Конструкция и назначение шарико-винтовых передач для станков с чпу. Шарико-винтовые передачи для станков По технологии изготовления ходовые винты бывают

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 - ОСТ2 Н06-1-86. Радиальный зазор между винтом и гайкой до создания преднатяга для ШВП с полукруглым профилем должен соответствовать значениям, приведенным в табл. 8. Радиальный зазор измеряют при смещении собранной гайки в радиальном направлении под действием силы, превышающей силу тяжести гайки в 1,5-2 раза. Измерительный наконечник индикатора должен касаться наружной поверхности гайки. 8. Радиальный зазор ШВП до создания преднатяга Номинальный диаметр d 0 , мм Шаг резьбы Р, мм Радиальный зазор, мм максимальный минимальный Примечание. В знаменателе приведены значения радиального зазора для винтов с разгрузочными канавками (рис. 1,6). Осевая жесткость. Под осевой жесткостью понимают отношение действующей на передачу осевой силы, приложенной к гаечной группе, к ее осевому перемещению относительно винта при условии, что винт не проворачивается. Значения осевой жесткости должны быть не менее значений, приведенных в табл. 9 и 10. При измерении жесткости корпус гаечной группы и винт удерживают от проворота. На винте закрепляют измерительное приспособление, позволяющее одновременно производить измерения смещения корпуса (гайки) относительно винта в трех равномерно расположенных по окружности точках при помощи датчиков линейного перемещения. К винту прикладывают осевую силу F . Значения силы F , прикладываемой к винту при определении осевой жесткости, приведены в табл. 11. Грузоподъемность. Значения динамической С a и статической С 0a грузоподъемностей, а также минимальные и максимальные значения момента Т хх холостого хода ШВП приведены в табл. 12. Шариковинтовые передачи характеризуются базовой статической осевой С 0a и базовой динамической осевой С a грузоподъемностью. Базовая статическая осевая грузоподъемность С 0a - статическая осевая сила (Н), которая вызывает общую остаточную пластическую деформацию шарика, канавок винта и гайки, равную 0,0001 диаметра шарика. 9. Осевая жесткость корпусных ШВП Номинальный диаметр d 0 , мм Шаг резьбы Р, мм 5 6 10 950 830 740 880 770 680 800 705 620 760 660 590 - - - - - - 5 10 12 1250 1000 900 1150 920 825 1050 840 750 990 800 705 - - - - - - Примечания: 1. Жесткость для классов точности Т9 и Т10 не регламентируют. 2. Для исполнения с одной гайкой жесткость не регламентируют, с двумя - согласно приведенным в таблице значениям (при этом гайки заключают в технологический корпус). 10. Осевая жесткость бескорпусных ШВП Номинальный диаметр d 0 , мм Шаг резьбы Р, мм Жесткость для классов точности, Н/мкм Примечание. Жесткость для классов точности Т9 и Т10 не регламентируют. 11. Значения осевой силы F при определении жесткости ШВП Типоразмер d 0 x P , мм Типоразмер d 0 x P , мм 12. Основные характеристики ШВП Типоразмер d 0 x P , мм Грузоподъемность, Н статическая С 0 а динамическая С а Примечание. Приведенные значения для корпусных ШВП соответствуют исполнениям II, III и IV. Базовая динамическая осевая грузоподъемность С а - осевая сила (Н), которую шариковинтовая передача может воспринимать при базовой долговечности, составляющей 1 миллион оборотов винта. Базовые грузоподъемности соответствуют передаче, выполненной из обычно применяемых сталей . При отличии свойств материала от обычных, а также в зависимости от класса точности, твердости рабочих поверхностей и др. вычисляют значение скорректированной статической С 0 ар и скорректированной динамической С ар грузоподъемности: С 0 ар = K 0 С 0 а и С ар =KС a , где Ко и К - корректирующие коэффициенты (см. с. 798). Момент холостого хода замеряют в контролируемой передаче, установленной в центрах стенда, при вращении винта с частотой 100 мин -1 . Все параметры в табл. 9-12 указаны для ШВП с трехконтурными гайками. Для ШВП, имеющих гайки с количеством контуров 1, 2, 4, 5 или 6 значения осевой жесткости, статической грузоподъемности должны быть уменьшены в 3; 1,5; 0,75; 0,6 или 0,5 раза соответственно. Значения динамической грузоподъемности должны быть уменьшены в 2,57; 1,42; 0,78; 0,64 или 0,55 раза соответственно. В ШВП с вкладышами, установленными в окна гаек с помощью элементов ориентации, совмещающими канал возврата с резьбой гайки в зоне контакта шариков с гайкой, динамическая грузоподъемность выше в 1,02 раза, а долговечность - 1,06 раза. Значения критической осевой силы должны соответствовать ОСТ 2 Н62-6-85. ШВП с предварительным натягом. С целью устранения осевого зазора в сопряжении винт-гайка и повышения тем самым осевой жесткости и точности перемещения ведомого элемента ШВП собирают с предварительным натягом. Передачи, применяемые в станкостроении, выполняют с натягом; они состоят из двух гаек, каждая из которых имеет по три рабочих витка. Перепускные каналы в специальных вкладышах соединяют два соседних витка. Шарики в этом случае разделены на три циркулирующие группы. Профиль резьбы - полукруглый. Натяг создают относительным осевым смещением гаек, которое осуществляют установкой.