Как выбрать правильные типы шарико-винтовых пар

В этой статье описаны основныетипы шариковых винтовых парпо методу изготовления, классу точности, способу циркуляции шарика, конструкции гайки и размеру резьбы. Он также дает практические рекомендации по выбору для различных промышленных применений.

Что на самом деле делает шарико-винтовая передача - и почему выбор типа имеет значение

ШВП преобразует вращательное движение в линейное движение с помощью рециркулирующих шариков, которые катятся между валом с резьбой и гайкой. Поскольку шарики катятся, а не скользят, ШВП обеспечивает гораздо более высокий КПД (обычно 90 % или выше) по сравнению с традиционным ходовым винтом, и делает это с гораздо более высоким уровнем повторяемости.

Тем не менее, не все ШВП устроены одинаково. Накатанный винт C7 с одной гайкой и шагом 20 мм ведет себя совсем иначе, чем шлифованный винт C5 с двойной гайкой и шагом 5 мм -, даже если оба имеют одинаковый номинальный диаметр. Выбор неправильной комбинации может означать, что придется заплатить больше, чем необходимо, или выбрать винт, который не соответствует требованиям по точности или сроку службы.

В разделах ниже поочередно рассматривается каждое измерение.

1. Метод производства: прокат или шлифовка.

Метод изготовления является одним из наиболее важных способов классификации ШВП. Это напрямую влияет на точность, стоимость, время производства, качество поверхности и подходящий диапазон применения.

Прокатный шариковый винт

Катаная шарико-винтовая передача производится методом прокатки. Резьбовая канавка формируется путем прокатки штампов, что делает производство эффективным и-экономичным. Катаные ШВП широко используются в общепромышленных применениях, поскольку они обеспечивают стабильное движение при более экономичной цене.

Катаные ШВП подходят для оборудования автоматизации, упаковочного оборудования, деревообрабатывающих станков, фрезерных станков с ЧПУ, 3D-принтеров и систем общего переноса или позиционирования, где не требуется сверх-высокая точность шага.

Для продукции DLY обычно используются холоднокатаные-ШВП.Класс точности C7. Их часто выбирают, когда машине требуется надежное движение, достаточная точность, более короткие сроки поставки и лучший контроль затрат.

Заземленный шариковый винт

Шлифовальная ШВП изготавливается путем прецизионного шлифования. Этот процесс обеспечивает более высокую точность направляющих, более гладкую поверхность дорожек качения и более стабильные характеристики движения для высокоточных-приложений.

ШВП обычно используются в прецизионных станках с ЧПУ, шлифовальных станках, контрольном оборудовании, измерительных приборах, полупроводниковом оборудовании и высокоточных-системах позиционирования.

Для продуктов DLY обычно используются шлифованные ШВП.Класс точности C5. Их выбирают, когда требуется более высокая точность позиционирования и лучший контроль ошибок опережения.

Как принять решение: если ваше приложение требует повторяемости положения лучше ±0,05 мм, базовым требованием является заземление. Для общей автоматизации, где допуск на позиционирование составляет ±0,1 мм или больше, катаные винты предлагают хорошее соотношение цены и качества без ущерба для надежности. Избегайте чрезмерных-определений: винт заземления C3, работающий в загрязненной или плохо смазанной среде, не будет превосходить по характеристикам правильно обслуживаемый катанный винт C7.

2. По степени точности

Класс точности шарико-винтовой передачи в основном связан с точностью шага и производительностью позиционирования. Более высокие классы точности используются, когда станку требуется более жесткий контроль позиционирования, лучшая повторяемость и меньшая погрешность шага.

Общие классы точности ШВП включают C0, C1, C2, C3, C5, C7 и C10. Как правило, чем меньше номер класса, тем выше требования к точности и выше стоимость производства.

Однако не всегда необходима более высокая точность. Уровень точности должен соответствовать конструкции машины, точности направляющих, опоре подшипника, поверхности установки, системе управления, нагрузке и рабочей среде.

3. Метод циркуляции шаров: как возвращаются шары

Внутри гайки шарико-винтовой передачи шарики перемещаются по резьбе и должны постоянно возвращаться в начало контура, чтобы обеспечить непрерывное движение. Метод, используемый для возврата шариков, оказывает существенное влияние на скоростные характеристики шнека, уровень шума, диапазон установки и пригодность для различных условий нагрузки.

Внешняя циркуляция трубки

Шарики выходят из гайки через дефлектор, проходят через внешнюю возвратную трубку, установленную снаружи корпуса гайки, и снова-поступают в контур на другом конце. Это надежная, хорошо-проверенная конструкция, которую легко производить и обслуживать.

Конструкция с внешней трубкой хорошо выдерживает большие нагрузки, поскольку геометрия возвратного пути позволяет использовать шарики большего размера и несколько контуров. Они широко используются в тяжелых-осях с ЧПУ, фрезерных станках и промышленных прессах.

