Спиральный пар. Все о швп. Трение в винтовой паре

Шариково-винтовая передача - разновидность линейного привода, трансформирующего вращательное движение в поступательное, которая обладает отличительной особенностью - крайне малым трением.

Вал (обычно стальной - из высокоуглеродистых видов стали) со специфической формы беговыми дорожками на поверхности выполняет роль высокоточного приводного винта, взаимодействующего с гайкой, но не напрямую, через трение скольжения, как в обычных передачах винт-гайка, а посредством шариков , через трение качения. Это обуславливает это высокие перегрузочные характеристики шарико-винтовой передачи и очень высокий КПД. Винт и гайка производятся в паре, подогнанными, с очень жесткими допусками, и могут быть использованы в оборудовании, где требуется очень высокая точность. Шариковая гайка обычно чуть более крупная, чем гайка скольжения - из-за расположенных в ней каналов рециркуляции шариков. Однако, это практически единственный момент, в котором ШВП уступает винтовым передачам трения скольжения.

Сфера применения шарико-винтовых пар

ШВП часто применяется в авиастроении и ракетостроении для перемещения рулевых поверхностей, а также в автомобилях, чтобы приводить в движение рулевую рейку от электромотора рулевого управления. Широчайший спектр приложений ШВП существует в прецизионном машиностроении, таком, как станки с ЧПУ, роботы, сборочные линии, установщики компонентов, а также - в механических прессах, термопластавтоматах и др.

История ШВП

Исторически, первый точный шариковый винт был произведен из достаточно малой точности обычного винта, на который была установлена конструкция из нескольких гаек, натянутых пружиной, а затем притерта по всей длине винта. Путем перераспределения гаек и смены направления натяга, погрешности шага винта и гайки могли быть усреднены. Затем, полученный шаг пары, определенный с высокой повторяемостью замерялся и фиксировался в качестве паспортного. Схожий процесс и в настоящее время периодически используется для производства .

Применение ШВП

Для того, чтобы шариковая пара отслужила весь свой расчетный срок с сохранением всех, в т.ч. точностных, параметров, необходимо уделить большое внимание чистоте и защите рабочего пространства, избегать попадания на пару пыли, стружки и прочих абразивных частиц. Обычно это решается путем установки гофрозащиты на пару, полимерной, резиновой или кожаной, что исключает попадание посторонних частиц в рабочую область. Другой метод состоит в использовании компрессора - подачи фильтрованного воздуха под давлением на винт, установленный открыто. Шарико-винтовые передачи благодаря использованию трения качения могут иметь определенный преднатяг, который убирает люфт передачи - определенный "зазор" между вращательным и поступательным движением, который имеет место при смене направления вращения. Устранить люфт особенно важно в системах с программным управлением, поэтому ШВП с преднатягом используются в станках с ЧПУ особенно часто.

Недостатки шарико-винтовых передач

В зависимости от угла подъема беговых дорожек, ШВП могут быть подвержены обратной передаче - малое трение приводит к тому, что гайка не блокируется, а передает линейное усилие в крутящий момент. ШВП обычно нежелательно использовать на ручных подачах. Высокая стоимость ШВП также фактор, который зачастую склоняет выбор машиностроителей в пользу более бюджетных передач.

Преимущества шарико-винтовых передач

Низкий коэффициент трения ШВП обуславливает низкую диссипацию и высокий КПД передачи - намного выше, чем у любых других аналогов. КПД самых распространенных шариковых пар может превышать 90% по сравнению с максимальными 50% для метрических и трапецеидальных ходовых винтов. Практические отсутствующее скольжение значительно увеличивает срок службы ШВП, что снижает простой оборудования при ремонте, замене и смазке частей. Все это в сочетании с некоторыми другими преимуществами, такими как более высокой достигаемой скоростью, сниженными требованиями к мощности электропривода винта, может быть существенным аргументом в пользу ШВП в противовес его высокой стоимости.

Производство винтов ШВП

Самые точные винты ШВП могут быть произведены только шлифовкой. Также винт можно получить накаткой - такой винт будет отличаться значительно меньшей стоимостью, но точность его будет ограничена погрешностью порядка 50 микрон на 300 мм хода.

