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.

1. Определение оптимальных технических характеристик.
2. Измерение длины вала.
3. Создание схемы сопряжения монтажной части вала с ротором двигателя.
4. Установка передачи на корпус станка.
5. Проверка работоспособность узла.
6. 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:

1. Технические характеристики
Шариковые винты, например NBS, отличаются строгим контролем качества, осуществленным во время каждого производственного процесса.
Высокая производительность винтов позволяет снизить крутящий момент до 70 % по отношению к традиционным трапецеидальным винтам, как в применениях общего назначения (превращение вращательного движения в поступательное движение), так и в специальных применениях (превращение поступательного движения во вращательное движение).

1.1 Геометрия контакта
Готическая арка создает значительную прочность винту, одновременно обеспечивая точность и низкие значения крутящего момента.

2. Параметры выбора шариковых винтов (с циркуляцией шариков) NBS

Выбор шарикового винта (с циркуляцией шариков) обусловлен следующими параметрами:

-Класс точности

-Шаг резьбы

-Номинальный срок службы

-Способ крепления

-Критическая скорость вращения

-Жесткость

-Рабочая температура

-Смазка

2.1 Класс точности
В наличии имеются шариковые винты (с циркуляцией шариков) NBS со следующими классами точности:

СО. С1 . С2 . С3 . С5 . С7 . С10

Каждый класс точности обусловлен следующими параметрами:

Е. е. езоо. е2∏

Приведенный ниже график предоставляет описание их значений.

Таблица - Терминология для обозначения класса точности

Термин	Ссылка	Определение
Компенсация длины хода	Т	Компенсация длины хода -разница между теоретической и номинальной длиной хода; небольшое значение компенсации (если сопоставляется с номинальным ходом) часто необходимо для компенсации удлинения вызванного увеличением температуры или внешними нагрузками. Если в данной компенсации нет необходимости - теоретический ход равен номинальному.
Фактическая длина хода	-	Фактическая длина хода - это осевое смещение между винтом и гайкой.
Средняя длина хода	-	Средняя длина хода - это прямая линия, которая наибольше приближается к фактической длине хода; средняя длина хода представляет собой наклон фактической длины хода.
Отклонение средней длины хода	Е	Отклонение средней длины хода - это разница между средней и теоретической длиной хода.
Изменение хода	е езоо e2п	Изменениями хода называется полоса с двумя параллельными линиями средней длины хода. Максимальный диапазон изменений на длине хода. Диапазон изменений, замеренный на длине обычной части хода равной 300мм. Ошибка биения, диапазон изменений при одном обороте (2 радиана).

Таблица - Значения ±Е и e [ед.изм. µм]

Класс точности			С0		С1		С2		С3		С5		С7	С10
Длина хода [мм]	от:	до:	±Е	е	±Е	е	±Е	е	±Е	е	±Е	е	е	е
		100	3	3	3.5	5	5	7	8	8	18	18	±50/ 300mm	±210/ 300mm
	100	200	3.5	3	4.5	5	7	7	10	8	20	18
	200	315	4	3.5	6	5	8	7	12	8	23	18
	315	400	5	3.5	7	5	9	7	13	10	25	20
	400	500	6	4	8	5	10	7	15	10	27	20
	500	630	6	4	9	6	11	8	16	12	30	23
	630	800	7	5	10	7	13	9	18	13	35	25
	800	1000	8	6	11	8	15	10	21	15	40	27
	1000	1250	9	6	13	9	18	11	24	16	46	30
	1250	1600	11	7	15	10	21	13	29	18	54	35
	1600	2000			18	11	25	15	35	21	65	40
	2000	2500			22	13	30	18	41	24	77	46
	2500	3150			26	15	36	21	50	29	93	54
	3150	4000			30	18	44	25	60	35	115	65
	4000	5000					52	30	72	41	140	77
	5000	6300					65	36	90	50	170	93
	6300	8000							110	60	210	115
	8000	10000									260	140
	10000	12500									320	170

Таблица - Значения е зоо и e 2π [ед.изм. µм]

Класс точности	С0	С1	С2	СЗ	С5	С7	С10
е зоо	3.5	5	7	8	18	50	210
e 2π	2.5	4	5	6	8

2.2 Преднатяг и осевой зазор
Преднатяг и осевой зазор шариковых винтов NBS указаны в приведенной ниже таблице.

Таблица - Сочетание преднатяга и осевого зазора

Класс преднатяга	Р0	Р1	Р2	РЗ	РА
Осевой зазор	Да	Нет	Нет	Нет	Нет
Преднатяг	Нет	Нет	Легкий	Средний	Сильный

В приведенных ниже таблицах перечисляются основные указания при выборе класса точности, преднатяга и осевого зазора шариковых винтов (с циркуляцией шариков) NBS.

