Шариковые винтовые передачи (ШВП)

Шариковая винтовая передача – наиболее распространенная разновидность передачи винт-гайка качения (винтовая пара с промежуточными телами качения: шариками или роликами).

Функционально ШВП(шарико-винтовая передача) служит для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное (и наоборот).
ШВП обладает всеми основными техническими преимуществами передачи винт-гайка скольжения, и при этом не имеет ее главных недостатков, таких как низкий КПД, повышенные потери на трение, быстрый износ.

Конструктивно ШВП состоит из винта и гайки с винтовыми канавками криволинейного профиля. Канавки служат дорожками качения для размещенных между витками винта и гайки шариков. Перемещение шариков происходит по замкнутой траектории – при вращении винта шарики вовлекаются в движение по винтовым канавкам, поступательно перемещают гайку и через перепускной канал (канал возврата) возвращаются в исходное положение. Каналы возврата выполняются в специальных вкладышах, которые вставляются в соответствующее окно гайки, по числу рабочих витков.

При работе передачи шарики, пройдя по винтовой канавке на винте свой виток, выкатываются из резьбы в перепускной канал вкладыша, переваливают через выступ резьбы и возвращаются в исходное положение на тот же или на соседний (в зависимости от конструкции) виток. Для передач с многозаходной резьбой применяется особый тип исполнения гайки.

Число рабочих витков в ШВП обычно составляет от 1 до 6. Большее число витков применяется только в сильно нагруженных передачах, например, тяжелых станков.

Основные достоинства шариковинтовой передачи:

• малые потери на трение;
• высокая нагрузочная способность при малых габаритах;
• размерное поступательное перемещение с высокой точностью;
• высокое быстродействие;
• плавный и бесшумный ход.

К недостаткам шариковинтовой передачи можно отнести:

• сложность конструкции гайки;
• ограничение по длине винта (из-за накапливаемой погрешности);
• ограничение по скорости вращения винта (из-за вибрации);
• высокую стоимость (исполнения с шлифованным винтом).

В зависимости назначения и условий работы ШВП подразделяются на передачи с зазором и передачи с натягом. В первых осевой зазор всегда выбирается в одну сторону под действием осевой силы (силы тяжести, силы сопротивления перемещаемого узла и пр.). Во вторых зазор устраняется при сборке путем предварительного нагружения элементов передачи силой, обеспечивающей необходимую осевую жесткость.

С целью устранения осевого зазора в паре винт-гайка и повышения жесткости и точности перемещения шарико-винтовые передачи собирают с предварительным натягом. Преднатяг усредняет периодические ошибки шага винта и стабилизирует положение оси гайки относительно оси винта. В зависимости от конструкции преднатяг обеспечивается либо подбором шариков большего диаметра (для профиля типа "стрельчатая арка"), либо установкой двух гаек в одном корпусе с последующим относительным осевым смещением. Конструкция с двумя гайками обеспечивает возможность регулирования натяга.

Под действием переменных контактных напряжений в ШВП происходит старение и усталостное повреждение рабочих поверхностей, приводящее со временем к появлению раковин, отслаиванию и выкрашиванию. Вследствие местных пластических деформаций (возникающих под действием ударных или закритичных статических нагрузок) может происходить смятие поверхностных дорожек. Из-за повышенного скольжения в контакте шариков с поверхностями винта и гайки или под действием посторонних частиц (пыли) может усилиться изнашивание.

Для предупреждения преждевременного усталостного выкрашивания, пластического деформирования и изнашивания, влияющих на точность, скорость перемещения и другие характеристики ШВП, применяется комплекс защитных мер, в том числе смазка и защита винта и подвижных элементов от пыли, влаги и механических частиц. Одной из наиболее эффективных мер служит специальная физико-химическая обработка компонентов ШВП, обеспечивающая увеличение твердости поверхностного слоя и сохранение точностных характеристик (азотирование, обработка токами СВЧ и пр.).

По способу производства ШВП делятся на 2 группы: катаные (получают методом проката) и шлифованные (получают методом многоступенчатого шлифования). Шлифованные шарико-винтовые передачи имеют на порядок более высокую точность, при этом и цена их существенно выше.

Шариковинтовые передачи (ШВП) применяют в исполнительных механизмах, в следящих системах и в ответственных силовых передачах (станкостроение, робототехника, авиационная и космическая техника, атомная энергетика и др.).

Благодаря компактным размерам и простоте конструкции ШПВ могут быть легко интегрированы в различные машины и механизмы, в том числе с гидравлическим и пневмоприводом.

Одно из самых перспективных сегодня направлений использования ШВП в машиностроении – создание и использование на их основе готовых мехатронных узлов перемещения (линейных модулей). Такие узлы, или модули, могут включать в свой состав, помимо ШВП, алюминиевый или стальной профиль (в качестве внутренней несущей рамы или несущего корпуса), приводной электродвигатель, контрольно-измерительные приборы и элементы управления.

Для решения различных инженерных задач в области обеспечения точного линейного перемещения и связанных с построением (модернизацией, ремонтом) станков, машин и механизмов, в том числе с нестандартными характеристиками, специалисты компании "Сервотехника" рекомендуют продукцию компании SBC. Шариковые винтовые передачи SBC и другие компоненты трансмиссии поставляются как по отдельности, так и в составе пакетных инженерных решений.