
Почистили? Отлично, теперь берём шприц и наполняем литолом или другой вязкой смазкой.
Теперь вставляем красные затычки в гайку. Наша задача – заполнить все дорожки литолом. Литол не жалеть, чтобы в каждом контуре его было одинаково много. Напомню, в такой гайке три контура для шариков. Кто хочет ознакомиться с конструкцией гайки – гугл в помощь.
На предыдущей фотографии вроде чуть вперёд забежали… В общем, теперь очень аккуратно какой-нибудь магнитной штукой (или наоборот, немагнитным пинцетом – кому чем удобнее) размещаем шарики в канавках. В каждом контуре должно быть одинаковое количество шариков. Сколько для гайки 1605 – сейчас уже не помню, но на месте можно посчитать их.
Вот так всё теперь выглядит:
Шарики надёжно держатся в литоле.
Теперь хитрый финт ушами: сворачиваем бумажку и просовываем в гайку. Делать аккуратно, чтобы не сдвинуть шарики. Бумажку лучше поплотнее. Если есть время, можно сделать папье-маше (я делал) или найти кусок трубы нужного диаметра.
Ну а теперь с одной стороны (прежде, чем начать, подумай, а той ли ты стороной делаешь. Нет, я не хочу сказать, что только одной стороной правильно, просто если концы разные у винта, то конструктивно могут получиться две разные ШВП) аккуратно сначала просовываем в бумажку, потом вдвигаем и начинаем медленно вкручивать винт. Да, вместе с бумажкой:
Ну а теперь можно вставить защитные втулки (они не выполняют роли передачи движения, только защита) и закрепить винтами.
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
| Номинальный диаметр d 0 | Шаг резьбы Р | b | r | Номинальный диаметр d 0 | Шаг резьбы Р | b | r |
| 16 25 25 32 32 40 40 40 50 |
2,5 5,0 10,0 5,0 10,0 5,0 6,0 10,0 5,0 |
- 1,0 1,5 1,0 1,5 1,0 1,0 1,5 1,0 |
- 0,55 0,85 0,55 0,85 0,55 0,55 0,85 0,55 |
50 50 63 80 80 100 100 125 |
10,0 12,0 10,0 10,0 20,0 10,0 20,0 20,0 |
1,5 1,8 1,5 1,5 3,0 1,5 3,0 3,0 |
0,85 0,95 0,85 0,85 1,60 0,85 1,6 1,6 |
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
| Номинальный диаметр, d o , мм |
Номинальный шаг Р, мм | |||||||||
| 2,5* | 3 | 4 | 5* | 6 | 8 | 10* | 12 | 16 | 20* | |
| 6 | + | |||||||||
| 8 | + | |||||||||
| 10 | + | |||||||||
| 12 | + | + | + | + | ||||||
| 16 | + | + | + | + | + | |||||
| 20 | + | + | + | + | + | |||||
| 25 | + | + | + | + | + | |||||
| 32 | + | + | + | + | + | + | ||||
| 40 | + | + | + | + | + | |||||
| 50 | + | + | + | + | + | + | ||||
| 63 | + | + | + | + | + | + | + | |||
| 80 | + | + | + | + | + | + | ||||
| 100 | + | + | + | + | + | |||||
| 125 | + | + | + | + | ||||||
| 160 | + | + | + | + | ||||||
| 200 | + | + | + | + | ||||||
| * Предпочтительные шаги | ||||||||||
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
| Типоразмер d 0 x Р, мм | Грузоподъемность, Н | Момент холостого хода T xx , Н·м |
||
| статическая С oа | динамическая С а | min | max | |
| 16x2,5 25x5 25x10 32x5 32x10 40x5 40x6 40x10 50x5 50x10 50x12 63x10 80x10 80x20 100x10 100x20 125x20 |
9600 28100 48800 37500 65000 49400 56400 85900 62800 112500 119900 149700 197700 297600 251100 386400 729000 | 5000 16580 46400 17710 49800 19170 23700 54700 20640 57750 65400 62030 66880 143400 71840 151800 278000 |
0,05 0,08 0,11 0,18 0,22 0,30 0,32 0,45 0,50 0,48 0,49 0,75 1,23 2,30 2,04 2,75 2,80 |
0,20 0,32 0,35 0,56 0,60 0,84 0,83 0,95 1,35 1,23 1,09 2,03 3,25 3,88 5,20 5,23 5,50 |
Примечание . Приведенные значения для корпусных ШВП соответствуют исполнениям II, III и IV.