Точность ШВП

Высокоточные винты обычно дают погрешность порядка 1-3 микрон на 300 мм хода, и даже точнее. Заготовки под такие винты получают грубой механоообработкой, затем заготовки закаливаются и шлифуются до кондиции. Три шага строго обязательны, т.к. температурная обработка сильно меняет поверхность ШВП.

Hard-whirling это сравнительно новая технология металлообработки, которая минимизирует нагрев заготовки в процессе, и может произвести точные винты из закаленной заготовки. Инструментальные винты ШВП обычно достигают точности 250 нм на сантиметр. Они изготавливаются фрезеровкой и шлифовкой на сверхточном оборудовании с контролем специализированным оборудованием субмикронной точности. Аналогичным оборудованием оснащены линии по производству линз и зеркал. Такие винты обычно изготавливаются из Инвара или других инварных сплавов, чтобы минимизировать погрешность, вносимую тепловым расширением винта.

Системы рециркуляции шариков

Подшипниковые шарики циркулируют в каналах резьбы гайки и беговых дорожек винта. Если не направлять шарик после окончания его путешествия, шарики просто вываливались бы из гайки наружу после достижения конца дорожки, поэтому в ШВП применяются несколько систем возврата шариков к началу дороже - систем рециркуляции.

Внешняя система используется металлическую трубку, которая соединяет вход и выход из канала гайки. Выходящие шарики попадают в трубку, и проталкиваемые последующими, следуют ко входу. Внутренняя система подразумевает нарезку аналогичного канала внутри гайки, шарики, выходящие из гайки, направляются специальной накладкой в просверленный канал, на выходе из канала аналогичная накладка переправляет шарики на вход беговой дорожки. Очень также распространен вариант, когда шарики циркулируют по нескольким закольцованным каналам, где возврат обеспечивается специальной заглушкой.

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.

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

Шарико-винтовые пары

Шарико-винтовая передача (ШВП) – это линейный механический привод, преобразующий вращение в линейное перемещение и наоборот. Конструктивно она представляет собой длинный винт, по которому движется шариковая гайка. Внутри гайки между ее внутренней резьбой и резьбой винта по спиралевидной траектории катятся шарики, затем попадая в возвратные каналы – внутренние или внешние.

Концы винта обычно закрепляются на подшипниковых опорах, а гайка соединена с перемещаемым узлом. Когда винт вращается, гайка линейно перемещается по винту вместе с полезной нагрузкой. Но существуют и шарико-винтовые пары с вращающейся гайкой – в такой конструкции винт линейно перемещается относительно гайки.

Обыкновенная винтовая передача состоит из винта и гайки, которые имеют трапецеидальную резьбу. В такой передаче при движении возникает трение скольжения, и около 70% энергии рассеивается в виде тепла.

В отличие от передачи винт-гайка, шарико-винтовой привод содержит элементы качения (шарики), которые передают механическую энергию между гайкой и винтом. Это обеспечивает ШВП значительные преимущества:

КПД может превышать 80%

требуемые мощность и крутящий момент приводных двигателей намного меньше

интенсивность износа минимизирована

срок службы намного больше, чем у винтовых передач скольжения, и может быть определен вычислением усталости при качении

меньший нагрев способствует непрерывной работе

Однако из-за малого коэффициента трения ШВП подвержены скатыванию, особенно при большом шаге резьбы. Поэтому в некоторых случаях требуется использование тормозного устройства для предотвращения самопроизвольного движения механизма.

Диапазон основных характеристик шарико-винтовых передач:

Номинальный диаметр винта – от 6 до 150 мм

Динамическая грузоподъемность – от 1,9 до 375 кН

Статическая грузоподъемность – от 2, 2 до 1250 кН

Линейная скорость – до 110 м/мин.

Существуют два типа шарико-винтовых передач, различающихся технологией изготовления резьбового винта: катаные (накатка резьбы) и шлифованные (нарезка резьбы с последующей шлифовкой поверхности). Катаные винты проще в производстве, поэтому более доступны. Шлифованные дороже, но имеют значительно лучшую точность изготовления резьбы, а, следовательно, точность и повторяемость позиционирования.

