Для створення верстатів з програмним числовим керуванням необхідно використовувати кулькові гвинтові пари. Вони відрізняються не тільки зовнішнім виглядом, а й конструкцією. Для вибору певної моделі слід заздалегідь ознайомитися з будовою та комплектуючими ШВП.

Призначення кулько-гвинтових пар

Всі види ШВП для верстатів з ЧПУ призначені для перетворення обертального руху на поступальне. Конструктивно складаються з корпусу та ходового гвинта. Відрізняються один від одного розмірами та технічними характеристиками.

Основною вимогою є мінімізація тертя під час роботи. Для цього поверхня комплектуючих проходить процес ретельного шліфування. Внаслідок цього під час руху ходового гвинта не відбувається різких стрибків його положення щодо корпусу з підшипниками.

Додатково для досягнення плавного ходу застосовується не тертя ковзання щодо штифта та корпусу, а кочення. Для цього ефекту застосовується принцип кулькових підшипників. Подібна схема збільшує перевантажувальні характеристики ШВП для верстатів із ЧПУ, значно підвищує ККД.

Основні компоненти кулько-гвинтової передачі:

• ходовий гвинт. Призначений для перетворення обертального руху на поступальне. На його поверхні формується різьблення, основна характеристика - її крок;
• корпус. Під час руху ходового гвинта відбувається зміщення. На корпус можуть встановлюватися різні компоненти верстата: фрези, свердла тощо;
• кульки та вкладиші. Потрібні для плавного ходу корпусу щодо осі ходового гвинта.

Незважаючи на всі переваги подібної конструкції кулько-гвинтові передачі для ЧПУ застосовуються тільки для середніх та малих верстатів. Це пов'язано з можливістю прогину гвинта при розташуванні корпусу його середньої частини. В на час, що стоїтьмаксимально допустима довжинаскладає 1,5 м.

Аналогічні властивості має передача гвинт-гайка. Однак ця схема характеризується швидким зносом комплектуючих через їхнє постійне тертя між собою.

Області застосування ШВП

Відносна простота конструкції та можливість виготовлення кулько-гвинтової передачі з різними характеристикамирозширює сферу його застосування. В даний час кулькові гвинтові пари є невід'ємними компонентами саморобних фрезерних верстатів з числовим програмним управлінням. Ну на цьому сфера застосування не обмежується.

Завдяки своїй універсальності ШВП можуть встановлюватися не лише у верстатах із ЧПУ. Плавний хід і практичне нульове тертя роблять їх незамінними компонентами в точних вимірювальних приладах, установок медичного призначення, машинобудуванні. Нерідко для комплектації саморобного обладнанняберуть запчастини з цих приладів.

Це стало можливим завдяки наступним властивостям:

• мінімізація втрат на тертя;
• високий коефіцієнт здатності навантаження при невеликих габаритах конструкції;
• низька інертність. Рух корпусу відбувається одночасно з обертанням гвинта;
• відсутність шуму та плавний хід.

Однак слід враховувати і недоліки ШВП для обладнання ЧПУ. Насамперед до них відносяться складна конструкція корпусу. Навіть при незначному пошкодженні одного з компонентів кулько-гвинтова передача не зможе виконувати свої функції. Також накладаються обмеження на швидкість обертання гвинта. Перевищення цього параметра може призвести до появи вібрації.

Для зменшення осьового зазору збирання виконується з натягом. Для цього можуть встановлюватися кульки збільшеного діаметра або дві гайки з осьовим усуненням.

Характеристики ШВП для обладнання з ЧПУ

Для вибору оптимальної моделі кулько-гвинтової передачі для верстатів із числовим програмним керуванням слід ознайомитися з технічними характеристиками. Надалі вони вплинуть на експлуатаційні якості обладнання та час його безремонтної експлуатації.

Основним параметром ШВП для верстатів із ЧПУ є клас точності. Він визначає ступінь похибки положення рухомої системи згідно з розрахунковими характеристиками. Клас точності може бути від С0 до С10. Похибка переміщення повинна даватися виробником, що вказується в технічному паспорті виробу.

Клас точності	С0	С1	С2	С3	С5	С7	С10
Похибка на 300 мкм	3,5	5	7	8	18	50	120
Похибка на один оберт гвинта	2,5	4	5	6	8

Крім цього, при виборі потрібно враховувати наступні параметри:

• відношення максимальної та необхідної швидкості мотора;
• загальна довжина різьблення ходового гвинта;
• середні показники навантаження всю конструкцию;
• значення осьового навантаження - переднатяг;
• геометричні розміри - діаметр гвинта та гайки;
• параметри електродвигуна - крутний момент, потужність та інші характеристики.

Ці дані мають бути попередньо розраховані. Слід пам'ятати, що фактичні характеристики ШВП для обладнання з ЧПУ не можуть відрізнятись від розрахункових. В іншому випадку це призведе до неправильної роботи верстата.

Кількість обертів кульок за одне коло визначить ступінь передачі моменту, що крутить, від валу корпусу. Цей параметр залежить від діаметра кульок, їх кількості та перерізу валу.

Установка ШВП на верстат з ЧПУ

Після вибору оптимальної моделі необхідно продумати схему встановлення ШВП на верстат із ЧПУ. Для цього попередньо складається креслення конструкції, що закуповуються або виготовляються інші компоненти.

