Привод швп что это такое

Шарико-винтовая передача (ШВП)

Различные приводы могут применяться для передачи усилия от источника к исполнительному элементу. Довольно большое распространение получил линейный тип конструкции, который может преобразовывать вращение в возвратно-поступательное движение. Отличительная особенность подобного варианта исполнения – небольшой трение на момент передачи момента. Конструкция представлена валом со специфической формой беговых дорожек, которые выступают в качестве направляющей для передачи усилия. Рассмотрим подробности этого устройства подробнее.

Сфера применения шарико-винтовых пар

Сегодня рассматриваемое устройство характеризуется довольно высокой областью применения. Чаше всего шарико-винтовая передача устанавливается в нижеприведенных случаях:

1. В авиастроении.
2. В ракетостроении.
3. Автомобилях.
4. При создании других механизмов, когда нужно провести преобразование вращения в линейное перемещение.

В большинстве случаев шарико-винтовая передача предназначена для смещения рулевой рейки. При этом в качестве привода могут применяться различные источники, к примеру, электрический двигатель. Сегодня ШВП часто устанавливаются в станках ЧПУ, которые характеризуются высокой точностью. Все элементы могут точно позиционироваться относительно друг друга благодаря подобному элементу.

История ШВП

Устанавливается подобная конструкция на протяжении длительного периода. Принято считать, что первая шарико-винтовая передача была создана из обычного винта, на котором были зафиксированы несколько гаек. Дальнейшее совершенствованием конструкции проводилось следующим образом:

1. Перераспределение гайки.
2. Смена направления натяга.
3. Снижение погрешности шага.

При производстве основных элементов могут применяться материалы, характеризующие высокой устойчивостью к механическому и другому воздействию. Именно поэтому механизм стал устанавливаться чаще, чем раньше.

Применение ШВП

Только при правильной эксплуатации устройства можно обеспечить его длительную службу. Примером можно назвать чистоту рабочей поверхности, защите рабочего пространства от воздействия окружающей среды. Рекомендуется исключать вероятность попадания на поверхность абразивных элементов и стружки, а также пыли.

Решить большинство проблем можно путем установки гофрированной защиты, которая изготавливается из резины, полимера или кожи. Их установка позволяет исключить вероятность попадания загрязняющих элементов в зону контакта.

Еще один метод заключается в установке компрессорной установки. Она подает отфильтрованный воздух под давлением, за счет чего происходит очищение поверхности от загрязнений. Другими особенностями назовем следующее:

1. Шарико-винтовая передача имеет определенный преднатяг, за счет которого исключается вероятность появления люфта.
2. Отсутствие люфта во многом определяет возможность установки устройства в станках с ЧПУ и другом оборудовании, которое должно работать с высокой точностью.

При выборе наиболее подходящего привода учитываются условия эксплуатации. Шарико-винтовая передача служит намного дольше при обильном добавлении смазывающего вещества, так как на момент эксплуатации возникает трение. Слишком сильное трение становится причиной повышенного износа и температурного расширения металла.

Недостатки шарико-винтовых передач

У рассматриваемого типа привода также есть несколько существенных недостатков, которые должны учитываться. Пара винтовой передачи ШВП характеризуется следующими недостатками:

1. В зависимости от угла установки основного элемента есть вероятность обратного хода шарико-винтовой передачи.
2. Малое трение гайки не блокирует ее при обратном ходе. Другими словами, она может свободного ходить по винту, поэтому предусматривается наличие стопорного элемента.

Рассматриваемое устройство не рекомендуется устанавливаться в случае ручной подачи. Кроме этого, не стоит забывать о высокой стоимости изделия. Именно поэтому в машиностроительной и другой промышленности часто применяют бюджетные варианты исполнения, которые более просты в изготовлении и могут прослужить в течение длительного периода.