прокладок между ними или их относительным угловым поворотом. В последнем случае соединение гаек с корпусом выполняют зубчатыми муфтами, у которых наружные зубья нарезаны на фланцах гаек, а внутренние - на корпусе. Числа зубьев муфт отличаются на единицу, что позволяет поворачивать гайку одну относительно другой на малый угол, осуществляя осевое смещение на очень малую величину. Если число зубьев на фланце одной из гаек z , а на фланце другой (z +1), то поворот обеих гаек в одну сторону на k зубьев приводит при шаге Р к их осевому смещению на Δ = Pk / [z (z + 1)] Например, при z =92, P =10 мм и k =1 имеем Δ =1,2 мкм. Поворот гаек выполняют вне винта на специальной оправке - трубе с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру резьбы винта по впадинам, после чего гайки вместе с корпусом навинчивают на винт. 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 Наименование детали Материал Твердость рабочих поверхностей HRC э, Параметр R a , мкм, шероховатости рабочей поверхности, не более Сталь 8ХФ ГОСТ 5950-73 Сталь 8ХФВД ТУ 3-213-84 Сталь 9ХС ГОСТ 5950-73 Сталь ШХ15 ГОСТ 801-78 Вкладыши Сталь 9ХС ГОСТ 5950-73 Сталь 40Х ГОСТ 4543-71 Порошок железный ПЖВ 3.160.24 ГОСТ 9849-86 Сталь ШХ 15 ГОСТ 801-78 Примечания: 1. Термообработка по РТМ2 МТ11-1-81. 2. Для шариков степень точности 20 по ГОСТ 3722-81. 3. Разноразмерность шариков в одной передаче не более 0,001 мм 4. Отклонение среднего диаметра шариков при D ω < 5 мм - ±0,0025 мм; 2)D ω ≥ 5 мм ±0,0050 мм Винты изготовляют также из сталей марок ХВГ и 7Г2ВМ с объемной закалкой, стали марки 8ХВ с закалкой при индукционном нагреве, стали марки 20ХЗМВФ с азотированием. Для гаек применяют сталь марки ХВГ с объемной закалкой и цементуемые стали марок 18ХГТ, 12ХНЗА, 12Х2Н4А. Шарики изготовляют из хромистой стали марки ШХ20СГ. Материалы винта, гайки и тел качения должны обеспечить твердость рабочих поверхностей не ниже 61 НКСэ. Полость гайки при сборке заполняют пластичным смазочным материалом марки ЦИАТИМ-201 или ЦИАТИМ-203. Передачи требуют хорошей защиты от загрязнений. Наиболее часто применяют гармоникообразные меха, телескопические кожухи и съемники загрязнений - пластмассовые уплотняющие гайки с двумя-тремя выпуклыми витками по профилю канавок. Съемники загрязнений крепят к каждому торцу основной гайки. Номенклатура показателей качества, используемых при оценке уровня качества ШВП, применяемых в металле- и деревообрабатывающих станках, участках, линиях, комплексах, промышленных роботах и кузнечно-прессовом оборудовании, установлена ОСТ 2 РЗ1-6-87. Классификационные группы. Различают следующие группы ШВП: с предварительным натягом; без предварительного натяга (передачи с зазором). Номенклатура показателей качества продукции, обозначения и характеризуемые свойства должны соответствовать приведенным в табл. 14. В этой же таблице приведены данные по применяемости показателей качества ШВП в научно-технической документации. Соответствующие знаки означают: "+" - применяемость; "±" - ограниченную применяемость; "-" - неприменяемость показателя качества. Для передач с натягом показатели 1.4, 1.5, 1.7 и 1.11 являются основными, показатель 1,10 не применяют, показатели 1.3, 1.8, 1.9 и 1.12 имеют ограниченную применяемость. Для передач с зазором основные показатели - 1.4, 1.10, показатели 1.5-1.9, 1.11 не применяют, показатель 1.3 имеет ограниченную применяемость. Номенклатура показателей качества может быть дополнена или видоизменена введением других показателей качества, которые отражают особенности конструкции или уточняют показатели, приведенные в табл. 14. Так, показателем технической эффективности могут служить показатели е p , V ир, V зоор, V 2πр кинематической точности, характеризующие точность (нестабильность) позиционирования, а показателем экономичного использования энергии -коэффициент полезного действия г\, характеризующий эффективность использования энергии.

