Шариковая винтовая передача (ШВП) состоит из винта и гайки и служит для преобразования вращательного движения в поступательное.
В шарико-винтовых передачах на винте 1 и в гайке 2 выполнены винтовые канавки (резьба) криволинейного профиля, служащие дорожками качения для шариков, размещенных между витками винта и гайки. Наибольшее
распространение получила резьба с полукруглым профилем. При этом вращение закрепленной от осевых перемещений гайки вызывает поступательное перемещение винта, или вращение закрепленного от осевых перемещений винта
приводит к поступательному перемещению гайки.
Основные геометрические параметры передачи: номинальный диаметр d0, т.е. диаметр расположения центров тел
качения, шаг резьбы Р и диаметр Dw тел качения (обычно Dw = 0,6Р).
Достоинства шарико-винтовой передачи: возможность создания больших осевых сил; малые потери на трение (КПД передачи 0,9 и выше); возможность получения поступательного перемещения с высокой точностью; малые габариты при высокой несущей способности; значительный ресурс.
К недостаткам можно отнести сложность конструкции гайки, необходимость высокой точности изготовления и хорошей защиты передачи от загрязнений. Шарико-винтовые передачи применяют в механизмах точных перемещений, в следящих системах и в ответственных силовых передачах (станкостроение, робототехника, авиационная и космическая техника, атомная
энергетика, кузнечно-прессовое оборудование и др.).
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ
При вращении винта шарики увлекаются в движение по винтовым канавкам, поступательно перемещают гайку и. выкатываясь из резьбы, через перепускной канал (канал возврата) возвращаются в
исходное положение. Таким образом перемещение шариков происходит по замкнутому внутри гайки контуру. Наиболее распространена конструкция ШВП. в которой канал возврата соединяет два соседних витка.
В станкостроении применяют трехконтурные гайки. Перепускной канал выполняют в специальном вкладыше, который вставляют в овальное окно гайки. В трехконтурной 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 или нескольких витков, выкатываются из резьбы в перепускной канал вкладыша и возвращаются обратно в исходное положение на исходный виток гайки.
ПРОФИЛЬ РЕЗЬБЫ
Основные параметры полукруглого профпля резьбы (рис. 1. а):
R = (0,515...0,525) Dw - радиус канавок; α = 45° - угол контакта шариков; ψ = arctg [Pz / (πdo)] - угол подъема резьбы (здесь z - число заходов резьбы).
На рис. 1. б показан в нормальном сечении профиль резьбы винта с разгрузочной канавкой, а в табл. 1 приведены
размеры разгрузочных канавок по ОСТ 2 РЗ1-5-89.
1. Размеры разгрузочных канавок, мм
Номинальный диаметр d0 | Шаг резьбы Р | b | r | Номинальный диаметр d0 | Шаг резьбы Р | b | r |
16 25 25 32 32 40 40 40 50 |
2,5 5,0 10,0 5,0 10,0 5,0 6,0 10,0 5,0 |
- 1,0 1,5 1,0 1,5 1,0 1,0 1,5 1,0 |
- 0,55 0,85 0,55 0,85 0,55 0,55 0,85 0,55 |
50 50 63 80 80 100 100 125 |
10,0 12,0 10,0 10,0 20,0 10,0 20,0 20,0 |
1,5 1,8 1,5 1,5 3,0 1,5 3,0 3,0 |
0,85 0,95 0,85 0,85 1,60 0,85 1,6 1,6 |
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.
Для передачи с полукруглым профилем резьбы натяг создают установкой двух гаек с последующим относительным их осевым смещением. Относительное смещение гаек осуществляют установкой прокладок между ними
или их относительным угловым поворотом.
Профиль резьбы и конструкцию гайки (канал возврата шариков, регулирование натяга и т.д.) определяет завод-изготовитель.
Шариковые винтовые передачи применяют в широком диапазоне размеров.
ТИПОРАЗМЕРЫ ШАРИКОВЫХ ВИНТОВЫХ ПЕРЕДАЧ по ГОСТ 25329-82
Номинальный диаметр, do, мм
|
Номинальный шаг Р, мм |
2,5* | 3 | 4 | 5* | 6 |
8 | 10* | 12 | 16 | 20* |
6 |
+ |
| | | | |
| | | |
8 | + | | | | | | | | | |
10 | + | | | | | | | | | |
12 | + | + | + | + | | | | | | |
16 | + | + | + | + | + | | | | | |
20 | | + | + | + | + | + | | | | |
25 | | | + | + | + | + | + | | | |
32 | | | + | + | + | + | + | + | | |
40 | | | | + | + | + | + | + | | |
50 | | | | + | + | + | + | + | + | |
63 | | | | + | + | + | + | + | + | + |
80 | | | | | + | + | + | + | + | + |
100 | | | | | | + | + | + | + | + |
125 | | | | | | | + | + | + | + |
160 | | | | | | | + | + | + | + |
200 | | | | | | | + | + | + | + |
* Предпочтительные шаги |
ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
Технические условия на шарико-винтовые передачи, применяемые в станкостроении, установлены ГОСТ 2 РЗ1-5-89. Этот стандарт распространяется на ШВП, применяемые для комплектации металло- и деревообрабатывающих станков, промышленных роботов, кузнечно-прессового оборудования.
Стандарт устанавливает основные размеры, основные параметры, комплектность, маркировку, порядок и состав приемосдаточных испытаний, упаковку, условия транспортирования и хранения, указания по эксплуатации и гарантии завода-изготовителя централизованно изготовляемых ШВП.