Під час виконання роботи слід враховувати не лише технічні характеристики кулько-гвинтової передачі. Основне її призначення - рух елементів верстата певною осі. Тому слід заздалегідь продумати кріплення блоку обробки до корпусу ШВП для верстатів із ЧПУ. Необхідно звірити розміри отворів, їх розташування на корпусі. Слід пам'ятати, що будь-яка механічна обробка кулько-гвинтової передачі може спричинити негативні зміни її характеристик.

Порядок встановлення в корпус верстата з ЧПУ.

1. Визначення оптимальних технічних характеристик.
2. Вимірювання довжини валу.
3. Створення схеми сполучення монтажної частини валу з ротором двигуна.
4. Установка передачі корпусу верстата.
5. Перевірка працездатності вузла.
6. Підключення всіх основних компонентів.

Після цього можна виконати перший пробний запускобладнання. У процесі роботи повинно виникати коливання і вібрації. У разі їх появи виконувати додаткове калібрування компонентів.

При поломці ШВП під час експлуатації верстата з ЧПУ ремонт передач можна зробити самостійно. Для цього можна замовити спеціальний комплект. З особливостями проведення відновлювальних робіт можна знайомитись у відеоматеріалі:

1. Технічні характеристики
Кулькові гвинти, наприклад, NBS, відрізняються строгим контролем якості, здійсненим під час кожного виробничого процесу.
Висока продуктивністьгвинтів дозволяє знизити крутний момент до 70% по відношенню до традиційних трапецеїдальних гвинтів, як у застосуваннях загального призначення(перетворення обертального руху на поступальний рух), так і в спеціальних застосуваннях (перетворення поступального руху на обертальний рух).

1.1 Геометрія контакту
Готична арка створює значну міцність гвинта, одночасно забезпечуючи точність і низькі значення моменту, що крутить.

2. Параметри вибору кулькових гвинтів (з циркуляцією кульок) NBS

Вибір кулькового гвинта (з циркуляцією кульок) обумовлений такими параметрами:

-Клас точності

-Крок різьблення

-Номінальний термін служби

-Спосіб кріплення

-Критична швидкість обертання

-Жорсткість

-Робоча температура

-Змащення

2.1 Клас точності
В наявності є кулькові гвинти (з циркуляцією кульок) NBS з такими класами точності:

СО. С1. С2. С3. С5. С7. С10

Кожен клас точності обумовлений такими параметрами:

Е. е. езоо. е2∏

Нижче наведений графік надає опис їх значень.

Таблиця - Термінологія для позначення класу точності

Термін	Посилання	Визначення
Компенсація довжини ходу	Т	Компенсація довжини ходу - різниця між теоретичною та номінальною довжиною ходу; невелике значення компенсації (якщо зіставляється з номінальним перебігом) часто необхідно для компенсації подовження, викликаного збільшенням температури або зовнішніми навантаженнями. Якщо в цій компенсації немає необхідності - теоретичний перебіг дорівнює номінальному.
Фактична довжина ходу	-	Фактична довжина ходу – це осьове зміщення між гвинтом та гайкою.
Середня довжина ходу	-	Середня довжина ходу – це пряма лінія, яка найбільше наближається до фактичної довжини ходу; середня довжина ходу є нахил фактичної довжини ходу.
Відхилення середньої довжинихода	Е	Відхилення середньої довжини ходу - це різниця між середньої та теоретичної довжиною ходу.
Зміна ходу	е езоо e2п	Змінами ходу називається смуга із двома паралельними лініями середньої довжини ходу. Максимальний діапазон змін на довжині ходу. Діапазон змін, виміряний на довжині звичайної частини ходу, що дорівнює 300мм. Помилка биття, діапазон змін при одному обороті (2 радіани).

Таблиця - Значення ±Е та e [од. µм]

Клас точності			С0		С1		С2		С3		С5		С7	С10
Довжина хода [мм]	від:	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

Таблиця - Значення е зоо та e 2π [од. µм]

Клас точності	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 Натяг та осьовий зазор
Натяг та осьовий зазор кулькових гвинтів NBS вказані в наведеній нижче таблиці.

Таблиця - Поєднання переднатягу та осьового зазору

Клас переднатягу	Р0	Р1	Р2	РЗ	РА
Осьовий зазор	Так	Ні	Ні	Ні	Ні
Натяг	Ні	Ні	Легкий	Середній	Сильний

У наведених нижче таблицях перераховуються основні вказівки при виборі класу точності, натягу та осьового зазору кулькових гвинтів (з циркуляцією кульок) NBS.

Таблиця - Клас точності, натяг та осьовий зазор

Клас точності	Преднатяг та осьовий зазор	Тип гайки	Тип ходового гвинта
З 10	РВ (з осьовим зазором)	Одинарна	Накатаний
З 7	Р1 чи РВ	На вимогу	Накатаний чи випрямлений
З 5	На вимогу; стандартний 0TNBS-P2	На вимогу	помилки кроку
З 3	На вимогу; стандартний 0TNBS-P2	На вимогу	Випрямлений, із сертифікатом контролю помилки кроку

Таблиця - Сила переднатягу для класу P2

Модель	Одинарна гайка	Подвійна 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 Крок різьблення
Вибір кроку гвинта залежить від формули:

де:
Ph = крок гвинта [мм]
Vmax = максимальна швидкістьпереміщення системи [м/хв]
n mах = максимальний режим обертання гвинта [хв 1]

У тому випадку, якщо результатом рівняння не є цілий результат, слід вибрати округлену у велику сторону величину, вибираючи між наявними кроками.