Важным параметром также является шаг резьбы. Чем он больше, тем выше максимальная линейная скорость, но ниже точность позиционирования и осевое усилие.

Мы предлагаем обширный ассортимент прецизионных ШВП с катаными и шлифованными винтами. Доступны и соответствующие аксессуары – фланцевые гайки и подшипниковые опоры.

Катаные шарико-винтовые передачи

Шарико-винтовые передачи SKF – это высокопроизводительное решение для широкого круга областей применения, в которых особенно важны точность, надежность и соотношение цена/качество.

Использование высокотехнологичного оборудования при производстве катаных винтов позволило добиться почти таких же характеристик и точности, как и у шлифованных, но с меньшими затратами. Стандартным является класс точности G9, согласно ISO 286-2:1988. Начиная с номинального диаметра 20 мм, катаные винты производства SKF соответствуют точности G7. По запросу доступны винты с точностью G5 по ISO 3408-3:2006, соответствующей точности G5 шлифованных винтов, предназначенные для позиционирования.

Из широкого ассортимента прецизионных катаных шариковинтовых пар SKF вы сможете выбрать именно то, что нужно в конкретном случае:

Миниатюрные шарико-винтовые пары (с номинальным диаметром от 6 мм, внешней или внутренней рециркуляцией шариков) – компактная, эффективная система привода.

Большая часть миниатюрных ШВП доступна в исполнении из нержавеющей стали.

Катаные шарико-винтовые передачи большего номинального диаметра (от 16 до 63 мм) доступны с различными видами гаек, с осевым зазором или без, с преднатягом – как для обычного использования в приводе, так и в точном позиционировании.

Для этих винтов предлагается множество дополнительных аксессуаров, например, опциональные фланцы для гаек и подшипниковые опоры, обеспечивающие упрощение сборки готовой системы.

Катаные шарико-винтовые пары с большим шагом обеспечивают высочайшие линейные скорости для специфических областей применения.

SKF также предлагает ШВП с вращающимися гайками, обеспечивающими снижение инерции системы. Вы можете обратиться к нам для получения более подробной информации.

Прецизионные шлифованные шарико-винтовые пары

SKF предлагает обширный ассортимент шлифованных шарико-винтовых передач для случаев, когда требуются высокая точность и жесткость. Так как поверхности качения обрабатываются специальным высокоточным оборудованием, шлифованные ШВП легко приспособить практически под любые требования. Стандартная точность резьбы – G5, по заказу доступны G3 и G1.

Как сделать правильный выбор?

В широком ассортименте шлифованных шарико-винтовых передач SKF вы наверняка найдете именно то, что нужно в конкретном случае:

Метрические и дюймовые

Гайка DIN или цилиндрическая фланцевая

Внутренние или наружные возвратные каналы

Фланец посередине гайки или с одного из торцов

Гайка с осевым зазором, без зазора, с преднатягом

Одинарная или двойная гайка

Стандартная обработка концов винта или по требованиям заказчика

Возможно изготовление гайки под заказ

Опционально – вал с заплечиками, вырезанными из металлической пластины

Все аксессуары, в том числе, подшипниковые опоры, могут поставляться уже установленными на шариковинтовую пару в сборе.

Каталоги SKF по шарико-винтовым передачам

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.

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

Рассмотрим соотношения между силами, действующими в винтовой паре с прямоугольной резьбой. Развернем виток прямоугольной резьбы винта по среднему диаметру d 2 в наклонную плоскость, а гайку заменим ползуном (рис. 1). Подъему ползуна по наклонной плоскости соответствует навинчивание гайки на винт.

Рис. 1 - Гайку заменим ползуном

Как известно из теоретической механики, сила взаимодействия F между наклонной плоскостью и ползуном, возникающая при движении его по наклонной плоскости, представляет собой равнодействующую нормальной силы и силы трения между ними и наклонена к нормали n поверхности их соприкосновения под углом трения φ.

