Шариковая передача винт гайка

Шариковая передача винт гайка

Шариковая передача винт гайка

Винтовая передача — механическая передача, преобразующая вращательное движение в поступательное, или наоборот. В общем случае она состоит из винта и гайки.

Винтовые передачи делятся на:

  • передачи скольжения;
  • передачи качения:
  • шариковинтовые передачи качения (ШВП);
  • роликовинтовые передачи качения.

i = Π d P 1 <displaystyle i=<frac <Pi d><1>>>> Шариковая передача винт гайка,

где d <displaystyle d> Шариковая передача винт гайка— диаметр окружности, по которой перемещается точка приложения силы; P 1 <displaystyle P_<1>> Шариковая передача винт гайка— ход винта.

Ход винта равен:

P 1 = P × n <displaystyle P_<1>=P imes n> Шариковая передача винт гайка,

где P <displaystyle P> Шариковая передача винт гайка— шаг резьбы; n <displaystyle n> Шариковая передача винт гайка— число заходов резьбы.

Винтовая передача с возвратно-поступательным движением [ править | править код ]

Существуют винтовые передачи, осуществляющие циклическое возвратно-поступательное движение исполнительного устройства («гайки») при неизменном вращательном движении приводного вала. У этих передач приводной вал имеет и левую и правую резьбы с плавными переходами между ними на концах. Резьба гайки вырождается в единственный выступ (штырь, шпонку), скользящей по резьбе вала. Такая винтовая передача применяется, в частности, в небольших принтерах, механизмах укладки каната в барабан и т. п.

Применение [ править | править код ]

Шариковая передача винт гайка

Шариковая передача винт гайкаВнешние изображения
Шариковая передача винт гайка12-метровая винтовая передача Beaver Ball Screw — одна из самых длинных для своего времени (1960)
  • приводы исполнительных органов (например: металлорежущие станки, кузнечно-прессовое оборудование);
  • регулировочные винты и болты в машинах и механизмах (например, регулируемые по высоте опоры мебели и оборудования (выкручивающиеся ножки));
  • инструменты (слесарные тиски, струбцины, съёмники, штопоры, винтовые домкраты);
  • детские игрушки: для запуска юлы и летающего винта;

Следует отметить, что пара болт-гайка хотя и представляет собой, по сути, винтовую передачу, однако предназначена она не для перемещения, а для закрепления деталей, поэтому относится к соединениям. Аналогично шурупы и винтовые (червячные) металлические хомуты.

Винтовые передачи скольжения с используемыми обычно шагами резьбы винта, относятся к самотормозящимся, в норме осевая нагрузка на винт не способна вызвать вращение приводной гайки. В то же время, из-за крайне низкого трения, винтовые передачи качения, таким свойством не обладают, что следует учитывать в плане безопасности.

Свойства передачи. Передача винт-гайка качения обладает свойствами, позволяющими применять ее как в приводах подач без отсчета перемещений (универсальных станков, силовых столов агрегатных станков), так и в приво­дах подач и позиционирования станков с ЧПУ. Для передачи характерны высокий коэффициент полезного действия (0,8-0,9), небольшое различие меж­ду силами трения движения и покоя, незначительное влияние частоты враще­ния винта на силу трения в механизме, полное отсутствие осевого зазора. Недостатками являются высокая стоимость, пониженное демпфирование, отсутствие самоторможения.

Устройство и размеры передачи. Передача состоит из винта 1 (рис. 8.1), гайки 2, шариков 3 и устройств для возврата шариков (на рисунке не показа­ны). Обычно применяют передачи с наиболее технологичным полукруглым профилем резьбы. Для снижения контактных напряжений предусматривают Шариковая передача винт гайкаПредварительный натяг, повышающий точность и жесткость передачи, создают осевыми проставками между гайкам, винтами, сдвоенной дифференциальной гайкой.

За номинальный размер передачи принимают диаметр dQ условного ци­линдра, на котором расположены центры шариков. Размеры передачи по ГОСТ 25329-82 (приведены на стр. 211).

Предпочтительными значениями номинального шага считаются 2,5; 5; 10; 20 мм.