Враховуючи можливу змінність осьових навантажень, викликану, наприклад, наявністю сил інерції, слід розрахувати значення навантаження позначене як “середнє динамічне навантаження Pm”, що визначає однакові коефіцієнти змінних навантажень.

2.4.1 Середнє динамічне навантаження
Для розрахунку кулькового гвинта схильного до змінних умов роботи, використовуються середні значення Рm і n m:

Р m = середнє динамічне осьове навантаження [N]
n m = середня швидкість[хв -1]

За умов безперервного навантаження та змінної швидкості можна досягти наступних значень:

За умов змінного навантаження та безперервної швидкості можна досягти наступних значень:

За умов змінного навантаження та змінної швидкості можна досягти наступних значень:

Вибір гвинта в залежності від впливу та (або) затребуваних сил тяги обумовлений такими величинами:

• Статична здатність навантаження Соа
• Динамічна здатність навантаження Са

Статична навантажувальна здатність Соа (або коефіцієнт навантажувальної здатності) визначається як навантаження постійної інтенсивності, що діє на вісь гвинта, який, в точці максимального впливу між дотичними частинами, встановлює залишкову деформацію, рівну 1/10000 діаметра тіла кочення.

Значення Соа наведено у розмірних таблицях.

2.5.1 Коефіцієнт статичного запасуміцності a sКоефіцієнт статичного запасу міцності as (або фактор статичного запасу міцності) визначається наступним рівнянням:

2.5.2 Коефіцієнт твердості f H
Коефіцієнт твердості враховує поверхневу твердість доріжок кочення:

де:
твердість доріжок HsV10 = фактична твердість доріжок кочення, виражена в одиницях по Віккерсу з випробувальним навантаженням 98.07 N

700HV10 = твердість, що дорівнює 700 одиницям за Віккерсом при випробувальному навантаженні рівному 98.07 (700HV10 ≈ 60 HRC)

2.5.3 Коефіцієнт точності f ac
Коефіцієнт точності враховує допуски обробки гвинта, отже, і клас точності, відповідний стандарту.
У таблиці наведено деякі приклади.

Необхідність у коефіцієнті статичного запасу міцності a s > 1 викликана можливою наявністю ударів та (або) вібрацій, пускових та зупинкових моментів, випадкових навантажень, які можуть призвести до несправності системи.
У наведеній нижче таблиці наведено значення коефіцієнта статичного запасу міцності з урахуванням типу застосування.

Навантажувальною динамічною здатністю Са (або коефіцієнтом динамічного навантаження) є постійне інтенсивне динамічне навантаження, що діє на вісь гвинта, що визначає термін служби 106 обертів.

Значення Са наведені в розмірних таблицях.

2.7 Номінальний ресурс L

Номінальний ресурс L (це теоретичний пробіг, виконаний, принаймні, 90% показової кількості однакових кулькових гвинтів (з циркуляцією кульок), схильних до однакових умов навантажень, не виявляючи ознак втоми матеріалу) визначається такими умовами:

• Гайка без натягу
• Гайка з переднатягом

2.7.1 Гайка без натягу
Для кулькових гвинтів (з циркуляцією кульок) з гайкою без натягу, розрахунок номінального ресурсу, виражений у числі обертів, визначається такою формулою:

де:


P m = середнє задіяне динамічне осьове навантаження [N]

• Клас точності гвинта від 1 до 5
• Надійність до 90%

де:
a 1 = коефіцієнт надійності

2.7.2 Коефіцієнт a1
Коефіцієнт а 1 враховує можливість непрогину C%.

Таблиця - Коефіцієнт можливості непрогину 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

Слід зауважити, що для С% = 90 a 1 = 1.00

2.7.3 Гайка з переднатягом
Діяльність наступних формул обумовлена ​​підтримкою постійного переднатягу; в іншому випадку слід враховувати випадок з гайкою без натягу.
Для кулькових гвинтів (з циркуляцією кульок) з гайкою з переднатягом розрахунок номінального ресурсу, виражений у числі обертів, визначається такою формулою:

де:
L 10 = номінальний ресурс [обороти]
L 10 b - (З а / Pm 2) х 10 6

L 10a та L1 0b номінальні ресурси для двох половинок гайки.

Дане рівняння дійсне у таких випадках:
• Твердість доріжок кочення = 60HRC
• Клас точності гвинта від 1 до 5;
• Надійність до 90%.

У тому випадку, якщо умови експлуатації не відповідають наведеним вище умовам, слід використати таку формулу:

де:
L 10 = номінальний ресурс [обороти]
L 10 a = (C a /P m1) 3 X 10 6
L 10 b - (З а / Pm 2) х 10 6

a 1 = коефіцієнт надійності;
f ho = коефіцієнт твердості (див. коефіцієнт статичного запасу міцності a s)
f ac = коефіцієнт точності (див. коефіцієнт статичного запасу міцності a s)

P m1 та P m2 – середні осьові динамічні навантаження для двох половинок гайки;

Р r = сила натягу [N]

2.7.4 Номінальний термін служби в годинах Lh

Маючи L 10 (номінальний ресурс, виражений серед оборотів) можна розрахувати номінальний ресурс у годинах роботи L h ;

де:
L m = тривалість роботи [годинник]
n m = середня швидкість обертання [хв -1]

m i = швидкість [МІН -1]
qi = процентний розподіл [%]

2.7.5 Номінальний термін служби у км Lkm

Маючи L 10 (номінальний ресурс, виражений серед оборотів) можна розрахувати номінальний ресурс пройденої відстані км L km .

