Одной и отличитлеьных черт токарных станков с ЧПУ считаю очень частое выполнение операци програмной нарезки резьбы. То есть нарезание резьбы выполняется с помощью резцов и при этом обороты шпинделя строго согласуются с перемещениями координат. И именно здесь важно иметь правильно отрегулированые и исправные ШВП.
ШВП демонтируется со станка. Дальнейшую очистку и разборку необходимо проводить в мастерской. После промывки следует произвести дефектовку поверхностей качения гаек ШВП и самого винта ШВП, а также просмотреть шарики на предмет сколов.
В случае необходимости заменить полугайки и шарики. Причем шарики необходимо менять сразу все. Недопустимо собирать погугайки с шариками из разныз партий выпуска.
Регулировка ШВП : проворотом полугаек в ОДНУ сторону добиться выборки люфта в паре (гайка от руки должна вращаться плавно, но в тоже время, немного притормаживаться по всей длине вала).
При наличии запасных частей на переборку пары может уходить до трех дней.
Может быть название статью у кого-то вызовет недоумение, но новой ШВП перед установкой на станок необходимо провести ремонт.
Основная беда новых отечественных ШВП — это качество вкладышей, точнее место сопряжения вкладыша и внутренней канавки полугайки (на фото выделенно стрелкой).
Дело в том, что место перехода с канавки во вкладыш необработно и имеет небольшой порожек, через который шарики гайки ШВП цеплются и подклинивают при перекатывании.
Метод ремонта такой новой гайки только один — с помощью ручной миниатюрной шлифмашинки с насадкими типа бура (как у стаматолага) заливовать место перехода из канавки во вкладыш. После этого заклинивание в области вкладываш гайки исчезает.
Гайка ШВП имеет два основных вида — это гайка в которой люфт выбирается перестановкой на зуб полугаек относительно корпуса и гайка в которой люфт выбирают подшлифовкой дистанционных полуколец.
Несмотря на вроде бы разные типы гаек ШВП, у них есть одно общее конструтивное звено — это вкладыш, (на рисунке он назван возвратный канал)
благодаря которому шарики перебегают из одного ручья гайки в другой. Так вот, в гайке ШВП наиболее часто ремонитруют именно вкладыш. Почему именно вкладыш? Потому-что если ремонтировать ручьи гайки, то такую операцию можно выполнить тлько на узкоспециализиованном оборудовании.
Ну, хорошо, это было небольшое отступление — теперь о том что же именно ремонтируется во вкладыше.
Наиболее часто возникающая неисправность вкладыша гайки ШВП
- — это раковины в ручьях по которым перекатываются шарики. Причины появления раковин — попадение влаги в гайку, и, как следствие, коррозия.
- — появления заусениц на приемной части ручьев. Такое может случится если в гайку ШВП было уложенно неправильное количество шариков и шарики просто накатываются друг на друга.
Как можно ремонтировать эти неисправности? Совет такой — пневмодрель и шлифовальный камушек примерно такой формы:
Работать следует осторожно. После выравнивания дефектов, следует место обрабокт отполировать с помощью наждачной бумаги «нулевки».
В зависимости от исполнения, зазоры могут регулироваться двумя разными путями. Как правило это:
- или шлифовка дистанционных полуколец
- или переставление полугаек в корпусе на зуб
При регулировке ШВП важно понимать, что если общий люфт исполнительного органа, в котором используется ШВП, 0,2 мм или более, следует искать причину в других местах, а не в ШВП.
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:
- Стержень с винтовыми канавками.
- 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
- На момент вращения гайки шарики перекатываются по созданным каналам.
- Шарики способны поступательно перемещать гайку, выталкивая из резьбы. При этом есть перепускной канал, за счет которого происходит возращение шариков в исходное положение.
- Перемещение шарика происходит по замкнутому контуру, который находится внутри гайки.
- 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:
- При изготовлении применяется материал, который характеризуется высокой износостойкостью. Слишком сильный износ приводит к потери точности.
- 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:
- 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.
- 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:
- При изготовлении стандартной шарико винтовой пары применяются стандарты DIN .
- Прецизионные получают путем применения технологии шлифования. Конструкция может состоять из одной или двух гаек, которые предварительно натягивают.
- Есть варианты исполнения, полученные шлифованием, с сепаратором. Подобная конструкция характеризуется наличием конструкции, за счет которой обеспечивается возврат шариков в начальное положение.
- Шарико винтовая передача с вращающейся гайкой имеет встроенный подшипник, который обеспечивает точное перемещение подвижного элемента.
- В рассматриваемую категорию также включается шлицевой вал с втулками шарикового типа. Подобная шарико винтовая конструкция характеризуется компактностью и простотой монтажа.
- 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:
- 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.
- Линейное скоростное передвижение – основной показатель, который стоит учитывать.
- Диаметр и шаг винта также можно назвать важными показателями. Именно они определяют то, какая нагрузка может оказываться.
- 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:
- Величины хода стола.
- Необходимое усилие, которое должно быть на винте.
- Выбирается наиболее подходящая длина винта.
- Точность определяет, нужно ли проводить установку шарико винтовой передачи, полученного путем шлифования или холодного проката.
- 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.
- Уточняется, должен ли надежно фиксироваться свободный конец.
- 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:
- Изготовление привода станков ЧПУ. Современные варианты исполнения обладают несколькими линейными приводами. Примером можно назвать случай, когда станок Tornos имеет 14 управляемых осей.
- КАМАЗ и некоторые другие автопроизводители применяют подобную рейку при изготовлении рулевого механизма. За счет этого упрощается процесс изменения положения тяжелых колес, которые отягощены грязью.