Преимущества шарико-винтовых передач

Есть довольно большое количество преимуществ, которыми можно охарактеризовать рассматриваемый привод. Наиболее значимыми назовем следующие:

1. Низкий коэффициент трения можно назвать основным преимуществом шарико-винтовой передачи. Этот показатель достигается за счет применения специального материала, а также добавления смазывающего вещества в зону контакта.
2. Высокое значение КПД также является наиболее важным преимуществом, по которому шарико-винтовая передача обходит многие другие конструкции. Примером можно назвать то, что в большинстве случаев показатель составляет 90%, у метрических ходовых винтов он всего 50%.
3. Отсутствие скольжения существенно увеличивает эксплуатационный ресурс шарико-винтового устройства. Подобное явление становится причиной сильного трения, который повышает износ и повышает температуру конструкции.
4. Провести ремонт и обслуживание можно самостоятельно, для этого не требуется специальное оборудование. За счет этого снижается простой оборудования при ремонте, а также выполнении периодической смазки.
5. Более высокая скорость ходового винта существенно расширяет область применения конструкции.
6. Более низкие требования к мощности электрического привода винта.

Все приведенные выше преимущества определяют то, что многие не уделяют внимание стоимости и проводят установку конструкции. При выборе уделяется внимание типу применяемого материала при изготовлении, точности и многим другим моментам.

Производство винтов ШВП

Высокая точность позиционирования двух элементов, находящихся в паре, определяет возникновение серьезных трудностей с их производством. Радиальный зазор между винтом может стать причиной появления люфта. Рассматривая изготовление отметим нижеприведенные моменты:

1. Самое точное шарико-винтовое устройство производится путем шлифования. Поверхность подобным образом может обрабатываться исключительно при применении специального оборудования.
2. В некоторых случаях производство винта проводится при применении технологии наката. Подобный вариант исполнения винта характеризуется более низкой стоимостью, но точность довольно велика.

В интернете и других источниках можно встретить требуемые схемы для изготовления рассматриваемой пары. При этом чертеж изготавливается с учетом установленных стандартов. Сложность процесса производства определяет то, что нужно уделять внимание исключительно продукции известных компаний.

Точность ШВП

В большинстве случаев шарико-винтовая передача устанавливается по причине высокой точности позиционирования обоих элементов. Принцип действия характеризуется следующими особенностями:

1. В большинстве случаев погрешность составляет 1-3 микрона на 300 мм хода. Кроме этого, можно встретить шарико-винтовые устройства с более высокой точностью позиционирования отдельных элементов.
2. Заготовка для получения винта получается при применении технологии механической обработки. Примером можно назвать использование токарного станка ЧПУ, так как он позволяет получить размеры с высокой точностью.
3. После получения требуемой формы проводится закалка и шлифовка поверхности. Первый технологический процесс позволяет существенно повысить твердость поверхности, второй достигнуть высокой точности размеров.

Важным моментом назовем то, что температурная обработка становится причиной существенного изменения основных качеств материала. Именно поэтому финишная обработка в большинстве случаев представлена шлифованием.

Довольно большое распространение сегодня получила технология Hard-whirling. Это технология металлообработки предусматривает минимальный нагрев заготовки, за счет чего существенно повышается точность обработки. В большинстве случаев точность обработки составляет 250 Нм на один сантиметр.

Также может применяться технология фрезерования и шлифования на сверхточном оборудовании. Аналогичное оборудование используется при получении зеркал и линз. В большинстве случаев заготовка представлена инварными сплавами, за счет чего существенно снижается погрешность при производстве.

Системы рециркуляции шариков

Важным конструктивным элементом можно назвать систему рециркуляции шариков. Она характеризуется следующими особенностями:

1. Шарики меняют свое положение в каналах резьбы гайки и специальных беговых дорожках винта. При этом они характеризуются точными размерами. При изготовлении шариков применяется сталь с высоким уровнем износостойкости. В противном случае может появится люфт, который негативно отразится на эксплуатационных качествах шарико-винтовой передачи.
2. Если не использовать специальную систему, то в конце хода шарики просто бы выбегали из конструкции наружу. Именно поэтому при создании конструкции часто используются системы возврата.
3. Внешняя система представлена металлической трубкой, которая соединяет входное и выходное отверстие. Внутренняя система представлена каналами, нарезаемыми вблизи винта.