де:
L km = номінальний ресурс [км]
P h = крок гвинта [мм]

У наведеній нижче таблиці наведено вказівки типового робочого ресурсу кулькового гвинта для застосування загального призначення.

2.8 Спосіб кріплення
Як правило, існують наступні типикріплення кулькового гвинта:

Застосовуваний спосіб кріплення - це функція умов застосування, що забезпечує жорсткість та необхідну точність.

2.9 Критична швидкість обертання

Максимальна швидкість обертання кулькового гвинта має перевищувати 80% критичної швидкості.
Критична швидкість обертання є точку, в якій гвинт починає вібрувати, виробляючи резонансний ефект, викликаний збігом частоти вібрації з природною гвинтою.

Значення критичної швидкості залежить від внутрішнього діаметра ходового гвинта, способу кріплення країв та довжини вільної величини прогину.
Критична швидкість вимірюється такою формулою:

де:
n cr = критична швидкість [хв -1 ]
f kn = коефіцієнт способу кріплення
d 2 = Внутрішній діаметр ходового гвинта [мм]
l n = Довжина вільної величини прогину [мм]

Залежно від типу кріплення поставляються значення f kn:

де:
do = номінальний діаметр [м м]
da = діаметр кульок [мм]
а = кут контакту (= 45)

Довжина вільної величини прогину l n визначається залежно від:

-Гайки без натягу

l n = відстань між кріпленнями [мм] (у разі кріплення "нероз'ємне - вільне", слід враховувати відстань між вільним краєм гвинта та гніздом)

-Гайка з переднатягом

l n = максимальна відстань між половиною гайки та кріпленням [мм] (у разі кріплення "нероз'ємне - вільне", слід враховувати максимальну відстань між половиною гайки та вільним краєм гвинта)

n mах = максимальна швидкість обертання гвинта [обороти/хв]

Критичне навантаження - це максимальне осьове навантаження, якому може піддаватися гвинт, не порушуючи стабільність системи; у тому випадку, якщо максимальне осьове навантаження, що діє на гвинт, досягне або перевищить значення критичного навантаження, створюється нова формавпливу на гвинт, який називається “пікове навантаження”, що викликає додатковий прогин крім простого стиснення.

Дане явище, пов'язане з еластичними властивостями компонента, ставати більш чутливим тоді, коли велика довжина вільної величини прогину гвинта матиме варті уваги значення по відношенню до її розрізу. Значення критичного навантаження визначається такою формулою:

де:
P cr = Критичне навантаження [N]
f kp = коефіцієнт способу кріплення
d 2 = Внутрішній діаметр ходового гвинта [мм] (див. критичну швидкість)
l cr = довжина вільної величини прогину [мм]

Залежно від типу кріплення поставляються значення fkp:

Нероз'ємний - Нероз'ємний	f kр = 40.6
Нероз'ємний - Опорний	f kp = 20.4
Опорний - Опорний	f kp = 10.2
Нероз'ємний - Вільний	f kp = 2.6

Для розрахунку критичного навантаження значення la визначається максимальною відстанню між половиною гайки і кріпленням.

Для більшої безпеки слід розглядати максимально допустиме осьове навантаження, як рівне половині критичного навантаження:

P max = максимально допустиме осьове навантаження [N]

2.11 Жорсткість

Осьова жорсткість системи переміщення оснащеної кульковим гвинтом визначається такою формулою:

де:
К = осьова жорсткість системи
Р = осьове навантаження [N]
е = осьова деформація системи [µm]

Осьова жорсткість системи - це функція осьової жорсткості окремо взятих компонентів, які її складають: ходовий гвинт, гайка, опори, сполучні опорні елементи і гайка.

де:
K s = осьова жорсткість ходового гвинта
K N = осьова жорсткість гайки
К в = осьова жорсткість опор
К н = осьова жорсткість сполучних опорних елементів та гайки

2.11.1 Ks- Осьова жорсткість ходового гвинта

Значення жорсткості Ks – це функція системи кріплення.

Спосіб кріплення: Нероз'ємний - Нероз'ємний

де:
d 2 = Внутрішній діаметр (див. критичну швидкість обертання)
l s = відстань між середньою віссю двох кріплень

Спосіб кріплення: Нероз'ємний - Опорний

де:
d 2 = Внутрішній діаметр [мм] (див. критичну швидкість)
l s = максимальна відстань між середніми осями кріплення та гайкою [мм].

2.11.2 K N - Осьова жорсткість гайки

Подвійна гайка з переднатягом

де:
K = таблична жорсткість
F pr = сила натягу [N]

Проста гайка без натягу

Значення K N визначається такою формулою:

де:
P = осьове навантаження [N]
Ca = навантажувальна динамічна здатність [N]

2.11.3 Кв - Осьова жорсткість опор

Осьова жорсткість опор гвинта обумовлена ​​жорсткістю підшипників.
У разі жорстких радіальних кулькових підшипників із кутовим контактом застосовуються такі формули:

де:
бв = осьова деформація підшипника
Q = навантаження на кожну кульку [N]
β = кут контакту (45°)
d = діаметр кульок [мм]
N = число кульок

Жорсткість сполучних опорних елементів і гайок є характеристикою верстата, а отже, не залежить від гвинта, гайки, опор.

2.12 Робоча температура

У разі кріплення типу "нероз'ємний-нероз'ємний", слід враховувати можливе теплове розширення, викликане підвищенням температури гвинта під час роботи; таке розширення, якщо передбачено відповідним чином, робить на систему дію додаткового осьового навантаження, яке може призвести до несправності роботи системи. проблеми необхідно виконати достатній натяг гвинта.