- 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:
- Низкий коэффициент трения, который достигается за счет применения шариков.
- 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%.
- Скольжение отсутствует по причине применения канавок с шариками. За счет этого также существенно повышается длительность эксплуатации.
- 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.
- Высокая скорость перемещения, которую можно достигнуть за счет использования специальных вариантов исполнения ШВП.
- 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.
Так как появилось много вопросов после первой публикации, я буду пошагово выкладывать информацию для самостоятельно сборки ЧПУ фрезера
Для начала базовые элементы - подшипниковые опоры для ШВП типа BK12 и BF12
Они необходимы для установки ходового винта ШВП для каждой оси станка
Внешний вид, характеристики, чертежи под катом
Итак, я постепенно получаю заказанные комплектующие для самостоятельно сборки фрезерного ЧПУ станка.
Совсем недавно получил посылку с механикой и ходовой частью.
Ходовая для планируемой конструкции фрезера - это . Для ее крепления потребуются специальные подшипниковые узлы - это опоры BK12 и BF12
Собственно говоря, винт устанавливается обоими концами в опоры, с одного конца опора жестко фиксирует винт (продольно и радиально) и обеспечивает подключение к двигателю через муфту, а с другой стороны опора «плавающая», которая фиксирует винт только радиально и позволяет его «натягивать».
На фото пара таких опор, необходимых для установки одного винта ШВП
Сразу оговорю: блок-опора с фиксированным
концом и установкой со стороны двигателя - это BK12
Второй блок-опора с "плавающим
" концом - это BF12
Как правило продаются комплектами.
Дополнительная информация - типы ходовых и типы опор
Что касается ШВП SFU1605, то существуют различные виды опор: в виде опорного блока, фланца и т.п. 
То есть для установки в виде фланца используются FF12 (плавающий конец) и FK12 (фиксированный конец) опоры
Итак, опора типа BK12 предназначена для жесткой фиксации винта ШВП 1605 (и 1610). В опоре установлены два радиальных подшипника 6001ZZ. В комплекте идет специальная стопорная гайка для преднатяга винта с резьбой М12х1.0.
Опора типа BF 12 предназначена для поддержки второго конца винта ШВП, фиксация обеспецивается только стопорным кольцом.
То есть подшипниковый блок BF12 является «плавающим» опорным блоком. В плавающей опоре установлен радиальный подшипник 6000ZZ.
Внешний вид пары опор
Получил все в одной большой посылке
Внутри было несколько разных комплектов BF12/BK12/FK12/FF12 - брал много всего, для нескольких осей
Вот внешний вид упаковки одного из комплектов опор
Внутри пара опор, в пакетах, в масле. Плюс фурнитура - стопорное кольцо, гайка, В моем комплекте была еще эластичная муфта для подключения вала двигателя. Размер муфты 6.35x10mm
В комплект входит:
1 х опора типа ВК12
1 х опора типа BF12
1 x муфра 6х10
1 x гайка
1 x стопорное кольцо
Итак, все достал, распаковал
Взвешивание и проверка размеров
Масса деталей комплекта, для примерной оценки
Муфта для подключения двигателя. Со стороны двигателя диаметр 6мм (для NEMA23), со стороны ШВП диаметр 10 мм. Естественно, после установки муфта утягивается винтами под шестигранник
Длина муфты 3 см, имейте в виду, когда проектируете рабочий ход оси.
Опора BK12 (фиксирующая). Диаметр под винт 12мм, резьба гайки М12х1.0мм. Расстояние между крепежными отверстиями - 46мм, то есть мне в профиль 30й серии нужно засверливать отверстия
Опора BF12 (плавающая). Диаметр уже 10 мм. Фиксация винта происходит стопорным кольцом из комплекта
Теперь несколько фотографий опор.
Опора BK12 (фиксирующая)
. Можно снять две втулки (разного размера), они свободно вкладываются к подшипникам с обоих сторон, плюс отдельно фиксирующая гайка М12.
С обратной стороны присутствует сальник с крепежной пластиной
Внутри стоит пара радиальных 6001 подшипников (28 мм x 12 мм x 8 мм)
На фото видна маркировка 6001RS
Вот фото опоры со снятым сальником и пластиной
Опора BF12 (плавающая).
Внутри есть один радиальный 6000zz подшипник (26 мм x 10 мм x 8 мм)
Расстояние крепежных отверстий аналогично 46 мм
Конец винта фиксируется стопорным кольцом.
Теперь немного про сборку.
Для начала «плавающий» BF12. Изначально предполагалось наличие сальников, но китайцы хитрее всяких ГОСТов
Опора BF12 устанавливается на раму станка, крепится. затем в нее продевается конец винта (там где диаметр 10 мм). 
Винт крепится стопорным кольцом
Дальше сборка BK12
Предполагается также сборка с сальниками. По факту сальник у нас только один.
Не забываем накрутить на винт гайку, с корпусом сразу. Далее подеваем опору, накручиваем стопорную гайку. Устанавливаем опору на раму станка. Крепим, фиксируем гайку. Этой гайкой можно предварительно натягивать винт.
Не забываем нацепить муфту, которая затем будет приводить винт от двигателя
Итак, вот моя ШВП в сборе с опорами
Теперь про применение.
Из комплектов опор BK12/BF12 собираются оси для перемещения рабочего стола, портала и инструмента фрезерного ЧПУ станка.
Собственно говоря, вот чертеж размещения осей для небольшого фрезера
Ось X крупным планом. Лишнее убрал с чертежа. Хорошо видно винт SFU1605, и две опоры BK12 и BF12
Внешний вид будущего фрезера. Используются три ШВП, профиль типа 6060.
Чертежи дооформлю - выложу в общий доступ.
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. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