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
Примечания:
1. Термообработка по РТМ2 МТ11-1-31.
2. Для шариков степень точности 20 по ГОСТ 3722-81.
3. Разноразмерность шариков в одной передаче не более 0,001 мм.
4. Отклонение среднего диаметра шариков при D u
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 создания станков с программным числовым управлением необходимо использовать шарико-винтовые пары. Они отличаются не только внешним видом, но и конструкцией. Для выбора определенной модели следует заранее ознакомиться со строением и комплектующими ШВП.
Назначение шарико-винтовых пар
Все виды ШВП для станков с ЧПУ предназначены для преобразования вращательного движения в поступательное. Конструктивно состоят из корпуса и ходового винта. Отличаются друг от друга размерами и техническими характеристиками.
Основным требованием является минимизация трения во время работы. Для этого поверхность комплектующих проходит процесс тщательной шлифовки. В результате этого во время движения ходового винта не происходит резких скачков его положения относительно корпуса с подшипниками.
Дополнительно для достижения плавного хода применяется не трение скольжение относительно штифта и корпуса, а качение. Для получения этого эффекта применяется принцип шариковых подшипников. Подобная схема увеличивает перегрузочные характеристики ШВП для станков с ЧПУ, значительно повышает КПД.
Основные компоненты шарико-винтовой передачи:
- ходовой винт. Предназначен для преобразования вращательного движения в поступательное. На его поверхности формируется резьба, основная характеристика — ее шаг;
- корпус. Во время движения ходового винта происходит смещение. На корпус могут устанавливаться различные компоненты станка: фрезы, сверла и т.д.;
- шарики и вкладыши. Необходимы для плавного хода корпуса относительно оси ходового винта.
Несмотря на все преимущества подобной конструкции шарико-винтовые передачи для ЧПУ применяются только для средних и малых станков. Это связано с возможностью прогиба винта при расположении корпуса в его средней части. В настоящее время максимально допустимая длина составляет 1,5 м.
Аналогичными свойствами обладает передача винт-гайка. Однако это схема характеризуется быстрым износом комплектующих из-за их постоянного трения между собой.
Области применения ШВП
Относительная простота конструкции и возможность изготовления шарико-винтовой передачи с различными характеристиками расширяет область его применения. В стоящее время шарико-винтовые пары являются неотъемлемыми компонентами самодельных фрезерных станков с числовым программным управлением. Ну на этом область применения не ограничивается.
Благодаря своей универсальности ШВП могут устанавливаться не только в станках с ЧПУ. Плавный ход и практические нулевое трение делают их незаменимыми компонентами в точных измерительных приборах, установок медицинского назначения, в машиностроении. Нередко для комплектации самодельного оборудования берут запчасти от этих приборов.
Это стало возможным благодаря следующим свойствам:
- минимизация потерь на трение;
- высокий коэффициент нагрузочной способности при небольших габаритах конструкции;
- низкая инертность. Движение корпуса происходит одновременно с вращением винта;
- отсутствие шума и плавный ход.
Однако следует учитывать и недостатки ШВП для оборудования ЧПУ. Прежде всего к ним относятся сложная конструкция корпуса. Даже при незначительном повреждении одного из компонентов шарико-винтовая передача не сможет выполнять свои функции. Также накладываются ограничения на скорость вращения винта. Превышение этого параметра может привести к появлению вибрации.
Для уменьшения осевого зазора сборка выполняется с натягом. Для этого могут устанавливаться шарики увеличенного диаметра или две гайки с осевым смещением.
Характеристики ШВП для оборудования с ЧПУ
Для выбора оптимальной модели шарико-винтовой передачи для станков с числовым программным управлением следует ознакомиться с техническими характеристиками. В дальнейшем они повлияют на эксплуатационные качества оборудования и время его безремонтной эксплуатации.