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.

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) .

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.

Планирую купить +36 Добавить в избранное Обзор понравился +50 +73

Обзор на специфический товар: комплекта ШВП типа SFU1605-1000 в качестве элементов передач ЧПУ станка.
В обзоре будет краткая информация о том, что такое ШВП и как ее применять

Собственно говоря, при попытке рассчитать и построить любительский ЧПУ станок (фрезер) своими силами столкнулся с тем, что у нас либо дорогие комплектующие для станков, либо не совсем то, что нужно. А конкретно, была проблема с приобретением ходового винта или ШВП в качестве элементов передачи по осям станка.

Существуют следующие типы передач для ЧПУ:

1. ременные применяются вместе с шестернями в основном для лазеров, так как у лазера легкая «головка»
2. зубчатые . Это прямозубые или косозубые зубчатые рейки и шестерни для перемещения по ним
3. ходовые винты бывают типа Т8 (в основном используются в 3Д принтерах и других малогабаритных станках), типа TRR, например TRR12-3 с POM-гайкой (пластиковой).
4. шарико-винтовые передачи - это винт и гайка к нему. В гайке есть специальные подшипники, которые перемещаются по каналу внутри гайки.

Как правило, выбирают с учетом нагруженности (масса передвигаемого портала/оси) и влиянию люфта. В ШВП люфт меньше за счет подшипников, они считаются точнее и предпочтительнее, но при этом достаточно дороги для самоделок.

Цитата с

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

один из основных типов: шариковинтовая передача качения (ШВП).

Шарико-винтовая передача (далее ШВП) - это более надежный аналог ходового винта, но вместо латунной гайки (или пластиковой как для винтов типа TRR-12-3, как у меня на старом проекте) предназначена специальная гайка с шариками, которые входят в зацепление с винтом ШВП, выбирают весь люфт и одновременно снижают трение. Для самостоятельной сборки станка ЧПУ или 3Д принтера на ШВП потребуется винт ШВП, гайка к нему, муфта крепления к двигателю и подвесные подшипники.

Вот небольшой рендер из интернета. Хорошо видно, как шарики распределены по винту. Аналогично Т8, винт ШВП имеет резьбу в несколько заходов.

Для станка ЧПУ нужно было для оси Y два комплекта ШВП на 1000 мм, и для X оси: 600 мм.
ШВП получил курьерской почтой. Это не дорогой вариант, учитывая вес посылки (около 8 кг).


Упаковка представляет собой длинную узкую коробку, внутри картонной упаковки есть упаковка типа синтетического мешка, очень прочный материал. Аккуратно распаковываем. Внутри всем знакомая bubble-wrap, то есть пупырчатая пленка, которая защищает товар от механических воздействий.


Убираем пленку. В посылке было три комплекта ШВП: винт+гайка, разного размера. Два комплекта предназначены для перемещения портала станка по оси Y, третий короткий комплект для оси X.


Все комплекты завернуты в ингибиторную зеленую пленку, которая препятствует попаданию влаги. Плюс присутствует изрядное количество смазки на поверхности товара.