Размеры стандартных винтов передачи винт—гайка качения приведены в табл. 8.1, Принятые обозначения: dQ номинальный диаметр; р — номиналь­ный шаг; d1 и I1 — диаметр и длина шейки винта для квадрата под ключ; d2 и 1г — диаметр и длина шейки под компенсирующую муфту; d3 и /3 — диаметр и длина шейки под регулировочную гайку; d4, d7 и l4,,l7 диамет­ры и длины опорных шеек винта; d5 и /5 — диаметр и длина шейки винта; d6 и 16 диаметр и длина шейки винта под промежуточный элемент. Стан­дартная конструкция винта позволяет применять роликовые комбинирован­ные подшипники, приводные элементы с креплением затяжной конической втулкой или затяжными кольцами, измерительный преобразователь обратной связи, упоры, устанавливаемые на промежуточном элементе. Длина резьбы винта

Шариковая передача винт гайка

Шариковая передача винт гайка

где /и — перемещение исполнительного органа станка; /к — длина корпуса гайки; /у — ширина уплотнения шарико-винтового механизма; /П — длина перебега; /н— длина нерабочей части винта.

Винты диаметром до 50 мм изготовляют из стали ХВГ и подвергают объемной закалке до нарезания резьбы. Винты диаметром до 100 мм и длиной до 5000 мм в условиях крупносерийного и централизованного производства изготовляют из стали 8ХФ. Их рекомендуется закаливать с индукционным на­гревом в кольцевом индукторе. Винты с шагом резьбы 5мм или 10,12,20 мм, но длиной 1500 мм целесообразно закаливать до нарезания резьбы, а винты с шагом 10, 12, 29 мм и с резьбовым участком длиной до 1000 мм — после на­резания резьбы. Во втором случае предусматривается коррекция профиля резьбы, учитывающая изменение ее шага в результате закалки. На винтах дли­ной до 3000 мм с шагом 20 мм производится контурная закалка рабочего профиля с нагревом ТВЧ. Винты класса точности П диаметром свыше 80 мм, длиной до 4000 мм рекомендуется изготовлять из стали 20ХЗМВФ и подвер­гать азотированию после предварительного улучшения. Резьба таких винтов должна иметь скорректированный шаг для компенсации продольной деформа­ции, которая получается в результате азотирования.

Читайте также:  Сталь 09г2с коррозионная стойкость

Гайки рекомендуется изготовлять из стали ШХ15СГ. Допускается приме­нять стали 9ХС и 7ХГ2ВМ с упрочнением объемной закалкой, а также стали 25ХГТ и 12ХНЗА с упрочнением цементацией и последующей объемной закал­кой.

Требования к качеству передачи приведены в табл. 82.

Шариковая передача винт гайка

Шариковая передача винт гайка

Передача с двумя гайками, снабженными зубчатыми венцами. В шарико-винтовой механизм входят винт 2 (рис. 8.2) , две гайки4 и б, комплект шари­ков 5, корпус 1.

Устройства для возврата шариков 3 выполнены в виде вкладышей, встав­ленных в три окна каждой гайки. Вкладыши соединяют два соседних витка винтовой канавки, сдвинуты друг относительно друга в осевом направлении на один ее шаг и разделяют шарики в каждой гайке на три циркулирующие группы. Для тонкого регулирования натяга гайки снабжены зубчатыми венца­ми на фланцах, которые входят во внутренние зубчатые венцы корпуса. На од­ном фланце число зубьев на единицу больше, чем на другом. Если венцы обоих фланцев вывести из корпуса, повернуть гайки в одну сторону на одинаковое число зубьев (на неравные углы) и снова соединить зубчатые венцы, можно благодаря небольшому осевому сближению профилей резьбы гаек создать заданный натяг.

В этом механизме, как и в других с возвратом шариков через вкладыши, рабочее число шариков в одном витке

Шариковая передача винт гайка

расчетное число шариков в одном витке

Шариковая передача винт гайка

где к = 0,7. 0,8 — коэффициент, учитывающий погрешности изготовления резьбы винтового механизма.