Основным параметром ШВП для станков с ЧПУ является класс точности. Он определяет степень погрешности положения подвижной системы согласно расчетным характеристикам. Класс точности может быть от С0 до С10. Погрешность перемещения должна даваться производителем, указывается в техническом паспорте изделия.
| Класс точности | С0 | С1 | С2 | С3 | С5 | С7 | С10 |
| Погрешность на 300 мкм | 3,5 | 5 | 7 | 8 | 18 | 50 | 120 |
| Погрешность на один оборот винта | 2,5 | 4 | 5 | 6 | 8 |
Кроме этого при выборе нужно учитывать следующие параметры:
- отношение максимальной и необходимой скорости мотора;
- общая длина резьбы ходового винта;
- средние показатели нагрузки на всю конструкцию;
- значение осевой нагрузки — преднатяг;
- геометрические размеры — диаметр винта и гайки;
- параметры электродвигателя — крутящий момент, мощность и другие характеристики.
Эти данные должны быть предварительно рассчитаны. Следует помнить, что фактические характеристики ШВП для оборудования с ЧПУ не могут отличаться от расчетных. В противном случае это приведет к неправильной работе станка.
Количество оборотов шариков за один круг определит степень передачи крутящего момента от вала корпусу. Этот параметр зависит от диаметра шариков, их количества и сечения вала.
Установка ШВП на станок с ЧПУ
После выбора оптимальной модели необходимо продумать схему установки ШВП на станок с ЧПУ. Для этого предварительно составляется чертеж конструкции, закупаются или изготавливаются другие компоненты.
Во время выполнения работы следует учитывать не только технические характеристики шарико-винтовой передачи. Основное ее предназначение — движение элементов станка по определенной оси. Поэтому следует заранее продумать крепление блока обработки к корпусу ШВП для станков с ЧПУ. Необходимо сверить размеры посадочных отверстий, их расположение на корпусе. Следует помнить, что любая механическая обработка шарико-винтовой передачи может повлечь за собой негативные изменения ее характеристик.
Порядок установки в корпус станка с ЧПУ.
- Определение оптимальных технических характеристик.
- Измерение длины вала.
- Создание схемы сопряжения монтажной части вала с ротором двигателя.
- Установка передачи на корпус станка.
- Проверка работоспособность узла.
- Подключение всех основных компонентов.
После этого можно выполнить первый пробный запуск оборудования. В процессе работы не должно возникать колебания и вибрации. В случае их появления выполнять дополнительную калибровку компонентов.
При поломке ШВП во время эксплуатации станка с ЧПУ ремонт передача можно сделать самостоятельно. Для этого можно заказать специальный комплект. С особенностями проведения восстановительных работ можно знакомиться в видеоматериале:
Лекция 21 ПЕРЕДАЧИ ВИНТ-ГАЙКА КАЧЕНИЯ
План лекции
1. Общие сведения.
2. Устройство и принцип работы шариковинтовых передач.
3. ШВП с предварительным натягом.
4. Расчет шариковинтовой передачи.
1. Общие сведения
Передача винт–гайка качения – винтовая пара с промежуточными телами качения: шариками или роликами. Наиболее широко применяют шариковые винтовые передачи (ШВП).
В шариковых винтовых передачах на винте и в гайке выполнены винтовые канавки (резьба) криволинейного профиля, служащие дорожками качения для шариков, размещенных между витками винта и гайки.
Достоинства шариковинтовой передачи: малые потери на трение, высокая несущая способность при малых габаритах, возможность реализации равномерного поступательного перемещения с высокой точностью, высокое быстродействие, значительный ресурс. ШВП могут быть легко приспособлены для работы с электрическими, гидравлическими и другими приводами.
К недостаткам можно отнести сложность конструкции гайки, необходимость высокой точности изготовления и хорошей защиты передачи от загрязнений.
Применение. Шариковинтовые передачи применяют в исполнительных механизмах, в следящих системах и в ответственных силовых передачах (станкостроение, робототехника, авиационная и космическая техника, атомная энергетика и др.). Перспективным считается создание и использование мехатронных узлов перемещения, включающих в свою структуру помимо передачи винт-гайка качения также приводной электродвигатель и элементы управления.