В этом комплекте я доплачивал за оконцовку одного комплекта на 600 мм (так вышло дешевле). Оконцовку (machined) заказывал отдельно у этого же продавца (у него есть такая услуга в каталоге), стоило по 1 баксу за каждый конец винта. Хороший вариант для тех, кто берет винты в конкретный размер.


Вот что представляет собой «оконцовка». Это обтачивание винта 16.05 мм до диаметра 12 мм для установки в подвесной подшипник, далее резьбовая часть для фиксации винта, затем обтачивание до 10мм для зажимания конца в эластичную муфту двигателя


Посылка дошла в целости и сохранности, курьерская доставка это не почта России. Прикладывал линейку в разных местах, чтобы найти искривление. Не нашел, ШВП ровные. Остальное покажет установка и использование.


Фото резьбовой части винтов


Внешний вид комплектов


И еще. Гайки пришли уже накрученные на винт… Шарики засыпаны внутри, есть смазка. Просите при заказе запасные шарики, хотя бы несколько.


Далее начинаем проверять размеры винтов. Короткий на 600 мм. То есть в эти 600 входит резьбовая часть с обоих сторон. Реальный ход по осям станка получится меньше.
Обратите внимание , что в лоте размер указан для винта ШВП вместе с резьбой и обточенными концами, то есть рабочий ход по ШВП будет меньше, чем ее длина! А конкретно на 65 мм меньше.


Второй и третий винты ШВП на 1000 мм


Диаметры резьбовой части соответственно 1605


посадочные места под подшипники 10 и 12 мм соответственно.


И с другой стороны под подшипник. Диаметр самой гайки SFU1605 равен 28 мм.


Если снять с гайки пластиковую заглушку, то можно обслужить ШВП, смазать или поменять шарики. Проверяю, что все в наличии))))


Собственно говоря, можно снять гайку, протереть ее, заново смазать ее, загрузить шарики обратно. Пластиковая крышка крепится потайным винтом под шестигранник 2.5 (его видно вверху).

Для установки ШВП в станок потребуются подвесные подшипники типа BK12+BF12 (прямые) или FK12+FF12 (фланцевые), эластичная муфта 6.35*10mm для подключения к двигателю типа NEMA23 с одной стороны (6.35мм) и к концу ШВП с другой (10 мм).

Внешний вид комплекта оси в сборе: подшипники BK12, BF12, стопорное кольцо, гайка для фиксации винта, держатель гайки SFU1605, муфта для двигателя и сам винт с гайкой.


Размеры ШВП для тех, кто собирается приобрести или проектирует механику станка


И отдельно для SFU1605


Внешний вид гайки SFU1605

Внешний вид подшипников (слева) и подшипников с фланцем (справа). Отличаются способом установки на раму.

Гайка ШВП крепится через специальный корпус-переходник. , алюминиевый

Для монтажа на одну ось (у меня по две на ось для Y стоит) потребуется:

• 1 x винт SFU1605-1000mm;
• 1 x подшипник BK12;
• 1 х подшипник BF12;
• 1 x муфта двигателя 6.35x10mm
• 1 x стопорное кольцо
• 1 x гайка.

В сборе это выглядит следующим образом:


Через отверстия на подшипнике крепим на профиль/раму станка. Для подшипников FK12/FF12 все аналогично, только крепить из надо фланцем к отверстию под ШВП. Смысл не меняется.

Теперь немного видео, поясняющего принцип работы ШВП. Обратите внимание на перемещение шариков (по встроенному каналу внутри гайки).

А вот так происходит накатка резьбы на винты ШВП

Обработка концов винта ШВП (то, что я называл «machined»). У нас за такую операцию просят 600....1000р, в Китае $1.

Следующие фотографии дают общее представление о использовании ШВП в конструкции станка ЧПУ.


Вот фото самодельного станка, в котором ШВП зафиксированна неподвижно, а вращается гайка с помощью ременного привода и шестерни

В итоге, ШВП является более дорогим и надежным вариантом передач для станков, подходит для перемещения тяжелых порталов с высокой точностью. В зависимости от веса и конструкции станка можно применять SFU1205, SFU1605/1610, SFU2005/ 2010 или еще более массивную SFU2505/2510.
Обзор понравился +107 +213