де:
AL = зміни довжини [мм] а = коефіцієнт теплового розширення
(11.7 х 10 -6 [°С -1])
L = довжина гвинта [мм]
АТ = зміни температури [°С]

2.13 Змащення

Для змащення кулькових гвинтів NBS необхідно враховувати такі вказівки.

2.13.1 Змащування рідким мастильним матеріалом

Слід віддавати перевагу даний типзмащування у разі експлуатації на високих швидкостях обертання. Рідкі мастильні речовини, які можна застосувати, наділені тими ж характеристиками, як і речовини, що застосовуються для змащування підшипників кочення (від VG 68 до VG 460). Вибір в'язкості - це функція робочих характеристик та робочого середовища: температура, швидкість обертання, навантаження, що діють; тільки для гвинтів із низьким режимом обертання рекомендується застосовувати високі класи в'язкості (близько VG 400).
В даному випадку не потрібно звертати особливої ​​увагина техобслуговування за винятком постійного забезпечення в системі мастила (проміжки для здійснення повторного мастила є більш короткими, ніж в установках, що використовують консистентне мастило).
У будь-якому випадку слід дотримуватися інструкцій виробника рідкої олії.

2.13.2 Консистентне мастило

Змащування консистентним мастилом призначене для невисоких швидкостей обертання.
При виборі консистентного мастила слід враховувати приписи, які застосовуються для змащування підшипників кочення; тому рекомендується використання консистентного мастила на основі літійного мила, а не мастил з твердими добавками (як, напр., MoS2 або графітні мастила), за винятком дуже низьких режимів обертання; однак рекомендується дотримуватись інструкцій виробника консистентного мастила.

3. Момент та номінальна потужність

Для приблизного розрахунку значень моменту і потужності двигуна для перетворення обертального руху на прямолінійний рух, потрібно використовувати дані формули:

де:

Рmax = максимальна діюче навантаження[Н]
Ph = крок різьблення [мм]
? v = механічний ккд гвинта (бл. 0.9)
t = механічний ккд трансмісії двигуна - гвинта
(трансмісія із зубчастими колесами t = 0.95+0.98);
z = передавальне число двигун - гвинт

У разі прямого з'єднання двигуна - гвинта, z=1 і 2 =1.

де:
Nm = номінальна потужність двигуна [кВт]
Mm = номінальний момент, що крутить [Нм]
Пmах = максимальний режим обертання гвинта [хв]
z = передавальне число двигун - гвинт(Птах X Z = П motor)

У разі перетворення прямолінійного руху на обертальний рух, є:

М r = момент навантаження [Нм]
Р max = максимальне діюче навантаження [Н]
P h = крок різьблення [мм]
r r = механічний ккд (бл. 0.8

4. Приклади монтажу

Таблиця - Позначення для замовлення

Код типу гайки			Напрям гвинта	Номінальний діаметр гвинта [мм]	Крок [мм]	Тип фланця	Код обробки	Клас точності	Загальна довжина гвинта [мм]	Код переднатяг
Одинарна або подвійна	Фланцева або не фланцева	Тип
V = одинарна W = подвійна	F = фланцева C = фланцева	U I Е До М	R = праве L = ліве	_	-	N = без зрізу S = одинарний зріз D = подвійний зріз	С = Випрямлений F = Накатаний	З 0 З 1 З 2 З 3 З 5 З 7 З 10	-	Р0 Р1 Р2 РЗ Р4

6. Програма розрахунку NBS для кулькових гвинтів (з циркуляцією кульок)

У нашому інтернет-магазині Ви можете придбати самостійно

Або, звернувшись до наших фахівців з безкоштовний номертелефону 8 800 700 72 07

А також надіславши заявку на адресу електронної пошти sale@сайт

Зносостійкі гвинтові (шнекові) пари героторних гвинтових насосів.

Героторні або одногвинтові насоси є насосами об'ємної дії, їх принцип роботи заснований на переміщенні продукту обертовим ротором по внутрішній спіралі двозахідного нерухомого статора. При цьому не створюється стрибків тиску, а структура продукту, що переміщується, не піддається механічному впливу. Пінобетон не розшаровується. Гвинтові насосизастосовуються у багатьох галузях промисловості. Перекачуючим робочим органом насоса є гвинтова героторна або шнекова пара. Гвинтова пара складається з однозахідного ротора, що обертається всередині нерухомого еластичного двозахідного статора (обойми). Геометричні параметригвинтова пара, такі як довжина і діаметр ротора і статора, крок гвинтової поверхні, кількість кроків, осьовий ексцентриситет і т.п. визначають обсяг робочої порожнини, що утворюється між ротором і статором і кількість таких порожнин. Від конструктивних характеристик залежить здатність гвинтової пари розвивати певний тиск продукту на виході, перекачувати строго певну кількість продукту за один оберт гвинта (ротора) і прокачувати розчини з певним розміром твердої фракції (2-16мм). На вході гвинтової пари створюється розрідження, тому насоси є всмоктувальними. Гвинтові пари героторного насоса здатні перекачувати різні абразивні розчини, густі та газомісткі рідини і є витратною частиною, що зношується. насосного агрегату. При перекачуванні абразивних штукатурних і бетонних розчинів робочі поверхні ротора і статора піддаються інтенсивному абразивному зносу, тому ротор виготовляється з твердого твердого сплаву, а статор з еластичного зносостійкого матеріалу.