Таблица - Класс точности, преднатяг и осевой зазор

Класс точности	Преднатяг и осевой зазор	Тип гайки	Тип ходового винта
С 10	РО (с осевым зазором)	Одинарная	Накатанный
С 7	Р1 или РО	По требованию	Накатанный или выпрямленный
С 5	По требованию; стандартный 0TNBS-P2	По требованию	ошибки шага
С 3	По требованию; стандартный 0TNBS-P2	По требованию	Выпрямленный, с сертификатом контроля ошибки шага

Таблица - Сила преднатяга для класса P2

Модель	Одинарная гайка	Двойная гайка
1605	1 ± 3 N	3 ± 6 N
2005	1 ± 3 N	3 ± 6N
2505	2 ± 5 N	3 ± 6N
3205	2 ± 5 N	5 ± 8N
4005	2 ± 5 N	5 ± 8N
2510	2 ± 5 N	5 ± 8N
3210	3 ± 6 N	5 ± 8N
4010	3 ± 6 N	5 ± 8N
5010	3 ± 6 N	8 ± 12 N
6310	6 ± 10 N	8 ± 12 N
8010	6 ± 10 N	8 ± 12 N

2.3 Шаг резьбы
Выбор шага винта зависит от следующей формулы:

где:
Ph = шаг винта [мм]
Vmax = максимальная скорость перемещения системы [м/мин]
n mах = максимальный режим вращения винта [мин 1]

В том случае, если результатом уравнения не является целый результат, следует выбрать округленную в большую сторону величину, выбирая между имеющимися в наличии шагами.

Учитывая возможную переменность осевых нагрузок, вызванную, например, наличием сил инерции, следует рассчитать значение нагрузки обозначенное, как “средняя динамическая нагрузка Pm”, определяющая одинаковые коэффициенты переменных нагрузок.

2.4.1 Средняя динамическая нагрузка
Для расчета шарикового винта подверженного переменным условиям работы, используются средние значения Рm и n m:

Р m = средняя динамическая осевая нагрузка[N]
n m = средняя скорость [мин -1 ]

При условиях непрерывной нагрузки и переменной скорости можно достигнуть следующих значений:

При условиях переменной нагрузки и непрерывной скорости можно достигнуть следующих значений:

При условиях переменной нагрузки и переменной скорости можно достигнуть следующих значений:

Выбор винта в зависимости от воздействующих и (или) востребованных сил тяги обусловлен следующими величинами:

• Статическая нагрузочная способность Соа
• Динамическая нагрузочная способность Са

Нагрузочная статическая способность Соа (или коэффициент нагрузочной способности) определяется в качестве нагрузки постоянной интенсивности, действующей на ось винта, который, в точке максимального воздействия между соприкасающимися частями, устанавливает остаточную деформацию, равную 1/10000 диаметра тела качения.

Значения Соа приведены в размерных таблицах.

2.5.1 Коэффициент статического запаса прочности a s Коэффициент статического запаса прочности a s (или фактор статического запаса прочности) определяется следующим уравнением:

2.5.2 Коэффициент твердости f H
Коэффициент твердости учитывает поверхностную твердость дорожек качения:

где:
твердость дорожек HsV10 = фактическая твердость дорожек качения, выраженная в единицах по Виккерсу с испытательной нагрузкой равной 98.07 N

700HV10 = твердость, равная 700 единицам по Виккерсу при испытательной нагрузке равной 98.07 (700HV10 ≈ 60 HRC)

2.5.3 Коэффициент точности f ac
Коэффициент точности учитывает допуски обработки винта, а значит и класс точности, соответствующий стандарту.
В таблице приведены некоторые примеры.

Необходимость в коэффициенте статического запаса прочности a s > 1 свызвана возможным наличием ударов и (или) вибраций, пусковых и остановочных моментов, случайных нагрузок, которые могут привести к неисправности системы.
В приведенной ниже таблице указаны значения коэффициента статического запаса прочности с учетом типа применения.

Нагрузочной динамической способностью Са (или коэффициентом динамической нагрузки) является постоянная интенсивная динамическая нагрузка, действующая на ось винта, определяющая срок службы 10 6 оборотов.

Значения С а приведены в размерных таблицах.

2.7 Номинальный ресурс L

Номинальный ресурс L (это теоретический пробег,выполненный, по крайней мере, 90% показательного количества одинаковых шариковых винтов (с циркуляцией шариков), подверженных одинаковым условиям нагрузкам, не проявляя признаков усталости материала) определяется следующими условиями:

• Гайка без преднатяга
• Гайка с преднатягом

2.7.1 Гайка без преднатяга
Для шариковых винтов (с циркуляцией шариков) с гайкой без преднатяга, расчет номинального ресурса, выраженный в числе оборотов, определяется следующей формулой:

где:


P m = средняя задействованная динамическая осевая нагрузка [N]

• Класс точности винта от 1 до 5
• Надежность до 90 %

где:
a 1 = коэффициент надежности

2.7.2 Коэффициент a 1
Коэффициент а 1 учитывает возможность непрогиба C%.