В последнее время большое распространение получил вариант исполнения, при котором движение шариков закольцовано. За счет этого обеспечиваются наиболее благоприятные условия эксплуатации устройства.

Характеристики ШВП для оборудования с ЧПУ

Как ранее было отмечено, довольно часто рассматриваемый привод применяется для обеспечения надежной работы станка ЧПУ. Основными характеристиками можно назвать следующие моменты:

1. Протяженность ходового стержня. Как показывает практика, в большинстве случаев достаточно стержня длиной около 2-х метров. Крайне нежелательно проводить установку варианта исполнения с большой длиной, так как оказываемая нагрузка может стать причиной деформации и снижения основных эксплуатационных характеристик.
2. Линейное скоростное передвижение. При производстве станков с ЧПУ уделяется внимание тому, чтобы основные элементы перемещались с высокой скоростью. За счет этого существенно повышается КПД и скорость обработки, а также расширяется область применения устройства.
3. Наиболее важными параметрами можно назвать диаметр и шаг винта. Именно эти характеристики определяют то, какая нагрузка может оказываться на устройство.
4. При производстве довольно много внимания уделяется точности. Этот показатель может варьировать в диапазоне от С1 до С10.

Двигатель может передавать вращение напрямую или через предохранительные элементы, к примеру, специальные муфты. Они позволяют существенно снизить вероятность появления дефектов.

Установка ШВП на станок с ЧПУ

Станки с блоком числового программного управления получили весьма широкое распространение. Выбор проводится на момент разбора конструкции и проектирования. Перед непосредственной установкой проводится следующий расчет:

1. Необходимое усилие, передающееся на винт. Основные узлы станка могут воспринимать различную нагрузку. Если винт не будет рассчитан на это, то есть вероятность деформации, а также срезания витков и появления других дефектов. Именно поэтому проводятся тщательные расчеты для определения того, какую нагрузку должна воспринимать шаприко-винтовая передача.
2. Величина хода стола. В большинстве случаев рассматриваемая шарико-винтовая передача устанавливается для обеспечения продольного или поперечного хода стола фрезерного оборудования, а также других узлов.
3. Определяется наиболее подходящая длина винта. Как ранее было отмечено, показатель более 2-х метров может стать причиной искривления и появления других дефектов при длительной эксплуатации устройства.
4. Требуемая точность может зависеть от самых различных показателей. Для станков ЧПУ требуется механизм с наиболее высоким показателем точности, так как она снижается от привода к зоне обработки.
5. Определяются требуемые конструктивные особенности гайки. В этом случае определяется стоимость устройства и некоторые другие моменты.
6. Уточняется тот момент, должен ли свободный конец фиксироваться на момент эксплуатации.
7. Определяется то, каким образом проводится крепление шарико-винтовой передачи к корпусу. Только при высокой жесткости конструкции обеспечивается требуемая точность позиционирования всех элементов конструкции.

Провести установку рассматриваемого устройства может исключительно специалист, обладающий соответствующей подготовкой. Это связано с важностью точностью позиционирования шарико-винтовой передачи.

В заключение отметим, что в продаже встречается просто огромное количество вариантов исполнения подобного устройства. Не все они могут применяться из-за различного показателя точности позиционирования основных элементов.

Источник

Шарико-винтовая передача движения

Для передачи усилия и движения могут применяться самые различные шарико-винтовые передачи. Наибольшее распространение получила шарико-винтовая передача. Она обеспечивает линейное передвижение привода, которое преобразует вращение в поступательное движение. Среди особенностей этого процесса можно отметить крайне малое трение, так как оно приводит к износу материала и существенному снижению КПД, нагреву трущихся элементов. Рассмотрим особенности этого процесса подробнее.

Функциональное предназначение и устройство

Как ранее было отмечено, шарико-винтовая пара применяется для передачи усилия и преобразования вращения в поступательное движение. Устройство характеризуется наличием нескольких элементов:

1. Стержень с винтовыми канавками.
2. Гайка с подходящей резьбой и размером.