Область застосування гвинтових героторних насосів:

— Будівельна галузь: штукатурні, шпаклювальні, малярні агрегати та станції, бетоно-розчинонасоси, машини для торкретування бетону та закачування цементних розчиніву свердловини під фундаменти будівель, агрегати для влаштування наливної підлоги та покрівель.

- Насоси для хімічних виробництв

— Мультифазні насоси для перекачування густої, забрудненої піском та загазованої нафти

- Насоси очисних споруд, шламові, зливові стічних вод, фекальні для відкачування гною у тваринництві, і т.д.

- Відкачування шахтних вод при гірничовидобутку

- Харчові насоси для перекачування паст, кремів, м'ясного фаршу, патоки, пюре, кетчупів, шоколаду, тіста, парфумерних кремів і т.д.

— Насоси для перекачування вибухових речовин, торф'яної та вугільної крихти, паперової пульпи, вапна, глини, бітуму

Вимірювальні насоси-дозатори

Переваги гвинтових героторних насосів.

— Велика номенклатура гвинтових пар визначає широкий діапазон гвинтових насосів щодо застосування, продуктивності та тиску нагнітання.

- Тиск нагнітання насоса визначається тільки конструкцією гвинтової пари і постійно за будь-якої швидкості обертання ротора і продуктивності насоса.

— Продуктивність насоса змінюється зі швидкістю обертання ротора.

- Подача продукту здійснюється рівномірно без пульсацій тиску.

- Високий ККД насоса

- Ефективно перекачують густі, в'язкі, тягучі рідини, суспензії та розчини з високим вмістом (до 60%) газу та твердих або волокнистих складових.

За один оборот ротора перекачується суворо фіксована (до грамів) кількість рідини. Функція точного дозування об'єму або вимірювання

— Гвинтові насоси є самоусмоктуючими.

— Простота конструкції насоса – відсутні сальники, що обертаються.

- Безшумна робота гвинтової пари.

— Простота обслуговування – заміна гвинтової пари без розбирання насосу.

Інженери компанії здатні розрахувати, сконструювати та виготовити за завданням Замовника гвинтові пари з певним набором технічних характеристик або аналоги будь-якої імпортної гвинтової пари. Ми виробляємо зносостійкі гвинти та обойми D6-3, D8-1,5 та 2L74 для імпортних штукатурних, шпаклювальних та торкрет агрегатів компаній Putzmeister, m-tec, Maltech, P.F.T., Putzknecht, Turbosol, Utiform, Borneman, Brinkman, Edilizia, Kaleta, MAI, Chemgrout, Foerdertechnik, Lutz,Filamos, Knoll, Power-spray, KTO,ATWG, Hi-Flex, Tumac, і т.д.

Компанія виготовляє на замовлення гвинтові пари СО-115, Д-4, Д-5, СО-87з покращеними технічними характеристиками для штукатурних МАШ-1-01, шпаклювальних СО-150Б та малярних агрегатів тощо. виробників КСОМі ВАТ «МІСОМ ВП»і Орловського заводу будівельної техніки.Нами модернізовані конструкції деяких гвинтових пар, що дозволило підвищити їхню стійкість, тиск нагнітання та інші технічні характеристики. Компанія виготовляє гвинти (ротори) із зносостійких сплавів із високим вмістом твердих карбідів, тому вони мають робочий ресурс у 3 рази і більше гвинтів КСОМ, Виточені зі сталі 40Х.

Освоєно технологію виробництва рівностінних (Even Wall) обойм статорів гвинтових пар із зносостійких полімерів. Виготовлені нами гвинтові пари СО-115, Д-4, Д-5, СО-87за цінами нижче, а за стійкістю значно перевершують аналоги КСОМ. Показник ціна/якість – поза конкуренцією, ціна нижча на 20-30%, стійкість вища в 3 рази. Купивши та експлуатуючи нашу пару, Ви оціните її незаперечні перевагита заощадите значні кошти на гвинтовій парі та її доставці.

З появою промислового виробництвагвинтові передачі стали широко застосовуватися в техніці, зокрема для переміщення супортів металорізальних верстатів. Розвитком гвинтових механізмів стали кулько-гвинтові передачі (ШВП). Їхня поява обумовлена ​​створенням нового покоління металорізального обладнання - верстатів з числовим програмним управлінням (ЧПУ).

Функціональне призначення та пристрій

Вид профілю западини гвинт-гайка: а) арочний контур; б) радіусний контур.

Мета аналізованого механізму полягає в тому, щоб перетворити обертальний рух приводу прямолінійне переміщення робочого об'єкта. Передача складається з двох складових частин: ходового гвинта та гайки.

Гвинтвиготовляється з високоміцних сталей марок 8ХФ, 8ХФВД, ХВГ, підданих індукційному гартуванню, або 20Х3МВФ з азотуванням. Різьблення виконане у формі спіральної канавки напівкруглого або трикутного перерізу. Залежно від умов роботи гвинта профіль западини може мати кілька виконань. Найчастіше застосовується арочний чи радіусний контур.

Охоплююча деталь - гайкає складовим вузлом. Вона має складний пристрій. Зазвичай є корпус, в якому розташовані два вкладиші з такими ж канавками, як і у ходового гвинта. Матеріал вкладних деталей: сталь, що об'ємно гартується, марки ХВГ, цементовані сталі 12ХН3А, 12Х2Н4А, 18ХГТ. Вставки встановлюють таким чином, щоб після збирання забезпечити попередній натяг у системі гвинт-гайка.