Таблица - Коэффициент возможности непрогиба а 1

C%	80	85	90	92	95	96	97	98	99
a 1	1.96	1.48	1.00	0.81	0.62	0.53	0.44	0.33	0.21

Следует заметить, что для С% = 90 a 1 = 1.00

2.7.3 Гайка с преднатягом
Действительность последующих формул обусловлена поддержанием постоянного преднатяга; в ином случае следует учитывать случай с гайкой без преднатяга.
Для шариковых винтов (с циркуляцией шариков) с гайкой с преднатягом, расчет номинального ресурса, выраженный в числе оборотов, определяется следующей формулой:

где:
L 10 = номинальный ресурс [обороты]
L 10 b - (С а /Pm 2) х 10 6

L 10a и L1 0b номинальные ресурсы для двух половинок гайки.

Данное уравнение действительно в следующих случаях:
• Твердость дорожек качения = 60HRC
• Класс точности винта от 1 до 5;
• Надежность до 90 %.

В том случае, если условия эксплуатации не соответствуют приведенным выше условиям, следует использовать следующую формулу:

где:
L 10 = номинальный ресурс [обороты]
L 10 a = (C a /P m1) 3 X 10 6
L 10 b - (С а /Pm 2) х 10 6

a 1 = коэффициент надежности;
f ho = коэффициент твердости (см. коэффициент статического запаса прочности a s)
f ac = коэффициент точности (см. коэффициент статического запаса прочности a s)

P m1 и P m2 - средние осевые динамические нагрузки для двух половинок гайки;

Р r = сила преднатяга [N]

2.7.4 Номинальный срок службы в часах Lh

Имея L 10 (номинальныйресурс, выраженный в числе оборотов) можно рассчитать номинальный ресурс в часах работы L h ;

где:
L m = продолжительность работы [часы]
n m = средняя скорость вращения [мин -1 ]

m i = скорость [МИН -1 ]
qi = процентное распределение [%]

2.7.5 Номинальный срок службы в км Lkm

Имея L 10 (номинальный ресурс, выраженный в числе оборотов) можно рассчитать номинальный ресурс пройденного расстояния в км L km .

где:
L km =номинальный ресурс [км]
P h = шаг винта [мм]

В нижеследующей таблице приведены указания типического рабочего ресурса шарикового винта для применений общего назначения.

2.8 Способ крепления
Как правило, существуют следующие типы крепления шарикового винта:

Применяемый способ крепления - это функция условий применения, обеспечивающая жесткость и требуемую точность.

2.9 Критическая скорость вращения

Максимальная скорость вращения шарикового винта не должна превышать 80% критической скорости.
Критическая скорость вращения представляет собой точку, в которой винт начинает вибрировать, вырабатывая резонансный эффект, вызванный совпадением частоты вибрации с естественной частотой винта.

Значение критической скорости зависит от внутреннего диаметра ходового винта, способа крепления краев и длины свободной величины прогиба.
Критическая скорость измеряется следующей формулой:

где:
n cr = критическая скорость [мин -1 ]
f kn = коэффициент способа крепления
d 2 = внутренний диаметр ходового винта [мм]
l n = длина свободной величины прогиба [мм]

В зависимости от типа крепления, поставляются значения f kn:

где:
do = номинальный диаметр [м м]
da = диаметр шариков [мм]
а = угол контакта (= 45)

Длина свободной величины прогиба l n определяется в зависимости от:

-Гайки без преднатяга

l n = расстояние между креплениями [мм] (в случае крепления “неразъемное - свободное", следует учитывать расстояние между свободным краем винта и гнездом)

-Гайка с преднатягома

l n = максимальное расстояние между половиной гайки и креплением [мм] (в случае крепления “неразъемное - свободное", следует учитывать максимальное расстояние между половиной гайки и свободным краем винта)

n mах = максимальная скорость вращения винта [обороты/мин]

Критическая нагрузка - это максимальная осевая нагрузка, которой может подвергаться винт, не нарушая стабильности системы; в том случае, если действующая на винт максимальная осевая нагрузка достигнет или превысит значение критической нагрузки, создается новая форма воздействия на винт, которое называется “пиковая нагрузка”, вызывающая дополнительный прогиб помимо простого сжатия.