Резьбы , применяемые в ШВП, изготовляют с криволинейным профи-
лем: полукруглым (рис. 21.1, а ) и «стрельчатая арка » (рис. 21. 1, б ). Наи-
большее распространение получила резьба с полукруглым профилем, позволяющая создавать конструкции ШВП с регулируемым натягом.
d а)
D w R
2. Устройство и принцип работы шариковинтовых передач
При вращении винта шарики вовлекаются в движение по винтовым канавкам, поступательно перемещают гайку и, выкатываясь из резьбы, че-
рез перепускной канал (канал возврата) возвращаются в исходное положе-
ние. Таким образом, перемещение шариков происходит по замкнутой внутри гайки траектории. Наиболее распространена конструкция ШВП, в которой
канал возврата соединяет два соседних витка (рис. 21.2). Число i в ра-
бочих витков в гайке от 1 до 6.
В станкостроении применяют трехвитковые гайки (i в = 3). Перепускной канал выполняют в специальном вкладыше 1 (рис. 21.2), который вставляют в овальное окно гайки. В трехвитковой 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 витка, выкатываются из резьбы в перепускной канал вкладыша, переваливают через выступ резьбы и возвращаются обратно в исходное положение на тот же виток гайки. Конструктивно ШВП с вкладышами имеют минимальные радиальные размеры, в них отсутствуют детали
типа отражателей, а канал возврата имеет минимальную длину, что облегчает проталкивание шариков. Однако такая конструкция неприменима для передач с многозаходной резьбой.
Гайки с большим числом i в витков применяют в тяжелонагруженных передачах крупных станков.
Основные характеристики ШВП. Стандартизованы шарико-
винтовые передачи, применяемые для комплектации металло- и деревообрабатывающих станков, промышленных роботов, кузнечно– прессового оборудования.
Грузоподъемность. В каталоге приведены значения базовых I статической осевой С оа и динамической осевой С а грузоподъемностей шариковинтовых передач с трехвитковыми гайками.
Базовая статическая грузоподъемность Соа – статическая центральная осевая нагрузка в Н, которая соответствует расчетному контактному напряжению в зоне контакта шарика и дорожки качения, равному 3 000 МПа. Возникающая при этих контактных напряжениях общая остаточная деформация тела качения и дорожки качения приблизительно равна 0,0001 диаметра тела качения.
Базовая динамическая осевая грузоподъемность Са – постоянная цен-
тральная осевая нагрузка в Н, которую шариковинтовая передача теоретически может воспринимать при базовом расчетном ресурсе, составляющем один миллион оборотов винта и соответствующем 90%-ной надежности передачи.
В общем случае необходимая точность изготовления элементов пере-
дачи – винта, гайки, шариков – обусловлена требуемыми с точностью перемещения ведомого звена, плавностью движения, постоянством натяга, постоянством движущего момента и др.
Кинематическую точность ШВП характеризуют кинематической погрешностью винтовой пары – разностью между действительным и номинальным осевыми перемещениями одной из сопряженных деталей винтовой пары в их относительном движении. В соответствии с допускаемыми значениями кинематической погрешности установлены 10 классов точности ШВП.
Радиальный зазор между винтом и гайкой до создания предварительного натяга регламентирован для стандартизованных ШВП с полукруглым профилем. Радиальный зазор измеряют при смещении в радиальном направлении собранной гайки под действием силы, превышающей силу тяжести гайки в 1,5 – 2 раза.
Осевая жесткость – отношение осевой силы, приложенной к гаечной группе, к осевому перемещению ее корпуса относительно винта при условии, что винт не проворачивается.
Момент холостого хода замеряют в контролируемой передаче, установленной в центрах стенда, при вращении винта с частотой 100 мин -1 .
Числовые значения основных характеристик регламентированы отраслевыми стандартами.
Материалы винта, гайки и тел качения должны обеспечить твердость рабочих поверхностей не ниже 61HRC. Винты изготовляют из сталей: марки ХВГ с объемной закалкой, марки 8ХВ с закалкой при индукционном нагреве, марки 20ХЗМВФ с азотированием. Для гаек применяют стали марок ШХ15, ХВГ с объемной закалкой и цементуемые стали марок 18ХГТ, 12ХНЗА. Шарики изготовляют из хромистых сталей марок ШХ15, ШХ20СГ.