Применяют корпуса гаек двух форм: цилиндрической с фланцем (табл. 8.3) и призматической с боковой стыковочной плоскостью (табл. 8.4). Поса­дочное отверстие для корпусов цилиндрической формы изготовляется по Н6. Размер от оси винта до привалочной плоскости корпуса призматической фор­мы имеет отклонение Н7.

Передача с односторонней регулировкой натяга. Шарико-винтовой меха­низм с односторонней регулировкой натяга (рис. 83) удобен в эксплуатации. В его состав входят кольцо 6 и стопорные элементы 5 и 7. На внутренней и наружной цилиндрических поверхностях кольца нарезаны равнорасположенные выемки. В корпусе 4 гайка 2 застопорена штифтом 1, а гайку 3 при ре­гулировке поворачивают на малый угол с помощью регулировочного механизма. Для этого в нее запрессован стопорный элемент 5, входящий в контакт с одной из внутренних выемок на кольце 6. Другой стопорный элемент 7 вставлен в отверстие корпуса 4 и входит в контакт с одной из наружных вы­емок на этом кольце. При регулировке натяга стопорный элемент 7 выводится из контакта с кольцом 6, гайка 3 поворачивается, а затем стопорный элемент 7 вводится в соседнюю или более удаленную выемку.

Передача с двумя гайками по DIN 69051. В состав передачи (рис. 8.4) вхо­дят гайки 1 и 4 с вкладышами 2 для отвода шариков и щетки 5 для очистки ходового винта. Для регулирования натяга одну гайку поворачивают относи­тельно другой и фиксируют с помощью упора 3, снабженного зубцами, как и гайка 4. Смазочный материал подводится к отверстию А. Основные размеры передач приведены в табл. 8.5

Шариковая передача винт гайка

Шариковая передача винт гайка

. Шариковая передача винт гайка

Способы смазывания шарико-винтового механизма и защиты от загразнений. Для смазывания шарико-винтового механизма применяют жидкий или пластичный смазочный материал. Масло типа индустриального подводится к корпусу, в котором установлены гайки. Используется смазывание следующих видов: капельное, порционное, циркуляционное, масляным туманом. Пластич­ный смазочный материал типа солидола применяется, когда при использова­нии жидкого возникают затруднения; в небольшим объеме его закладывают в винтовые канавки гайки. Эффективны масла с противозадирными присадка­ми, особенно в связи с тем, что в каналах возврата имеет место трение сколь­жения.

Для предохранения винтов от загрязнения применяют защитные устройства в совокупности с устройствами уплотнения и очистки. Защитные телескопические трубки с уплотнениями, имея значительные габариты, могут быть использованы только при увеличении длины винта. Гармоникообразные меха хорошо защищают винт и не занимают много места. Короткие винты мо­гут быть защищены стальными лентами, свернутыми в спираль.

Хорошо очищает винт охватывающая его фетровая или войлочная втулка с резьбой на внутренней поверхности (рис. 8.5, а), однако при изнашивании она хуже выполняет свои функции. При использовании втулки из нейлона воз­никает меньшая сила трения в контакте с винтом и втулка меньше шаржи­руется твердыми частицами.

Скребки-щетки, предназначенные для очистки винта (рис. 8.5, б, в), следует устанавливать так, чтобы их можно было заменять без разборки узла в целом.

Резьбовые кольца из синтетического материала, жестко соединенные с гай­кой, уплотняют шарико-винтовой механизм у противоположных ее торцов и хорошо очищают винт, однако эти свойства ухудшаются при износе колец. В устройстве, изображенном на рис. 8.6, а, у каждого торца гайки помещено по два кольца (рис. 8.6,6, в; табл.8,6) .изготовленных из фторопласта и имею­щих на внутренней поверхности винтовой профиль (рис. 8.6, г). Кольцо 3, называемое неподвижным, с помощью упора 1, входящего в имеющийся на нем паз, удерживается от поворота относительно гайки 4. Кольцо 2 увлекает­ся вращающимся винтом передачи до тех пор, пока оно не войдет в контакт с неподвижным кольцом. Благодаря этому у торца гайки, где винт ввинчивает­ся в нее, возникает контакт с натягом между винтовыми профилями колец и винта. При изменении направления его вращения такой же контакт возникает у противоположного торца гайки. Износ колец не влияет на качество работы устройства. Для отвода загрязнений в кольцах предусмотрены наклонные па­зы.