Наибольшее распространение получили варианты исполнения, характеризующиеся резьбой с полукруглым профилем. Шариковые винтовые пары довольно просты в исполнении, что определяет их надежность и длительный срок эксплуатации.

Устройство шарико-винтовой передачи

Принцип работы

Винтовая пара характеризуется довольно простой конструкцией, которая работает следующим образом

1. На момент вращения гайки шарики перекатываются по созданным каналам.
2. Шарики способны поступательно перемещать гайку, выталкивая из резьбы. При этом есть перепускной канал, за счет которого происходит возращение шариков в исходное положение.
3. Перемещение шарика происходит по замкнутому контуру, который находится внутри гайки.
4. Наибольшее распространение получили варианты исполнения шарико винтовые передач, в которых канал возврата соединяется два соседних витка.

Встречаются самые различные варианты исполнения рассматриваемой конструкции. Они выбираются в зависимости от условий эксплуатации и предназначения. Примером можно назвать то, что в станкостроительстве используется шариковая винтовая передача с трехконтурной гайкой. Для этого создается специальный вкладыш, для которого создается окно овальной формы. Для снижения трения и повышения показателя КПД применяются сразу три вкладыша, размещаемые под углом 120 градусов относительно друг друга.

Быстроходные или скоростные ШВП

Современные станки и иное оборудование характеризуется высокой производительностью и универсальностью в применении. Как правило, усилие создается двигателем, который совершает вращательное движение. Для того чтобы преобразовать вращение в возвратно поступательное движение применяется винтовая передача. Обычное сочетание винта и гайки характеризуется менее высоким КПД, чем новые скоростные конструкции.

Быстроходная шариковая винтовая передача характеризуется следующими особенностями:

1. При изготовлении применяется материал, который характеризуется высокой износостойкостью. Слишком сильный износ приводит к потери точности.
2. Специальная шарико винтовая передача обеспечивает быстрое перемещение гайки.

Чаще всего скоростные ШВП устанавливаются на станки с ЧПУ. За счет их применения обеспечивается быстрое перемещение исполнительных органов.

Классификация

При изготовлении шарико винтовой передачи могут применяться самые различные технологии. В зависимости от их особенностей выделяют следующие виды конструкций:

1. 1. Катанные получаются при применении метода холодной катки. Как правило, подобная технология характеризуется меньшими затратами при ее применении. За счет этого соотношение цены и качества максимально высокое, то точность получаемых изделий низкая.
   2. Шлифованные – прецизионные изделия, которые после нарезания резьбы и закалки подвергаются шлифованию. За счет этого обеспечивается высокая степень гладкости. Большинство изделий из этой группы характеризуется повышенной точностью. Однако, процесс закалки и шлифования определяет существенное повышение стоимости изделия.

Виды шарико-винтовой передачи

Провести классификацию также можно по конструктивным особенностям:

1. При изготовлении стандартной шарико винтовой пары применяются стандарты DIN .
2. Прецизионные получают путем применения технологии шлифования. Конструкция может состоять из одной или двух гаек, которые предварительно натягивают.
3. Есть варианты исполнения, полученные шлифованием, с сепаратором. Подобная конструкция характеризуется наличием конструкции, за счет которой обеспечивается возврат шариков в начальное положение.
4. Шарико винтовая передача с вращающейся гайкой имеет встроенный подшипник, который обеспечивает точное перемещение подвижного элемента.
5. В рассматриваемую категорию также включается шлицевой вал с втулками шарикового типа. Подобная шарико винтовая конструкция характеризуется компактностью и простотой монтажа.
6. Вариант исполнения консольного типа. Применяется в случае, когда требуется компактная передача.

Подобная классификация учитывается при выборе требуемой конструкции.