Усередині гвинтових канавок розміщуються загартовані сталеві кульки, виготовлені зі сталі ШХ15, які під час роботи передачі циркулюють по замкнутій траєкторії. Для цього всередині корпусу гайки є кілька обвідних каналів, виконаних у вигляді трубок, що з'єднують гайки. Довжина їх може бути різною, тобто кульки можуть повертатися через один, два витки, або в кінці гайки. Найбільш поширеним є повернення суміжний виток (система DIN).

Принцип роботи

Гвинт приводиться в обертання від приводного електродвигуна, гайка закріплена нерухомо на робочому органі верстата (супорт, каретка, бабка шпиндельна, люнет і так далі). При цьому виникає осьова сила, що діє на кульки, розміщені всередині гайки, під дією якої вони починають котитися в гвинтових гвинтових канавках. Сила реакції впливає на гайку, а оскільки та жорстко з'єднана з деталлю, що переміщається, змушує останню переміщатися по напрямних верстата. У чому полягає відмінність роботи ШВП від звичайної гвинтової передачі з трапецієподібним різьбленням, яке раніше застосовувалося на верстатах?

1. При обертанні ходового гвинта колишньої конструкції у зоні контакту двох деталей виникало тертя ковзання, що характеризується коефіцієнтом тертя (бронза сталі, з мастилом) f = 0,07–0,1. У механізмі із кульковими елементами діє тертя кочення з коефіцієнтом f = 0,0015–0,006. Як видно з наведених значень, гвинтові кулькові передачі потребують значно меншої потужності приводного двигуна.

2. Для точного позиціонування каретки або супорта верстата перед зупинкою робочого органу необхідно уповільнювати швидкість його переміщення. Після досягнення певного порога мінімальної швидкості можливі мікрозупинки - залипання - вузла, що рухається. У момент відновлення руху його характер визначається тертям спокою, яке при ковзанні значно перевищує тертя руху. Через це виникають ривки, що погіршують точність позиціонування. При терті кочення цей недолік практично зводиться до нуля.

Швидкісні або швидкісні ШВП

Швидкохідний ШВП

Збільшення швидкості переміщення гайки щодо гвинта досягається за рахунок збільшення кроку між канавками, у порівнянні зі стандартним гвинтом у 3-5 разів, у звичайної ШВП передачі діаметра 16-32мм крок становить 5-10мм, у швидкісної тих же діаметрів - 16-32мм і кратна діаметру гвинта.

За рахунок збільшення швидкості переміщення - втрати в жорсткості та максимального навантаження на передачу (більшою мірою) та точності (меншою мірою).

Класифікація

За технологією виготовлення ходові гвинти бувають:

• Катані- з гвинтовою канавкою, що отримується методом холодної прокатки. Ці гвинти виготовляються з меншими витратами, тому мають найкраще співвідношення ціна-якість при середній точності виготовлення (C5, C7, C9).
• Шліфовані- відносяться до прецизійних виробів. Після нарізування різьблення та подальшої термообробки піддаються шліфування. Мають підвищену точність (C1, C3, C5) та вищу ціну.

За конструкцією:

• Шарико-гвинтові- Виготовлені згідно стандарту DIN. Кульки повертаються у суміжну канавку по жолобу відбивача, вбудованого в гайку.
• Прецизійні- Виготовляються шліфуванням. Можуть складатися з однієї або двох гайок, мати попередній натяг - усунення осьового зазору з метою підвищення точності при реверсах і збільшення жорсткості приводу.
• Прецизійні із сепаратором- відрізняються конструкцією повернення кульок (відсутня зіткнення) та шліфованим профілем канавки.
• Прецизійні з гайкою, що обертається.мають убудований підшипник, завдяки чому мають підвищену точність переміщення.
• Шлицевий вал із кульковими втулкамифланцевого виконання. При цьому вал виконує функцію внутрішнього кільця підшипника. Ця конструкція відрізняється компактністю та простотою монтажу.
• Консольне виконання гвинта. Застосовується для коротких ходових гвинтів, що не мають другої підтримки.

Технічні характеристики ШВП

Основні параметри:
• Діаметр і крок гвинта – від 16×2,5 до 125×20 мм.
• Довжина гвинтового стрижня. Ходові гвинти для верстатів з ЧПУ зазвичай випускаються з максимальною довжиною 2,0-2,5 м, хоча на замовлення виготовляють і до 8 метрів.
• Лінійна швидкість переміщення – до 110 м/хв.
• Точність передачі – C1…C10.

Силові характеристики для деяких типорозмірів наведені у таблиці:

Силові параметри кулько-гвинтових передач
Діаметр × крок, мм	Вантажопідйомність, Н		Осьова жорсткість, Н/мкм
	Статична	Динамічна	Корпусних ШВП	Безкорпусних 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
Примітка: осьова жорсткість вказана для класу точності C1.

Встановлення передачі

Вибір ШВП для конкретного обладнання проводиться в процесі конструкторської розробки, а саме на стадії ескізного проектування - після того, як буде визначено величину ходу столу та необхідне зусилля на гвинті. Потім уточнюють технічне рішення:

• Залежно від необхідного ступеня точності приводу вибирають між звичайною та прецизійною передачею.
• Визначають конструктивний варіантгайки: одинарна, подвійна, спосіб повернення кульок, наявність підшипника та інше. Одинарна гайка дешевша, але у разі зносу вимагає заміни, здвоєну можна регулювати шляхом підшліфування компенсатора. Система рециркуляції кульок за допомогою трубок дещо збільшує вартість гайки, проте дозволяє можливість ремонту зношених каналів шляхом заміни обвідних трубок.
• Вирішують - чи потрібна підтримка вільного кінця гвинта.
• Уточнюють характер з'єднання корпусу гайки з вузлом, що переміщується, а також ведучого кінця ходового гвинта з електромеханічним приводом. Виробляють динамічний розрахунок, у разі потреби вносять зміни у конструкцію.
• Закінчивши складання верстата, проводять випробування всіх вузлів, у тому числі і шарико-гвинтової передачі, згідно з методикою випробувань.