Разложим силу F на две составляющие: осевую силу F а , действующую на винтовую пару, и окружную силу F t вращающую гайку при ее навинчивании (в других случаях вращающую винт при его ввинчивании).

Из чертежа разложения сил (рис. 1) следует, что
где ψ - угол подъема резьбы.

Очевидно, что крутящий момент T в резьбе, создаваемый силой F t , при навинчивании гайки или ввинчивании винта,

или

Спуску ползуна по наклонной плоскости (рис. 2) соответствует отвинчивание гайки или винта. В этом случае при разложении силы взаимодействия F между наклонной плоскостью и ползуном на осевую силу F a и окружную силу F ′ t имеем

Рис. 2 - Отвинчивание гайки

Очевидно, что при F ′ t ≥0 [что соответствует условию tg(φ-ψ)≥0] резьба будет самотормозящей. Следовательно, условие самоторможения прямоугольной резьбы математически определяется условием ψ≤φ. При подъеме ползуна по наклонной плоскости движущей силой F t (рис. 1) на высоту, равную ходу резьбы P h , работа движущих сил

а работа сил полезных сопротивлений

Коэффициент полезного действия η винтовой пары с прямоугольной резьбой при навинчивании гайки или ввинчивании винта.

или

Из анализа формулы следует, что для самотормозящей винтовой пары, где ψРассмотрим силовые соотношения, условия самоторможения и к. п. д, винтовой пары с треугольной или трапецеидальной резьбой. Так как рассуждения и выводы для указанных резьб одинаковы, то рассмотрим их применительно к треугольной резьбе. Если в рассмотренной винтовой паре заменим прямоугольную резьбу треугольной, то сила трения в резьбе, а следовательно, и окружная сила винтовой пары будут иметь другие значения. Определим силы трения и установим соотношения между силами трения в прямоугольной и треугольной резьбах. Для упрощения выводов угол наклона резьбы примем равным нулю. Сила трения для прямоугольной резьбы (рис. 3)

где ƒ - коэффициент трения. Сила трения для треугольной (рис. 4) или трапецеидальной резьбы

где α - угол профиля резьбы,
ƒ′ - приведенный коэффициент трения:

Рис. 3 - Сила трения для прямоугольной резьбы

Из формулы следует, что по сравнению с прямоугольной резьбой в треугольной и трапецеидальной резьбах трение больше. Для нормальной метрической резьбы α=60° и ƒ′=1,15ƒ, для трапецеидальной резьбы α=30° и ƒ′=1,04ƒ, следовательно, в этой резьбе трение больше, чем в прямоугольной резьбе, но меньше, чем в треугольной.

Рис. 4 - Сила трения трапецеидальной резьбы

Очевидно, что соотношению коэффициентов трения ƒ и ƒ′ соответствует соотношение между углами трения φ и φ′ где φ′ - приведенный угол трения:

Соотношения между силами в прямоугольной и треугольной резьбах аналогичны. Поэтому по аналогии с формулами следует, что для треугольной или трапецеидальной резьбы окружная сила
крутящий момент в резьбе
условие самоторможения определяется выражением ψ≤φ′, коэффициент полезного действия
а для самотормозящей винтовой пары, где ψ Рис. 5 - Торцовая опорная поверхность гайки

Момент трения T f на торце гайки или головки винта при их завинчивании определяют следующим образом. Торцовая опорная поверхность гайки или головки винта (рис. 5) принимается кольцевой с наружным диаметром D , равным раствору ключа, и внутренним диаметром d 0 равным диаметру отверстия под болт, винт или шпильку . Принято считать, что давление на опорной поверхности распределяется равномерно, т. е.

Таким образом, момент трения на торце гайки или головки винта

или окончательно

Для упрощения расчетов часто принимают, что равнодействующая силы трения ƒF на опорной поверхности гайки или головки винта действует по касательной к окружности среднего диаметра d c , опорной поверхности и момент

где

Последняя формула при технических расчетах дает вполне достаточную точность.

Очевидно, что момент завинчивания гайки или ввинчивания установочного винта