Данное явление, связанное с эластичными свойствами компонента, становиться более чувствительным тогда, когда большая длина свободной величины прогиба винта будет иметь достойные внимание значения по отношению к ее разрезу. Значение критической нагрузки определяется следующей формулой:

где:
P cr = Критическая нагрузка [N]
f kp = коэффициент способа крепления
d 2 = внутренний диаметр ходового винта [мм] (см. критическую скорость)
l cr = длина свободной величины прогиба [мм]

В зависимости от типа крепления, поставляются значения fkp:

Неразъемный - Неразъемный	f kр = 40.6
Неразъемный - Опорный	f kp = 20.4
Опорный - Опорный	f kp = 10.2
Неразъемный - Свободный	f kp = 2.6

Для расчета критической нагрузки, значение la определяется максимальным расстоянием между половиной гайки и креплением.

Для большей безопасности, следует рассматривать максимально допустимую осевую нагрузку, как равную половине критической нагрузки:

P max = максимально допустимая осевая нагрузка [N]

2.11 Жесткость

Осевая жесткость системы перемещения оснащенной шариковым винтом определяется следующей формулой:

где:
К = осевая жесткость системы
Р = осевая нагрузка [N]
е = осевая деформация системы [µm]

Осевая жесткость системы К - это функция осевой жесткости отдельно взятых компонентов, которые ее составляют: ходовой винт, гайка, опоры, соединительные опорные элементы и гайка.

где:
K s = осевая жесткость ходового винта
K N = осевая жесткость гайки
К в = осевая жесткость опор
К н = осевая жесткость соединительный опорных элементов и гайки

2.11.1 Ks- Осевая жесткость ходового винта

Значение жесткости Ks - это функция системы крепления.

Способ крепления: Неразъемный - Неразъемный

где:
d 2 = внутренний диаметр (см. критическую скорость вращения)
l s = расстояние между средней осью двух креплений

Способ крепления: Неразъемный - Опорный

где:
d 2 = внутренний диаметр [мм] (см. критическую скорость)
l s = максимальное расстояние между средними осями крепления и гайкой [мм].

2.11.2 K N - Осевая жесткость гайки

Двойная гайка с преднатягом

где:
K = табличная жесткость
F pr = сила преднатяга [N]

Простая гайка без преднатяга

Значение K N определяется следующей формулой:

где:
P = осевая нагрузка [N]
C a = нагрузочная динамическая способность [N]

2.11.3 Кв - Осевая жесткость опор

Осевая жесткость опор винта обусловлена жесткостью подшипников.
В случае жестких радиальных шариковых подшипников с угловым контактом применяются следующие формулы:

где:
бв = осевая деформация подшипника
Q = нагрузка на каждый шарик [N]
β = угол контакта (45°)
d = диаметр шариков [мм]
N = число шариков

Жесткость соединительных опорных элементов и гаек является характеристикой станка, а значит, не зависит от системы винта, гайки, опор.

2.12 Рабочая температура

В случае крепления типа “неразъемный-неразъемный", следует учитывать возможное тепловое расширение, вызванное повышением температуры винта во время работы; такое расширение, если предусмотрено соответствующим образом, оказывает на систему действие дополнительной осевой нагрузки, которое может привести к неисправности работы системы. Для решения проблемы необходимо выполнить достаточный преднатяг винта.

где:
AL = изменения длины [мм] а = коэффициент теплового расширения
(11.7 х 10 -6 [°С -1 ])
L = длина винта [мм]
АТ = изменения температуры[°С]

2.13 Смазка

Для смазки шариковых винтов NBS нужно учитывать следующие указания.

2.13.1Смазывание жидким смазочным материалом

Следует предпочитать данный тип смазывания в случае эксплуатации на высоких скоростях вращений. Смазочные жидкие вещества, которые можно применить, наделены теми же характеристиками, как и вещества применяемые для смазки подшипников качения (от VG 68 до VG 460). Выбор вязкости - это функция рабочих характеристик и рабочей среды: температура, скорость вращения, действующие нагрузки; только для винтов с низким режимом вращения рекомендуется применять высокие классы вязкости (около VG 400).
В данном случае не нужно обращать особого внимания на техобслуживание за исключением постоянного обеспечения в системе смазочного масла (промежутки для осуществления повторной смазки являются более короткими, чем в установках, использующих консистентную смазку).
В любом случае следует соблюдать инструкции производителя жидкого масла.

2.13.2 Консистентная смазка

Смазывание консистентной смазкой предназначено для невысоких скоростей вращения.
При выборе консистентной смазки следует учитывать предписания, применяемые для смазывания подшипников качения; поэтому рекомендуется использование консистентной смазкой на основе литийного мыла, а не смазок с твердыми добавками (как, напр., MoS2 или графитные смазки), за исключением очень низких режимов вращения; однако рекомендуется придерживаться инструкций производителя консистентной смазки.

3. Момент и номинальная мощность

Для приблизительного расчета значений момента и мощности двигателя для преобразования вращательного движения в прямолинейное движение, нужно использовать данные формулы:

где:

Рmax = максимальная действующая нагрузка [Н]
Ph = шаг резьбы [мм]
ɳ v = механический кпд винта (ок. 0.9)
ɳ t = механический кпд трансмиссии двигателя - винта
(трансмиссия с зубчатыми колесами ɳ t = 0.95+0.98);
z = передаточное число двигатель - винт

В случае прямого соединения двигателя - винта, z=1 и ɳ 2 =1.

