Шарико-винтовые передачи, базовые и технические данные
Шарико-винтовые пары, именуемые таже шарикоподшипниковыми винтами или
рециркуляционными шариковыми винтами, состоят из ходового винта и гайки, интегрированной с шариками, а также механизма возврата шариков, возвратных трубок или возвратных колпачков. Шарико-винтовые пары являются наиболее распространенным типом винтов, используемых в промышленном оборудовании и прецизионных станках. Основная функция ШВП — преобразование вращательного движения в линейное движение или крутящего момента в тягу и наоборот, гарантируя при этом высокую точность, реверсивность и эффективность.
Сочетание самых современных технологий обработки, производственного опыта и инженерных знаний наделяет всех пользователей ШВП огромными преимуществами. В процессе производства ШВП используются передовые технологии, создающие точные профили канавок путем шлифования или прецизионной прокатки. А благодаря термической обработке обеспечивается идеальная твердость ШВП, гарантирующая максимальную грузоподъемность и срок службы.
Прецизионные ШВП обеспечивают максимально плавное и точное движение, низкий крутящий момент, высокую жесткость и бесшумность хода, а также увеличенный срок службы. Катаные ШВП также обеспечивают плавное движение и длительный срок службы, часто используются там, где предельная точность не столь важна, характеризуясь при этом привлекательно низкой стоимостью.
Преимущества ШВП
Использование ШВП имеет множество преимуществ, таких как высокая эффективность и реверсивность, отсутствие люфта, высокая жесткость, высокая точность шага и многое другое. По сравнению с ходовыми винтами с контактной резьбой, как показано на (рис.1), шариковинтовая передача добавляет шарики между гайкой и шпинделем. Таким образом, трение скольжения обычного винта заменяется вращением шариков. Основные характеристики и вытекающие из них преимущества ШВП перечислены более подробно ниже.
1. Высокая эффективность и обратимость
КПД шариковых винтов может достигать 90% благодаря контакту качения между винтом и гайкой. Таким образом, требуемый крутящий момент составляет примерно одну треть от требуемого крутящего момента для обычных винтов. Из рис.2 видно, что механический КПД ШВП значительно выше, чем у обычных ходовых винтов. Шарико-винтовые пары HIWIN имеют суперобработанную поверхность направляющих шариков, что снижает контактное трение между шариками и направляющими шариков. Благодаря равномерному контакту и перекатыванию шариков по направляющим достигается низкая сила трения и повышается эффективность ШВП. Высокая эффективность обеспечивает низкий крутящий момент при движении ШВП. Следовательно, для работы требуется меньшая мощность приводного двигателя, что обеспечивает снижение эксплуатационных затрат.
2. Отсутствие люфта и высокая жесткость.
Для станков с числовым программным управлением (ЧПУ) требуются ШВП с нулевым осевым люфтом и минимальной упругой деформацией (высокой жесткостью). Люфт устраняется специальной шариковой направляющей в форме готической арки (рис.3) и предварительной нагрузкой.
Для достижения высокой жесткости и повторяемости позиционирования в станках с ЧПУ обычно используется предварительная нагрузка ШВП. Однако чрезмерная предварительная нагрузка увеличивает и момент трения в работе. Этот индуцированный момент трения является причиной выделения тепла и сокращения срока службы. Но благодаря специальному проектированию и процессу изготовления ШВП гарантируется отсутствие люфта и с минимальные тепловые потери.
3. Высокая точность по шагу
Для сфер, требующих высокую точность, современное оборудование позволяет достичь стандартов ISO, JIS и DIN или особых требований заказчика.Эта точность гарантируется за счёт использования точного лазерного измерительного оборудования.
4. Прогнозируемый срок службы
В отличие от продолжительности срока службы обычных винтов, который определяется степенью износа контактных поверхностей, ШВП обычно можно использовать до тех пор, пока металл не «устанет». Благодаря особому вниманию, уделяемому конструкции, качеству материалов, термообработке и изготовлению, ШВП зарекомендовали себя как надежные и безотказные
устройства на протяжении всего срока службы.
Срок службы любой ШВП зависит от нескольких факторов, включая конструкцию, качество,
техническое обслуживание и главный фактор — динамическую осевую нагрузку.
Точность профиля, характеристики материала и твердость поверхности являются основными факторами, влияющими на динамическую осевую нагрузку.
Общепринято, чтобы срок службы при средней осевой нагрузке составлял минимум 1x106 об/мин. Высококачественные ШВП разработаны в соответствии с рейтингом B (т.е. вероятность достижения расчетного срока службы составляет 90%). Срок службы пятидесяти процентов ШВП может превышать расчетный срок службы в 2–4 раза.
5. Низкий пусковой момент и плавный ход.
Из-за контакта металла с металлом обычные ходовые винты с контактной резьбой требуют большого пускового усилия для преодоления пускового трения. Однако из-за контакта с шариком качения ШВП требуется лишь небольшая пусковая сила, чтобы преодолеть пусковое трение.
Используя специальные конструктивные параметры для шариковых направляющих (коэффициент соответствия) и технологию производства, достигается необходимый крутящий момент двигателя, при котором сохраняется заданный диапазон крутящего момента.
За счёт специального оборудования контролируется профиль шариковой дорожки, что позволяет проверять каждый профиль шариковой дорожки в процессе производства. Пример дорожки показан на рис. 4
Для точного измерения момента трения ШВП также используется компьютерное измерительное оборудование. Типичная диаграмма «расстояние-момент» представлена на рис.
6. Уровень шума
Высококачественные станки требуют низкого уровня шума при быстрой подаче и тяжелых нагрузках.
Этот параметр чётко учитывается благодаря действующей системе возврата, конструкции шариковых направляющих, технике сборки и тщательному контролю качества поверхности и размеров.
7. Преимущества перед гидравлическими и пневматическими приводами
Шарико-винтовая передача, используемая в приводе вместо традиционного гидравлического или пневматического привода, имеет множество преимуществ.
Это и быстрый отклик, и отсутствие утечек, и отсутствие фильтрации, а также экономия энергии и хорошая повторяемость.