В стандарте учтены требования ISO/DP 8931, ISO/DP 8932, ISO/DP 3408, ISO/DP 9783, ISO/DP 9784.
Корпусные передачи изготовляют в 4-х исполнениях:
I - ШВП с одной или двумя гайками без корпуса;
II - ШВП с двумя гайками в цилиндрическом корпусе, имеющем фланец;
III - ШВП с двумя гайками в призматическом корпусе, имеющем сквозные крепежные отверстия;
IV - ШВП с двумя гайками в призматическом корпусе, имеющем глухие резьбовые крепежные отверстия.
Применение ШВП исполнения III является непредпочтительным.
Бескорпусные ШВП рекомендуют применять при новом проектировании.
По точностным параметрам ШВП разделяют на позиционные и транспортные (ОСТ 2 РЗ1-7-88). Позиционые 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 систем 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, П3, П5, П7 и Т1, ТЗ, Т5, Т7, T9, Т10.
Внутризаводские приемосдаточные нормы кинематической точности должны соответствовать ГОСТ 2 Р31-5-89.
Согласно ОСТ 2 РЗ1-5-89 качество материалов, обработки и сборки ШВП должно соответствовать ГОСТ 7599-82, а
для поставок на экспорт - ОСТ 2 Н06-1-86.
ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬ
При проектировании, в соответствии с основными критериями работоспособности шарико-винтовых передач расчет ведут по динамической грузоподъемности для предупреждения усталостного разрушения (выкрашивания рабочих
поверхностей) и по статической грузоподъемности для предупреждения пластического деформирования тел и поверхностей качения.
При выборе значений динамической Са и статической Сoа грузоподъемностей, а также минимальных и максимальных значений момента Txx холостого хода ШВП можно ориентироваться на данные таблицы 2.
Базовая статическая осевая грузоподъемность Сoа - статическая осевая сила (Н), которая вызывает общую
остаточную пластическую деформацию шарика, канавок винта и гайки, равную 0,0001 диаметра шарика.
2. Базовые грузоподъемные характеристики ШВП
Типоразмер d0 x Р, мм | Грузоподъемность, Н | Момент холостого хода Txx, Н·м |
статическая Сoа | динамическая Са | min | max |
16x2,5
25x5 25x10 32x5 32x10 40x5 40x6 40x10 50x5 50x10 50x12 63x10 80x10 80x20 100x10 100x20 125x20 |
9600
28100 48800 37500 65000 49400 56400 85900 62800 112500 119900 149700 197700 297600 251100 386400 729000 | 5000 16580 46400 17710 49800 19170 23700 54700 20640 57750 65400 62030 66880 143400 71840 151800 278000 |
0,05 0,08 0,11 0,18 0,22 0,30 0,32 0,45 0,50 0,48 0,49 0,75 1,23 2,30 2,04 2,75 2,80 |
0,20 0,32 0,35 0,56 0,60 0,84 0,83 0,95 1,35 1,23 1,09 2,03 3,25 3,88 5,20 5,23 5,50 |
Примечание. Приведенные значения для корпусных ШВП
соответствуют исполнениям II, III и IV.
Базовая динамическая осевая грузоподъемность Са - осевая сила, которую шарико-винтовая передача может воспринимать при базовой долговечности, составляющей 1.000.000 оборотов винта.
Базовые грузоподъемности соответствуют передаче, выполненной из обычно применяемых сталей (см. табл.3). При отличии свойств материала от обычных, а также в зависимости от класса точности, твердости рабочих поверхностей и др. вычисляют значение скорректированной статической и скорректированной динамической грузоподъемности.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Технические требования на основные детали шарико-винтовых передач, применяемых в станкостроении, установлены ОСТ 2 РЗ1-5-89 (табл. 3). Нормы точности винта - по ОСТ 2 РЗ1-4-88.
3. Технические требования на основные детали ШВП
Наименование детали | Материал | Твердость рабочих поверхностей HRCэ | Параметр Ra, мкм, шероховатости рабочей поверхности, не более |
Винт | Сталь 8ХФ ГОСТ 5950-2000 Сталь 8ХФВД ТУ 3-213-84 | 59 - 63 | 0,63 |
Гайка | Сталь 9ХС ГОСТ 5950-2000 Сталь ШХ15 ГОСТ 801-78 | 59 - 63 | 0,63 |
Вкладыши | Сталь 9ХС ГОСТ 5950-2000 Сталь 40Х ГОСТ 4543-71 Порошок железный ПЖВ 3.160.24 ГОСТ 9849-86 | 40 - 50 | 2,5 |
Шарики | Сталь ШХ 15 ГОСТ 801-78 | 63 - 67 | 0,040 |
Примечания:
1. Термообработка по РТМ2 МТ11-1-31.
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 Du < 5 мм - ±0,0025 мм; Dh ≥ 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 20Х3МВФ с азотированием.
Для гаек применяют сталь марки ХВГ с объемной закалкой и цементуемые стали марок 18ХГТ, 12ХН3А, 12Х2Н4А.
Шарики изготовляют из хромистой стали марки ШХ20СГ.
Материалы винта, гайки и тел качения должны обеспечить твердость рабочих поверхностей не ниже 61 HRCэ.
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 металло- и деревообрабатывающих станках, участках, линиях, комплексах, промышленных роботах и кузнечно-прессовом оборудовании, установлена ОСТ 2 РЗ1-6-87.
Похожие документы:
ГОСТ 3722-81 - Подшипники качения. Шарики. Технические условия;
расчет ходовых винтов;
расчет грузовых винтов;
пример выполнения чертежа ходового винта
|