где:
Nm = номинальная мощность двигателя [кВт]
Mm = номинальный крутящий момент [Нм]
Пmах = максимальный режим вращения винта [мин]
z = передаточное число двигатель - винт(Птах X Z = П motor)

В случае преобразования прямолинейного движения во вращательное движение, имеется:

М r = момент нагрузки [Нм]
Р max = максимальная действующая нагрузка [Н]
P h = шаг резьбы [мм]
ɳ r = механический кпд (ок. 0.8

4. Примеры монтажа

Таблица - Обозначение для заказа

Код типа гайки			Направление винта	Номинальный диаметр винта [мм]	Шаг [мм]	Тип фланца	Код обработки	Класс точности	Общая длина винта [мм]	Код преднатяга
Одинарная или двойная	Фланцевая или не фланцевая	Тип
V = одинарная W =двойная	F = фланцевая C = фланцевая	U I Е К М	R = правое L = левое	_	-	N =без среза S = одинарный срез D = двойной срез	С = Выпрямленный F = Накатанный	С 0 С 1 С 2 С 3 С 5 С 7 С 10	-	Р0 Р1 Р2 РЗ Р4

6. Программа расчета NBS для шариковых винтов (с циркуляцией шариков)

В нашем интернет-магазине Вы можете приобрести самостоятельно

Или, обратившись к нашим специалистам по бесплатному номеру телефона 8 800 700 72 07

А также, отправив заявку на адрес электронной почты sale@сайт

Износостойкие винтовые (шнековые) пары героторных винтовых насосов.

Героторные или одновинтовые насосы являются насосами объемного действия, их принцип работы основан на перемещении продукта вращающимся ротором по внутренней спирали двухзаходного неподвижного статора. При этом не создается скачков давления, а структура перемещаемого продукта не подвергается механическому воздействию. Пенобетон не расслаивается. Винтовые насосы применяются во многих отраслях промышленности. Перекачивающим рабочим органом насоса является винтовая героторная или шнековая пара. Винтовая пара состоит из однозаходного ротора, вращающегося внутри неподвижного эластичного двухзаходного статора (обоймы). Геометрические параметры винтовой пары, такие как длина и диаметр ротора и статора, шаг винтовой поверхности, количество шагов, осевой эксцентриситет и т.п. определяют объем образующейся рабочей полости между ротором и статором и количество таких полостей. От конструктивных характеристик зависит способность винтовой пары развивать определенное давление продукта на выходе, перекачивать строго определенное количество продукта за один оборот винта (ротора) и прокачивать растворы с определенным размером твердой фракции (2-16мм). На входе винтовой пары создается разрежение, поэтому насосы являются самовсасывающими. Винтовые пары героторного насоса способны перекачивать различные абразивные растворы, густые и газосодержащие жидкости и являются изнашиваемой расходной частью насосного агрегата. При перекачке абразивных штукатурных и бетонных растворов рабочие поверхности ротора и статора подвергаются интенсивному абразивному износу, поэтому ротор изготавливается из износостойкого твердого сплава, а статор из износостойкого эластичного материала.

Область применения винтовых героторных насосов:

— Строительная отрасль : штукатурные, шпаклевочные, малярные агрегаты и станции, бетоно — растворонасосы, машины для торкретирования бетона и закачки цементных растворов в скважины под фундаменты зданий, агрегаты для устройства наливных полов и кровель

— Насосы для химических производств

— Мультифазные насосы для перекачки густой, загрязненной песком и загазированной нефти

— Насосы очистных сооружений, шламовые, ливневые для сточных вод, фекальные для откачки навоза в животноводстве, и т.д.

— Откачка шахтных вод при горнодобыче

— Пищевые насосы для перекачки паст, кремов, мясного фарша, патоки, пюре, кетчупов, шоколада, теста, парфюмерных кремов и т.д.

— Насосы для перекачки взрывчатых веществ, торфяной и угольной крошки, бумажной пульпы, извести, глины, битума

Измерительные насосы-дозаторы

Преимущества винтовых героторных насосов.

— Большая номенклатура применяемых винтовых пар определяет широкий диапазон винтовых насосов по применению, производительности и давлению нагнетания.

— Давление нагнетания насоса определяется только конструкцией винтовой пары и постоянно при любой скорости вращения ротора и производительности насоса.

— Производительность насоса меняется со скоростью вращения ротора.

— Подача продукта осуществляется равномерно без пульсаций давления.

— Высокий КПД насоса

— Эффективно перекачивают густые, вязкие, тягучие жидкости, суспензии и растворы с высоким содержанием (до 60%)газа и твердых или волокнистых составляющих.