Полость гайки при сборке заполняют пластичным смазочным материалом марок ЦИАТИМ–01 или ЦИАТИМ–203.
ШВП в зависимости от условий работы и предъявляемых к ним требо-
ваний подразделяют на передачи с зазором и передачи с натягом. Во первых осевой зазор всегда выбирается в одну сторону вследствие действия осевой силы: силы тяжести груза, силы сопротивления перемещаемого узла и т. п. Во вторых зазор устраняют при сборке предварительным нагружением элементов передачи осевой силой, обеспечивающей необходимую осевую жесткость.
3. ШВП с предварительным натягом
С целью устранения осевого зазора в сопряжении винт–гайка и повышения тем самым осевой жесткости и точности перемещения I Ц1ВП собирают с предварительным натягом. Созданием предварительного натяга не только устраняют зазоры, но и усредняют периодические ошибки шага винта, стабилизируют положение оси гайки относительно оси винта. Конструктивно натяг осуществляют: для профиля «стрельчатая арка» – подбором шариков несколько большего диаметра; для полукруглого профиля – установкой двух гаек, размещенных в одном корпусе, с последующим относительным их осевым смещением. Конструкция с двумя гайками обеспечивает возможность регулирования натяга. Относительное смещение гаек осуществляют установкой прокладок между ними или их относительным угловым поворотом.
Рассмотрим пример конструкции ШВП с регулированием натяга относительным поворотом гаек (рис. 21.3). Соединение гаек с корпусом выполнено зубчатыми муфтами 7 и 2, у которых наружные зубья нарезаны на флан-
цах гаек, а внутренние – в корпусе. Числа зубьев z 1 и z 2 муфт отличаются на единицу, что позволяет поворачивать гайки одну относительно другой на малый угол, осуществляя осевое смещение на очень малую величину.
Поворот гаек выполняют вне винта на специальной оправке – трубе с
наружным диаметром, равным внутреннему диаметру d 3 резьбы винта по впадинам, после чего гайки вместе с корпусом навинчивают на винт.
Если число зубьев на фланце одной из гаек z 1, а на фланце другой (z 1 +1), то поворот обеих гаек в одну сторону на k зубьев приводит при шаге Р к их осевому смещению Рk /.
Например, при z 1 = 92, Р =10 мм и k =1 имеем ∆ =1,2 мкм.
Основные геометрические соотношения
Основные геометрические параметры шариковинтовой передачи
(рис. 21.1, 21.4): d 0 – номинальный диаметр резьбы; Р – шаг резьбы α – угол контакта (α = 45°); z - число заходов резьбы (обычно z = 1).
Основные параметры полу, круглого профиля резьбы (размеры в
Диаметр шарика: D w 0,6P |
|||
Внутренний диаметр резьбы винта: |
d 3 d 0 1,012D w |
||
Наружный диаметр резьбы винта: |
d = d0 - 0,35Dw ; |
||
Радиус шарика: |
R w = D w / 2; |
||
Радиус профиля резьбы: |
R np = (1, 03 – 1, 05)R w ; |
||
Смещение центра радиуса профиля: |
С = (R np – R w )sin α ; |
||
Диаметр качения по профилю винта: |
d кв |
D w cosα ; |
|
Диаметр качения по профилю |
|||
d кг |
D w cosα ; |
||
Угол подъема резьбы на |
ψ arctg Рz /(πd кв ) |
||
диаметре d к в , °: |
|||
R пр
R пр |
||
45о |
кв 0 |
|
Ось винта |
||
Число рабочих шариков в одном витке с каналом возврата во вкладыше
z раб z ш z в ,
где z в – число шариков в канале возврата, z в = 3PID w .
Расчетное число шариков в одном витке гайки с учетом неодинакового их нагружения вследствие погрешностей изготовления элементов передачи и неравномерности распределения нагрузки между витками
z p = 0,7z pa6 = 0,7(z ш - 3Р/D w ) |
Коэффициент трения качения
Трением качения называют сопротивление, возникающее при перека-
тывании одного тела по другому. Комплекс явлений, вызывающих трение качения, достаточно сложен. В технических расчетах применяют в основном данные экспериментальных исследований. Опыты показывают, что сопротивление перекатыванию зависит от упругих свойств материалов, шероховатостей и кривизны соприкасающихся поверхностей, значения прижимающей силы. На преодоление сопротивлений при перекатывании тел затрачивается работа, обусловливаемая в основном деформированием сопряженных поверхностей.