Недостаток заключается в том, что внешняя возвратная трубка увеличивает внешний диаметр гайки. На компактных машинах это может создать проблемы с зазором.

Внутреннее кровообращение

В конструкциях с внутренней циркуляцией шарики возвращаются через каналы, выточенные в самом теле гайки, с помощью дефлекторов, которые перенаправляют шарики из конца одного контура в начало следующего, не покидая оболочки гайки.

Такая конструкция позволяет получить более компактную гайку с меньшим внешним диаметром, что полезно при ограниченном пространстве для установки. Внутренний путь также обеспечивает более плавную работу с низким-шумом на умеренных скоростях.

Внутренняя циркуляция обычно используется в гравировальных станках, медицинских системах позиционирования и компактных модулях автоматизации.

Возврат торцевой крышки (также называемый дефлекторным-типом или высокоскоростным-высокоскоростным)

В конструкциях торцевых крышек на каждом конце гайки используются торцевые крышки точной формы для перенаправления шариков. Такая геометрия позволяет шарикам двигаться с более высокими скоростями, снижая шум и вибрацию, и обычно обеспечивает более высокие значения Dm·N (совокупное измерение диаметра и скорости), чем трубчатые или внутренние конструкции.

Это предпочтительная конструкция для высокоскоростных-приложений: быстро-передвижных порталов, станков лазерной резки, высоко-систем захвата-и-размещения. Конструкции торцевых крышек также хорошо сочетаются с уплотнителями стеклоочистителей и функциями защиты от пыли.

Возврат спиральной канавки

В конструкциях со спиральной канавкой обратный путь интегрирован непосредственно в корпус гайки в виде винтовой канавки, проходящей параллельно резьбе. Эта компактная геометрия подходит для миниатюрных винтов с небольшим шагом, когда традиционные методы возврата непрактичны.

Эта конструкция используется в приложениях точного-позиционирования: прецизионные винты небольшого-диаметра в медицинских приборах, оптических системах и оборудовании для обработки полупроводников.

4. Структура гайки: одинарная гайка или двойная гайка

Конструкция шариковой гайки влияет на контроль люфта, жесткость, пространство для установки, стоимость и техническое обслуживание. Распространенные конструкции гаек включают одинарную гайку, двойную гайку и лево/правостороннюю-гайку.

ШВП с одной гайкой

ШВП с одной гайкой является наиболее распространенной и экономичной конструкцией. Он компактен, прост в установке и подходит для многих стандартных автоматических и общепромышленных машин.

Конструкции с одной гайкой подходят, когда требуется стабильное движение, но не требуется чрезвычайно высокая жесткость или строгий контроль люфта.

Когда одинарная гайка — правильный выбор:

• 
  Стандартные приложения позиционирования с умеренными требованиями к точности
  Приложения, в которых небольшой осевой зазор допустим или компенсируется системой управления.
  Конструкции,-чувствительные к затратам, в которых не требуется жесткость двойной-гайки
  Оси с ограниченным пространством-, где длину гайки необходимо свести к минимуму

Серия SFU представляет собой конструкцию с одной фланцевой-гайкой и возвратным шариком на торцевой крышке, подходящую для широкого спектра приложений с ЧПУ и автоматизации. Он доступен диаметром от 12 до 80 мм с выводами от 4 до 20 мм.

ШВП с двойной гайкой

В шарико-винтовой передаче с двойной гайкой используются две гайки для создания предварительного натяга и повышения жесткости. Его часто выбирают, когда требуется лучший контроль люфта и более высокая стабильность позиционирования.

Конструкции с двойной гайкой подходят для станков с ЧПУ, прецизионных позиционирующих осей, систем с тяжелыми-нагрузками, а также для применений, где важна осевая жесткость. Обычно они требуют больше места для установки и более высокую стоимость, чем конструкции с одной гайкой.

Когда двойная гайка — правильный выбор:

• 
  Области применения, в которых люфт должен быть нулевым или близким к-нулю: высокоточные-оси с ЧПУ, шлифовальные станки, электроэрозионное оборудование.
  Оси, подверженные реверсивным нагрузкам, зазор которых может привести к ошибке положения в точке реверса.
  Высокие-требования к жесткости, когда шарико-винтовая передача является частью траектории нагрузки на конструкцию.
  Вертикальные оси, где вес груза создает устойчивую предварительную нагрузку вниз при обратном ходе.

Что не исправит двойная гайка: предварительная нагрузка против люфта увеличивает трение и выделяет больше тепла. Перегруженная или недостаточно смазанная двойная гайка изнашивается быстрее, чем одинарная гайка правильного размера. Выбор двойной гайки должен основываться на требованиях к жесткости и люфту, а не на предположении, что больший предварительный натяг всегда лучше.

Левая/правая-гайка, шариковый винт

Лево-/правосторонняя-ШВП может создавать противоположные направления движения на одном и том же валу винта. Такая конструкция часто используется в механизмах, требующих синхронного открытия и закрытия или симметричного движения.

Типичные области применения включают зажимные устройства, центрирующие механизмы, регулировочные устройства и специальное оборудование для автоматизации.