За один оборот ротора перекачивается строго фиксированное (до граммов) количество жидкости.Функция точного дозирования объема или измерения

— Винтовые насосы являются самовсасывающими.

— Простота конструкции насоса – отсутствуют вращающиеся сальники.

— Бесшумная работа винтовой пары.

— Простота обслуживания – замена винтовой пары без разборки насоса.

Инженеры компании способны рассчитать, сконструировать и изготовить по заданию Заказчика винтовые пары с определенным набором технических характеристик или аналоги любой импортной винтовой пары. Мы производим износостойкие винты и обоймы D6-3, D8-1,5 и 2L74 для импортных штукатурных, шпаклевочных и торкрет агрегатов компаний Putzmeister, m-tec, Maltech, P.F.T., Putz knecht, Turbosol, Utiform, Borneman, Brinkman, Edilizia, Kaleta, MAI, Chemgrout, Foerdertechnik, Lutz, Filamos, Knoll, Power-spray, KTO, ATWG, Hi-Flex, Tumac , и т.д.

Компания производит под заказ винтовые пары СО-115, Д-4, Д-5, СО-87 с улучшенными техническими характеристиками для штукатурных МАШ-1-01, шпаклевочных СО-150Б и малярных агрегатов и т.д. производителей КСОМ и ОАО «МИСОМ ОП» и Орловского завода строительной техники. Нами модернизированы конструкции некоторых винтовых пар, что позволило повысить их стойкость, давление нагнетания и другие технические характеристики. Компания изготавливает винты (роторы) из износостойких сплавов с высоким содержанием твердых карбидов, поэтому они имеют рабочий ресурс в 3 раза и более винтов КСОМ , выточенных из стали 40Х.

Освоена технология производства равностенных (Even Wall) обойм статоров винтовых пар из износостойких полимеров. Производимые нами винтовые пары СО-115, Д-4, Д-5, СО-87 по ценам ниже, а по стойкости значительно превосходят аналоги КСОМ. Показатель цена/качество – вне конкуренции, цена ниже на 20-30%, стойкость выше в 3 раза. Купив и эксплуатируя нашу пару, Вы оцените ее неоспоримые преимущества и сэкономите значительные средства на винтовой паре и ее доставке.

С появлением промышленного производства винтовые передачи стали широко применяться в технике, в частности для перемещения суппортов металлорежущих станков. Развитием винтовых механизмов стали шарико-винтовые передачи (ШВП). Их появление обусловлено созданием нового поколения металлорежущего оборудования - станков с числовым программным управлением (ЧПУ).

Функциональное предназначение и устройство

Вид профиля впадины винт-гайка: а) арочный контур б) радиусный контур

Цель рассматриваемого механизма состоит в том, чтобы преобразовать вращательное движение привода в прямолинейное перемещение рабочего объекта. Передача состоит из двух составных частей: ходового винта и гайки.

Винт изготавливается из высокопрочных сталей марок 8ХФ, 8ХФВД, ХВГ, подвергнутых индукционной закалке, или 20Х3МВФ с азотированием. Резьба выполнена в форме спиральной канавки полукруглого или треугольного сечения. В зависимости от условий работы винта профиль впадины может иметь несколько исполнений. Наиболее часто применяется арочный или радиусный контур.

Охватывающая деталь - гайка является составным узлом. Она имеет сложное устройство. Обычно представляет собой корпус, в котором расположены два вкладыша с такими же канавками, как и у ходового винта. Материал вкладных деталей: объемно закаливаемая сталь марки ХВГ, цементируемые стали 12ХН3А, 12Х2Н4А, 18ХГТ. Вставки устанавливают таким образом, чтобы после сборки обеспечить предварительный натяг в системе винт-гайка.

Внутри винтовых канавок размещаются закаленные стальные шарики, изготовленные из стали ШХ15, которые при работе передачи циркулируют по замкнутой траектории. Для этого внутри корпуса гайки имеются несколько обводных каналов, выполненных в виде трубок, соединяющих витки гайки. Длина их может быть различной, то есть шарики могут возвращаться через один, два витка, или в конце гайки. Наиболее распространенным является возврат на смежный виток (система DIN).

Принцип работы

Винт приводится во вращение от приводного электродвигателя, гайка закреплена неподвижно на рабочем органе станка (суппорт, каретка, шпиндельная бабка, люнет и так далее). При этом возникает осевая сила, действующая на шарики, размещенные внутри гайки, под действием которой они начинают катиться в замкнутых винтовых канавках. Сила реакции воздействует на гайку, а поскольку та жестко соединена с перемещаемой деталью, заставляет последнюю перемещаться по направляющим станка. В чем состоит отличие работы ШВП от обычной винтовой передачи с трапециевидной резьбой, которая ранее применялась на станках?