При перекатывании, например цилиндра по плоскости, можно выделить два участка площадки контакта (рис. 21.5). Участок С 2 находится в зоне нарастающих деформаций (в зоне нагрузки), участок С 1 – в зоне исчезающих деформаций (в зоне разгрузки). Наличие внутреннего трения в материале приводит к необратимым потерям энергии – упругому гистерезису. Это явление называют несовершенной упругостью , поэтому распределение напряжений по всей площадке контакта несимметрично максимуму и смещено в сторону Движения на величину f k (рис. 21.6), которую называют плечом силы трения качения или коэффициентом трения качения и измеряют в миллиметрах. Таким образом, при качении необходимо преодолеть некоторый момент – момент трения качения.
F тр |
|
F тр |
Шариковинтовые передачи работают в условиях трения качения, реализуемого при взаимодействии резьб винта и гайки через тела качения – шарики. Рассмотрим качение шарика, находящегося между двумя плоскостями и нагруженного силами F n (рис. 21.7).
Движение одной из плоскостей со скоростью v вызывает качение шарика: перемещение центра шарика со скоростью v /2 и вращения относительно центра с угловой скоростью ω = v/ (2R w ). Для качения нагруженного шарика по сопряженным плоскостям необходимо преодолеть момент сопротивления качению, обусловленный силами трения F w в контакте. По общему
определению сила трения есть произведем нормальной к поверхности силы F n на коэффициент трения f или на тангенс угла трения р : F тр F n f F n tgρ .
Из условия равновесия шарика под воздействием внешних моментов следует:
2 Frp Rw =2 Fn fк .
Отсюда (см. также рис. 21.6)
f к R w F тр / F n R w tgρ |
||
F тр |
||
F тр |
||
Момент сопротивления качению шарика в рассматриваемых условиях
Т ш 2 F тр R w 2 F n f к 2 F n R w tgρ F n D w tgρ .
Для шариковинтовой передачи с числом i в витков и расчетным числом z p шариков в каждом витке момент сопротивления вращению может быть вычислен по зависимости
Т iв zр Fn Dw tgρ ,
где ρ arctg(f к / R w ) обычно принимают f к = 0,010– 0,012 мм.
Силу F n , действующую по нормали к площадке контакта, определяют расчетом, а угол трения ρ принимают по приведенным выше (рекомендациям или по результатам специально выполненного эксперимента.
Момент сопротивления вращению является основной величиной. характеризующей потери на трение в шариковинтовой передаче.
Силовое взаимодействие в ШВП и расчет потерь на трение
Передача с зазором. Рассмотрим случай нагружения винта вращающим моментом Т и осевой силой F a сопротивления перемещению гайки (рис. 21.8). Силовое взаимодействие между шариком и винтом происходит в т. K
на винтовой линии, обозначенной штрихами. На основном виде (т.е. в плоскости, параллельной оси винта, рис. 21.8, а ) показаны вектор силы трения F ТР , направленный по касательной к окружности качения диаметром d кв , и проекция F n sinα вектора нормальной к площадке контакта силы F n , перпендикулярная винтовой линии. Вектор силы F n показан в плоскости А-А , перпендикулярной винтовой линии рис. 21.8, б.
При этом плоскость качения совпадает с плоскостью Б-Б.
Силовое взаимодействие в точке контакта K удобно представить в виде параллелепипеда, построенного на векторах сил (рис. 21.9).
F тр |
||
Исходными для рассмотрения являются нормальная сила F
Ось винта Полная реакция R
n
(KC
) точке контакта равна геометрической сумме векторов сил F
n
(KD)
и F
тр
(KB
).
Вектор силы R
n
также расположен в плоскости качения KBCD.