5. Выбор отведения: соответствие скорости, силы и разрешения.

Шаг — это осевое расстояние, которое проходит гайка за полный оборот винта. Оно напрямую влияет на три вещи: достижимую линейную скорость, доступную силу тяги и разрешение позиционирования.

Скорость: при заданной скорости двигателя больший шаг обеспечивает более высокую линейную скорость. Если ваша ось должна двигаться со скоростью 1000 мм/с, а двигатель работает со скоростью 3000 об/мин, минимальный требуемый шаг составляет: 1000 мм/с × 60 ÷ 3000 об/мин=20мм.

Сила: при том же крутящем моменте двигателя меньший шаг обеспечивает большую тягу. Ходовой винт диаметром 5 мм создает в четыре раза большее усилие, чем ходовой винт диаметром 20 мм, приводимый в движение тем же двигателем, поскольку механическое преимущество больше.

Разрешение: Меньший шаг означает более точное позиционирование на шаг двигателя или счетчик энкодера. Это важно в приложениях, где разрешение системы управления должно быть высоким.

Малый ходовой шариковый винт

ШВП с малым ходом обычно имеют ход менее 5 мм. Они подходят для применений, требующих точного позиционирования, высокой тяги и лучшего управления на более низкой скорости.

Типичные области применения включают прецизионную регулировку, подъем по оси Z-, медицинское оборудование, лабораторные инструменты и небольшие платформы позиционирования.

ШВП среднего размера

ШВП со средним шагом обычно имеют ход от 5 до 20 мм. Они обеспечивают баланс между скоростью, тягой и точностью позиционирования.

Этот тип широко используется в станках с ЧПУ, средствах автоматизации, упаковочном оборудовании, деревообрабатывающих станках и общепромышленных системах перемещения.

Большой ходовой шариковый винт

Большие ходовые ШВП обычно имеют ход более 20 мм. Они используются, когда требуется высокая линейная скорость.

Большие ходовые винты подходят для высокоскоростных-переносов, систем подачи с длинным-ходом, загрузки и разгрузки, а также быстрых автоматических осей. Однако при использовании большего упреждения следует тщательно проверять разрешение позиционирования и усилие.

Важные замечания по вертикальным осям:По вертикальной оси на груз непрерывно действует сила тяжести. Большой-ходовой винт может двигаться назад-под действием силы тяжести, когда двигатель не выдерживает крутящий момент - это физическое свойство геометрии ходового винта, а не дефект. Любая вертикальная ось с шагом выше примерно 10–12 мм должна быть оценена на предмет риска-движения задним ходом, и если движение назад- вызывает беспокойство, в конструкцию необходимо включить моторный тормоз или механический противовес. Это требование безопасности, а не просто соображения производительности.

Руководство по быстрому выбору различных типов ШВП

После понимания различных типов ШВП следующим шагом будет сопоставление типа с фактическими требованиями машины. В таблице ниже приведены практические рекомендации.

Ссылка на тип шарико-винтовой передачи DLY

DLY поставкикатаные шариковые винты, шлифованные шариковые винты, одинарные гайки, двойные гайки,подразделения поддержкии индивидуальная обработка торцов для станков с ЧПУ, средств автоматизации, упаковочного оборудования, медицинского оборудования и промышленных систем перемещения.

Для ШВП DLY обычно используются холоднокатаные-ШВП.Класс точности C7и шлифованные ШВП обычноКласс точности C5. Материал вала шарико-винтовой передачиS55C, а материал шариковой гайки20КрМо.

При выборе правильного типа шарико-винтовой передачи следует учитывать вместе диаметр, шаг шага, класс точности, структуру гайки, метод циркуляции, предварительный натяг, опорные узлы, конечную обработку, нагрузку, скорость и пространство для установки.

Заключение

Существует много типов ШВП, каждый из которых предназначен для различных требований к оборудованию. Катаные ШВП подходят для экономичного-общего перемещения, а шлифованные ШВП используются для более высокой точности и точности хода. ШВП C7 широко распространены в автоматизации и общепромышленном оборудовании, тогда как ШВП C5 больше подходят для прецизионных станков с ЧПУ, систем контроля и осей позиционирования высокой-точности.

На окончательный выбор также влияют способ циркуляции шарика, конструкция порожка и размер поводка. Внешнюю циркуляцию можно использовать для более крупных или тяжелых-нагрузочных систем, внутреннюю циркуляцию полезно использовать для компактных конструкций, возврат торцевой крышки обеспечивает плавное и-скоростное движение, а двойные гайки помогают улучшить жесткость и контроль люфта при приложении правильной предварительной нагрузки.

Правильный тип ШВП следует выбирать в соответствии с нагрузкой, скоростью, точностью, ходом, пространством для установки, жесткостью, стоимостью и рабочей средой. Вместо того, чтобы выбирать только по одному параметру, лучше просмотреть всю систему движения, прежде чем утверждать окончательную модель.