1. При вращении ходового винта прежней конструкции в зоне контакта двух деталей возникало трение скольжения, характеризующееся коэффициентом трения (бронза по стали, со смазкой) f = 0,07–0,1. В механизме с шариковыми элементами действует трение качения с коэффициентом f = 0,0015–0,006. Как видно из приведенных значений, винтовые шариковые передачи требует значительно меньшей мощности приводного двигателя.

2. Для точного позиционирования каретки или суппорта станка перед остановкой рабочего органа необходимо замедлять скорость его перемещения. По достижении определенного порога минимальной скорости возможны микроостановки - залипания - движущегося узла. В момент возобновления движения его характер определяется трением покоя, которое при скольжении значительно превышает трение движения. Из-за этого возникают рывки, ухудшающие точность позиционирования. При трении качения этот недостаток практически сводится к нулю.

Быстроходные или скоростные ШВП

Быстроходный ШВП

Увеличение скорости перемещения гайки относительно винта достигается за счет увеличения шага между канавками, по сравнению со стандартным винтом в 3-5 раз, у обычной ШВП передачи диаметра 16-32мм шаг составляет 5-10мм, у скоростной тех же диаметров — 16-32мм и кратна диаметру винта.

За счет увеличения скорости перемещения — потери в жесткости и максимальной нагрузки на передачу (большей степени) и точности (в меньшей степени).

Классификация

По технологии изготовления ходовые винты бывают:

• Катаные - с винтовой канавкой, получаемой методом холодной прокатки. Эти винты производятся с меньшими затратами, поэтому обладают лучшим соотношением цена-качество при средней точности изготовления (C5, C7, C9).
• Шлифованные - относятся к прецизионным изделиям. После нарезания резьбы и последующей термообработки подвергаются шлифованию. Имеют повышенную точность (C1, C3, C5) и более высокую цену.

По конструкции:

• Шарико-винтовые - изготовленные согласно стандарту DIN. Шарики возвращаются в смежную канавку по желобу отражателя, встроенного в гайку.
• Прецизионные - изготавливаются шлифованием. Могут состоять из одной или двух гаек, иметь предварительный натяг (преднатяг) - устранение осевого зазора с целью повышения точности при реверсах и увеличения жесткости привода.
• Прецизионные с сепаратором - отличаются конструкцией возврата шариков (отсутствует соударение) и шлифованным профилем канавки.
• Прецизионные с вращающейся гайкой имеют встроенный подшипник, благодаря чему имеют повышенную точность перемещения.
• Шлицевый вал с шариковыми втулками фланцевого исполнения. При этом вал выполняет функцию внутреннего кольца подшипника. Эта конструкция отличается компактностью и простотой монтажа.
• Консольное исполнение винта . Применяется для коротких ходовых винтов, не имеющих второй поддержки.

Технические характеристики ШВП

Основные параметры:
• Диаметр и шаг винта - от 16 × 2,5 до 125 × 20 мм.
• Длина винтового стержня. Ходовые винты для станков с ЧПУ обычно выпускаются с максимальной длиной 2,0–2,5 м, хотя под заказ изготавливают и до 8 метров.
• Линейная скорость перемещения - до 110 м/мин.
• Точность передачи - C1…C10.

Силовые характеристики для некоторых типоразмеров приведены в таблице:

Силовые параметры шарико-винтовых передач
Диаметр × шаг, мм	Грузоподъемность, Н		Осевая жесткость, Н/мкм
	Статическая	Динамическая	Корпусных ШВП	Бескорпусных ШВП
16 × 2,5	9600	5000	—	230
32 × 5	37500	17710	700	760
50 × 10	112500	57750	1000	1100
80 × 10	197700	66880	1700	1900
125 × 20	729000	278000	—	2850
Примечание: осевая жесткость указана для класса точности C1.

Установка передачи

Выбор ШВП для конкретного оборудования производится в процессе конструкторской разработки, а именно на стадии эскизного проектирования - после того как будут определены величина хода стола и необходимое усилие на винте. Затем уточняют техническое решение:

• В зависимости от необходимой степени точности привода выбирают между обычной и прецизионной передачей.
• Определяют конструктивный вариант гайки: одинарная, двойная, способ возврата шариков, наличие подшипника и другое. Одинарная гайка дешевле, но в случае износа требует замены, сдвоенную можно регулировать путем подшлифовки компенсатора. Система рециркуляции шариков с помощью трубок несколько увеличивает стоимость гайки, однако допускает возможность ремонта изношенных каналов путем замены обводных трубок.
• Решают - требуется или нет поддержка свободного конца винта.
• Уточняют характер соединения корпуса гайки с перемещаемым узлом, а также ведущего конца ходового винта с электромеханическим приводом. Производят динамический расчет, в случае необходимости вносят изменения в конструкцию.
• Закончив сборку станка, производят испытания всех узлов, в том числе и шарико-винтовой передачи, согласно методике испытаний.