Читайте также:  Какая мышка лучше лазерная или светодиодная

Способы осевого закрепления винта. Применяют осевое закрепление винта по следующим схемам.

Схема 1. Опора, представляющая собой комбинированный подшипник, воспринимает нагрузку в обоих направлениях (рис. 8.7, а, 8,8,а). Односторон­нее закрепление винта допускает наименьшую сжимающую нагрузку и наи­меньшую критическую частоту вращения. Поэтому длина винта L не должна превышать 20—25 его диаметров. Передачи, выполненные по этой схеме, при­меняются при небольших ходах перемещаемого узла или при односторонней нагрузке, часто в приводах вертикальной подачи.

Схема 2. Один конец винта установлен на опоре, которая воспринимает осевую нагрузку в обоих направлениях, второй находится на дополнительной радиальной опоре (рис. 8.7, б) ■ Такая конструкция имеет по сравнению с пре­дыдущей более высокий запас устойчивости по критической осевой силе и по критической частоте вращения. Применяется в тех же случаях, что и передача с односторонним закреплением винта, часто в приводах горизонтальной пода­чи.

Схема 3. Одна опора (у двигателя) воспринимает осевую нагрузку в обоих направлениях, другая — в одном (рис. 8.7, в). Опора, воспринимающая нагрузку обоих направлений, представляет собой упорный комбинированный роликовый подшипник или совокупность двух упорных роликовых и шарико­вого радиального подшипников

Схема 4. Каждая из двух опор винта воспринимает осевую нагрузку в обоих направлениях (рис. 8.7, г). В опорах устанавливают упорные комбини­рованные роликовые подшипники или по два роликовых радиально-упорных подшипника и по одному шариковому радиальному (рис. 8.8, б). С помощью тарельчатых пружин 1 и 5, гаек 2 и 4 винт 3 при сборке растягивают. Этим устраняют провисание его под действием тяжести, уменьшают радиальное бие­ние, повышают осевую жесткость передачи. Кроме того., обеспечивается по­стоянство натяга в подшипниках при температурных деформациях винта, устраняется возможность раскрытия стыка в подшипниках и их перегрузки. Чтобы не допустить заметного искажения шага винта, растягивающая сила не должна превосходить наибольшей осевой нагрузки на винт. Передачи с такими опорами допускают применение сравнительно длинных винтов ( L / d > > 20. 25), имеют высокую осевую жесткость, воспринимают наибольшую сжимающую нагрузку, обладают значительным запасом устойчивости по кри­тической частоте вращения.

Размеры опор ходовых винтов для станков с ЧПУ приведены на рис. 8.8 ив табл. 8.7.

Для предотвращения искривления винта при монтаже необходимо с по­мощью крепежных гаек равномерно прижать к нему комплект подшипников. Это достигается при незначительном отклонении от перпендикулярности торца гайки относительно ее оси, а также при применении длинных проставочных втулок или промежуточных колец с выступами на торцах. Надежное крепле­ние обеспечивается разрезной гайкой с тангенциальным стопорным винтом. Более равномерный прижим подшипников достигается при применении гайки с кольцевыми канавками (табл. 8.8).

Шариковая передача винт гайка

Шариковая передача винт гайка.

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.

Шариковая передача винт гайка

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.

Шариковая передача винт гайка

Устройство шарико-винтовой передачи

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.

Шариковая передача винт гайка

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. 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.
Читайте также:  Чем производство цветных металлов отличается от черных

Шариковая передача винт гайка

Виды шарико-винтовой передачи

    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.

Технические характеристики ШВП

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.

Шариковая передача винт гайка

Технические характеристики ШВП

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.

Шариковая передача винт гайка

Шарико-винтовая передача перед установкой

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.

Шариковая передача винт гайка

Шарико-винтовая передача на станке с ЧПУ

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.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.