В плоскости KBEF,
параллельной оси винта, отклонения вектора результирующей силы R
(KE
) от плоскости KFDC
перпендикулярной винтовой линии, составляет угол ρ
KÂ
/ ÊF F
òð
/(F
n
sinα) tgρ
Выразив силу трения F
тр
из (21.3) и подставив в (21.4), получим tg
ρ F
n
tgρgρ/n
sinα) tg
ρ / sin α Обычно величину ρ
называют приведенным углом трения
ρ
= arctg(tg ρ /sina). Тогда для результирующей R
(KE
) сил взаимодействия в плоскости KBEF,
параллельной оси винта, можно записать R
=
F
n
sinα / cosρ . С
другой стороны, результирующая сила
R(KE)
(рис. 21.8, 21.9) может быть представлена в виде проекций F
o
и F
t
соответственно в правлении оси винта и в перпендикулярном оси винта направлении (рис. 21.10) F
0
R
cos(ψ ρ) F
n
sin cos(ψ ρ)/cosρ , F
t
R
sin(ψ ρ) F
n
sin sin(ψ ρ)/cosρ . Сумма сил F
0
на всех шариках должна уравновесить внешнюю осевую силу F
a
,
а сумма произведений сил F
t
, на плечо d
кв
/2 –
вращающий момент Т
F
a
i
в
z
р
F
n
sinα cos(ψ ρ1
) / cosρ ,
T i
в
z
р
F
1
d
кв
/ 2 i
в
z
р
F
n
sinαsin(ψ ρ1
)d
кв
/(2cosρ) .
Материал предоставлен сайтом "Справочник конструктора"
Шарико-винтовые пары (ШВП)
По точностным параметрам ШВП разделяют на позиционные и транспортные
(ОСТ 2 Р31-7-88). Позиционные 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 системы, 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, ПЗ, П5, П7 и Т1, ТЗ, Т5, Т7, Т9. Т10.
Кинематическую точность
ШВП характеризуют кинематической погрешностью винтовой пары - разностью между 
действительным и номинальным осевыми перемещениями одной из сопряженных деталей винтовой пары в их относительном движении. Под наибольшей кинематической погрешностью понимают наибольшую алгебраическую разность значений кинематической погрешности винтовой пары в пределах заданной длины осевого перемещения.
Зависимость кинематической погрешности винтовой пары от номинального осевого перемещения представлена на рис. 2. Отклонение кинематической погрешности на всей измеряемой длине l
и резьбы не должно превышать допускаемого значения е
p .
V
300р - ширина полосы колебаний кинематической погрешности в пределах 300 мм измеряемой длины резьбы;
V
2πр - ширина полосы отклонения пульсаций кинематической погрешности в пределах одного оборота, т.е. в пределах хода Р
h резьбы.
Допускаемые значения нормируемых показателей (табл. 5 и 6) регламентированы ОСТ 2 РЗ1-4-88, в котором учтены требования ИСО.
5. Допускаемые значения показателей V
300р и V
2πр, мм
|
Показатель |
Класс точности |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| V 2πр |
Согласно ОСТ 2 Р31-5-89 качество материалов, обработки и сборки ШВП должно соответствовать ГОСТ 7599-82, а для поставок на экспорт - 8. Радиальный зазор ШВП до создания преднатяга
Примечание. В знаменателе приведены значения радиального зазора для винтов с разгрузочными канавками (рис. 1,6). 9. Осевая жесткость корпусных ШВП
Примечания: 1. Жесткость для классов точности Т9 и Т10 не регламентируют. 10. Осевая жесткость бескорпусных ШВП
Примечание. Жесткость для классов точности Т9 и Т10 не регламентируют. 11. Значения осевой силы F при определении жесткости ШВП
12. Основные характеристики ШВП
Примечание. Приведенные значения для корпусных ШВП соответствуют исполнениям II, III и IV. Технические требования на основные детали шариковинтовых передач, применяемых в станкостроении, установлены ОСТ 2 Р31-5-89 (табл. 13). Нормы точности винта - по ОСТ2 Р31-4-88. 13. Технические требования на основные детали ШВП
Примечания: 1. Термообработка по РТМ2 МТ11-1-81. Номенклатура показателей качества, используемых при оценке уровня качества ШВП, применяемых в металле- и деревообрабатывающих станках, участках, линиях, комплексах, промышленных роботах и кузнечно-прессовом оборудовании, установлена ОСТ 2 РЗ1-6-87. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