Область застосування

ШВП набули широкого поширення в багатьох галузях промисловості: верстатобудування, робототехніка, складальні лінії та транспортні пристрої, комплексні автоматизовані системи, деревообробка, автомобілебудування, медичне обладнання, атомна енергетика, космічна та авіаційна промисловість, військова техніка, точні вимірювальні приладита багато іншого. Декілька прикладів використання цих вузлів:

• Приводи подач верстатів з ЧПУ. Перший серійно випускається в СРСР обробний центр ІР-500 мав 3 координати обробки. Сучасні системи містять значно більшу кількість лінійних приводів. Наприклад, багатошпиндельні автомати поздовжнього точення Tornos серії MULTI SWISS мають 14 керованих осей.
• Переміщення поршня-рейки кермового механізму автомобілів (МАЗ, КАМАЗ, Газель).
• Вертикальне переміщення каретки виробничого 3D-принтера VECTORUS серій iPro та sPro.

Виробники:

• Steinmeyer (Німеччина);
• SKF (Швеція);
• MecVel (Італія);
• THK (Японія);
• SBC (Корея);
• HIWIN (Тайвань).

Гвинтова пара є дві деталі (гвинт і гайку), з'єднані по гвинтовій поверхні. Гвинтову пару використовують для перетворення обертального руху на поступальне, або навпаки.

Гвинтові пари бувають із трикутним, прямокутним та круглим профілем гвинтової поверхні.

У техніці гвинтову поверхню часто називають різьбленням. Різьблення з трикутним профілем поділяють на метричні, дюймові, трапецеїдальні та завзяті.

Основні геометричні параметри метричного різьблення за ГОСТ 9150-81 (рис. 5.3):

Н- Висота вихідного профілю (рівносторонній трикутник);

d, d 2 , d 1 – діаметри зовнішній, середній та внутрішній;

Мал. 5.5.Гвинтові пари з прямокутним та трикутним різьбленням:

в – гвинт, г – гайка, Рі d 2 – крок та середній діаметр різьблення

крок Р- Відстань між найближчими подібними точками контуру по лінії, паралельної осі різьблення;

кут профілю  = 60;

кут підйому гвинтової лінії різьблення  (рис. 5.4).

П

Мал. 5.6.Гвинтова пара:

v tі v a- окружна та осьова швидкості гайки; dг – зовнішній діаметр гайки;  – кут підйому гвинтової лінії

ередаточне ставлення iгвинтова пара дорівнює відношенню окружної v tта осьовий v aшвидкостей гайки (гвинта) (рис. 5.6).

або

Тут t- Період обертального руху.

Період обертального руху гайки

де  та n- Кутова швидкість і частота обертання гайки.

Швидкість поступального переміщення гайки

Тертя у гвинтовій парі

Розглянемо гвинтову пару із прямокутним профілем різьблення (рис. 5.7). Вважаємо, що осьове навантаження F а на гвинт зосереджена одному витку і що реакція гайки прикладена по середній лінії різьблення, т. е. d 2 .

Мал. 5.7.До визначення сил тертя у гвинтовій парі з прямокутним профілем різьблення

Переміщення гайки по гвинту можна розглядати як рух повзуна похилою площиною з кутом нахилу  (рис. 5.8).

При рівномірному рух повзуна справедливим є наступне рівняння рівноваги:

де F t = М/r 2 – горизонтальна сила, що діє на повзун (гайку), М- крутний момент пари сил, прикладених до гайки на відстані r 2 від осі гвинта в площині перпендикулярної осі (в горизонтальній площині).

З плану сил (рис. 5.9) видно, що рушійна сила F t, необхідна для рівномірного руху повзуна вгору похилою площиною, пов'язана з величиною осьової сили F а співвідношенням

F t = F а tg ( + ),

а крутний момент Мпари, доданий до гайки, буде

М = F t r 2 = F а tg ( + ) r 2 .

Із закону Кулона-Амонтона випливає

Fт = f N = N tg .

З плану сил визначимо силу тертя, що діє у гвинтовій парі:

Розділивши чисельник та знаменник цього виразу на cos  та враховуючи, що f= tg , отримаємо

У гвинтовій парі з трикутним різьбленням нормальна сила N > F а(рис. 5.10), тому сила тертя Fт більше, ніж у розглянутій вище гвинтовій парі з прямокутним профілем різьблення. Відповідно

Мал. 5.10. Співвідношення між нормальною осьовою силами у гвинтових парах з трикутним і прямокутним профілями різьблення

кут тертя  та коефіцієнт тертя f у гвинтової пари з трикутним різьбленням будуть більше, ніж у гвинтовій парі з прямокутним профілем різьблення.

У гвинтовій парі з трикутним різьбленням коефіцієнт і кут тертя будуть

і
.

Отримані для гвинтової пари з трикутним профілем різьблення коефіцієнт f  і кут  тертя називаються наведеними коефіцієнтом та кутом тертя.