Технические характеристики ШВП

При выборе шарико-винтовой передачи учитываются ее основные характеристики. Как правило, они следующие:

1. Протяженность стержня. Характеристики ШВП для оборудования с ЧПУ характеризуются максимальной длиной около 2-х метров. Это связано с тем, что слишком длинное изделие может деформироваться при точечном воздействии.
2. Линейное скоростное передвижение – основной показатель, который стоит учитывать.
3. Диаметр и шаг винта также можно назвать важными показателями. Именно они определяют то, какая нагрузка может оказываться.
4. Точность изделия, которая варьирует в пределе от С1 до С10.

Технические характеристики ШВП

Можно встретить также табличную информацию, которая применяется для определения основных характеристик.

Установка передачи

Выбор ШВП можно провести в процессе разбора конструкции и эскизного проектирования. Перед установкой винтореечной шариковой передачи проводится расчет:

1. Величины хода стола.
2. Необходимое усилие, которое должно быть на винте.
3. Выбирается наиболее подходящая длина винта.
4. Точность определяет, нужно ли проводить установку шарико винтовой передачи, полученного путем шлифования или холодного проката.
5. Определяются конструктивные особенности гайки: возврат шариков в исходное положение, нужен ли подшипник, какой должна быть гайка. Примером можно назвать то, что конструкция с одинарной гайкой обходится намного дешевле, но вариант исполнения с двойной более износостойкий.
6. Уточняется, должен ли надежно фиксироваться свободный конец.
7. Определяется то, как шарико винтовая передача соединяется с корпусом.

Шарико-винтовая передача перед установкой

После выбора подходящего варианта исполнения шарико-винтовой передачи проводится ее установка. Крепление может проводится при применении винтов и заклепок или путем сварки.

Область применения

Основные характеристики определяют широкое распространение ШВП. Примером можно различные узлы автомобилей и станки. Более наглядным применением ШВП можно назвать нижеприведенные случаи:

1. Изготовление привода станков ЧПУ. Современные варианты исполнения обладают несколькими линейными приводами. Примером можно назвать случай, когда станок Tornos имеет 14 управляемых осей.
2. КАМАЗ и некоторые другие автопроизводители применяют подобную рейку при изготовлении рулевого механизма. За счет этого упрощается процесс изменения положения тяжелых колес, которые отягощены грязью.
3. При производстве принтера и другого типографического оборудования устанавливается подобная рейка.

Шарико-винтовая передача на станке с ЧПУ

Как ранее было отмечено, в качестве основного источника усилия устанавливается двигатель. Вращение преобразуется рейкой в возвратно-поступательное движение, которое весьма распространено.

Преимущества ШВП перед остальными видами передач

Преимуществ у ШВП довольно много. Подобная конструкция характеризуется следующими достоинствами:

1. Низкий коэффициент трения, который достигается за счет применения шариков.
2. Более высокое значение КПД. Если сравнивать другие аналоги, которые могут передавать поступательное движение, то они существенно уступают. У многих вариантов исполнения ШВП имеет показатель КПД на уровне 90%.
3. Скольжение отсутствует по причине применения канавок с шариками. За счет этого также существенно повышается длительность эксплуатации.
4. Простота обслуживания и ремонта. При необходимости можно быстро добавить масло в зону хода винта. Смазывающее вещество равномерно распределяется по поверхности, за счет чего повышается эксплуатационный срок.
5. Высокая скорость перемещения, которую можно достигнуть за счет использования специальных вариантов исполнения ШВП.
6. Сниженное требование к приводу по показателю мощности. Это связано с низким сопротивлением хода винта.

Однако есть и несколько существенных недостатков, которые должны учитываться при выборе привода. Примером можно назвать высокую вероятность обратного хода при установке винта под большим углом или вертикально. Этот недостаток связан с тем, что трение минимальное.

Рассматриваемую шарико-винтовую передачу не рекомендуется использовать при создании ручных подач. Кроме этого, негативным фактором можно назвать высокую стоимость изделия, так как оно состоит из нескольких точных элементов. Для обеспечения низкой степени износа поверхность подвергается закалке, за счет чего стоимость изделия также повышается.

Источник