Область применения

ШВП получили широкое распространение во многих отраслях промышленности: станкостроение, робототехника, сборочные линии и транспортные устройства, комплексные автоматизированные системы, деревообработка, автомобилестроение, медицинское оборудование, атомная энергетика, космическая и авиационная промышленность, военная техника, точные измерительные приборы и многое другое. Несколько примеров использования этих узлов:

• Приводы подач станков с ЧПУ. Первый серийно выпускаемый в СССР обрабатывающий центр ИР-500 имел 3 координаты обработки. Современные системы содержат значительно большее количество линейных приводов. Например, многошпиндельные автоматы продольного точения Tornos серии MULTI SWISS имеют 14 управляемых осей.
• Перемещение поршня-рейки рулевого механизма автомобилей (МАЗ, КАМАЗ, Газель).
• Вертикальное перемещение каретки производственного 3D-принтера VECTORUS серий iPro и sPro.

Производители:

• Steinmeyer (Германия);
• SKF (Швеция);
• MecVel (Италия);
• THK (Япония);
• SBC (Корея);
• HIWIN (Тайвань).

Винтовая пара представляет собой две детали (винт и гайку), соединенные по винтовой поверхности. Винтовую пару используют для преобразования вращательного движения в поступательное, или наоборот.

Винтовые пары бывают с треугольным, прямоугольным и круглым профилем винтовой поверхности.

В технике винтовую поверхность часто называют резьбой. Резьбы с треугольным профилем подразделяют на метрические, дюймовые, трапецеидальные и упорные.

Основные геометрические параметры метрической резьбы по ГОСТ 9150–81 (рис. 5.3):

Н – высота исходного профиля (равносторонний треугольник);

d , d 2 , d 1 – диаметры наружный, средний и внутренний;

Рис. 5.5. Винтовые пары с прямоугольной и треугольной резьбой:

в – винт, г – гайка, Р и d 2 – шаг и средний диаметр резьбы

шаг Р – расстояние между ближайшими сходственными точками контура по линии, параллельной оси резьбы;

угол профиля  = 60;

угол подъема винтовой линии резьбы  (рис. 5.4).

П

Рис. 5.6. Винтовая пара:

v t и v a – окружная и осе­ваяскорости гайки;d г – наружный диаметр гайки;– угол подъема винтовой линии

ередаточное отношениеi винтовой пары равно отношению окружной v t и осевой v a скоростей гайки (винта) (рис. 5.6).

или

Здесь t – период вращательного движения.

Период вращательного движения гайки

где  и n – угловая скорость и частота вращения гайки.

Скорость поступательного перемещения гайки

Трение в винтовой паре

Рассмотрим винтовую пару с прямоугольным профилем резьбы (рис. 5.7). Полагаем, что осевая нагрузка F а на винт сосредоточена на одном витке и что реакция гайки приложена по средней линии резьбы, т. е. по d 2 .

Рис. 5.7. К определению сил трения в винто­вой паре с прямоугольным профилем резьбы

Перемещение гайки по винту можно рассматривать как движение ползуна по наклонной плоскости с углом наклона  (рис. 5.8).

При равномерном движение ползуна справедливым является следующее уравнение равновесия:

где F t = М /r 2 – горизонтальная сила, действующая на ползун (гайку), М – крутящий момент пары сил, приложенных к гайке на расстоянии r 2 от оси винта в плоскости, пер­пендикулярной оси (в горизонтальной плоскости).

Из плана сил (рис. 5.9) видно, что движущая сила F t , необходимая для равномерного движения ползуна вверх по наклонной плоскости, связана с величиной осевой силы F а соотношением

F t = F а tg ( + ),

а крутящий момент М пары, приложенный к гайке, будет

М = F t r 2 = F а tg ( + ) r 2 .

Из закона Кулона–Амонтона следует

F т = f N = N tg .

Из плана сил определим силу трения, действующую в винтовой паре:

Разделив числитель и знаменатель этого выражения на cos  и учитывая, что f = tg , получим

В винтовой паре с треугольной резьбой нормальная сила N > F а (рис. 5.10), поэтому сила трения F т больше, чем в рассмотренной выше винтовой паре с прямоугольным профилем резьбы. Соответственно

Рис. 5.10 . Соотношения между нормаль­нойи осевой силами в винтовых парах с треугольным и прямоугольным профилями резьбы

угол трения  и коэффициент трения f у винтовой пары с треугольной резьбой будут больше, чем в винтовой паре с прямоугольным профилем резьбы.

В винтовой паре с треугольной резьбой коэффи­циент и угол трения будут

и
.

Полученные для винтовой пары с треугольным профилем резьбы коэффи­циент f  и угол  трения называются приведенными коэффи­циентом и углом трения.