Введення у ШВП: Що таке кулько-гвинтова пара?

Введення у ШВП: Що таке кулько-гвинтова пара?

Що таке ШВП?

Кулько-гвинтова пара (ШВП) — це механічний пристрій, призначений для перетворення обертального руху на лінійний і навпаки. Основний принцип роботи ШВП полягає в катанні кульок гвинтовими канавками, що забезпечує високу точність і ефективність передавання руху. Основними компонентами ШВП є гвинт, гайка та кульки, які забезпечують тертя, що котиться, та мінімальний люфт.

Принцип роботи кулько-гвинтової пари

Принцип роботи ШВП ґрунтується на взаємодії гвинта та гайки, між якими розміщені кульки. Коли гвинт обертається, кульки котяться гвинтовими канавками, переміщаючи гайку вздовж осі гвинта. Це дає змогу перетворити обертальний рух на лінійний. Зворотний процес також можливий: під час переміщення гайки лінійний рух перетворюється на обертальний.

Основні компоненти ШВП

• Винт: Основний елемент, на якому нанесені гвинтові канавки.
• Гайка: Взаємодіє з гвинтом і містить канавки, що відповідають канавкам гвинта.
• Кульки: Розміщені між гвинтом і гайкою, забезпечуючи тертя, що котиться.

Переваги та застосування ШВП

Переваги використання ШВП

1. Висока точність: ШВП забезпечує точне позиціювання завдяки мінімальному люфту між гвинтом і гайкою.
2. Високий ККД: Тринні кульки, що котиться, неабияк знижують втрати енергії, порівнюючи з ковзним тертям.
3. Довговічність: Завдяки меншому зносу компонентів, ШВП має тривалий термін експлуатації.
4. Великі навантаження: ШВП здатна витримувати чималі осьові навантаження, що робить її ідеальною для важких умов експлуатації.
5. Висока швидкість: ШВП забезпечує високошвидкісне переміщення, що особливо важливо у високотехнологічних галузях.

Основні галузі застосування

• Верстати: Використовуються в верстатах із ЧПК для забезпечення точного позиціювання інструментів.
• Робототехніка: Застосовуються в роботах для виконання точних лінійних переміщень.
• Медичне обладнання: Використовуються в пристроях, що вимагають високої точності та надійності, наприклад, у хірургічних роботах.

Вибір і встановлення ШВП

Як вибрати відповідну ШВП для вашого обладнання

Під час вибору ШВП необхідно враховувати кілька ключових параметрів:

1. Діаметр гвинта: Визначає міцність і здатність витримувати навантаження.
2. Крок гвинта: Впливає на швидкість лінійного переміщення та точність позиціювання.
3. Клас точності: Залежно від вимог до точності, вибирається відповідний клас (від C0 до C10).
4. Матеріали та покриття: Важливі для забезпечення довговічності та стійкості до корозії.

Класи точності ШВП

Компанія ТОВ ГП-ТЕХ пропонує ШВП класу C5, C7  виробництва Німеччина та Китай, з термінами постачання до 30 днів. Клас точності C0, C1, C2, C3, C4 тільки виробництва Тайвань з термінами постачання від 2 місяців. Наша компанія має великий асортимент ШВП в наявності на складі в Києві, діаметром від 10 до 63 мм, будь-якої довжини. Також різаємо ШВП будь-якого діаметра безплатно на будь-яку довжину.

Важливі параметри під час вибору

• Навантаження: Розрахувати максимальне осьове навантаження, яке має витримувати ШВП.
• Швидкість: Визначити необхідну швидкість лінійного переміщення.
• Умови експлуатації: Враховувати умови експлуатації (температура, вологість, агресивність серед).

Приклад розрахунку навантаження і швидкості для ШВП

ШВП діаметром 16 мм і кроком 5 мм

• Діаметр гвинта: 16 мм
• Крок гвинта: 5 мм

Розрахунок максимального навантаження

Формула для розрахунку граничного осьового навантаження (F_a):

де:

·         d — діаметр гвинта,

·         n — кількість кульок,

·         C — динамічна вантажність,

·         L10 — розрахунковий термін експлуатації (зазвичай приймається 1 млн обертів).

Припустимо, що для гвинта діаметром 16 мм і кроком 5 мм динамічна вантажність C становить 5 кН, а кількість кульокè — 50. Тоді розрахунок має такий вигляд:

Розрахунок швидкості лінійного переміщення

Формула для розрахунку швидкості лінійного переміщення (V):

V=n⋅P

де:

• n — частота обертання (об/хв),
• P — крок гвинта.

За частоти обертання 1000 об/хв і кроку 5 мм:

V=1000⋅5=5000 мм/хв

Як дізнатися кількість кульок у гайці

Якщо в каталозі немає інформації про кількість кульок, ви можете скористатися емпіричною формулою:

Скажімо, ви маєте ШВП із діаметром гвинта d=16 ммd і діаметром кульки D=2 мм

Розрахуйте кількість кульок (n):

Цей розрахунок є приблизним і може варуватися залежно від конкретної конструкції гайки.

ШВП діаметром 25 мм і кроком 25 мм

• Діаметр гвинта: 25 мм
• Крок гвинта: 25 мм

Розрахунок максимального навантаження

Припустимо, що для гвинта діаметром 25 мм і кроком 25 мм динамічна вантажність C становить 15 кН, а кількість кульок n — 60. Тоді розрахунок має такий вигляд:

Розрахунок швидкості лінійного переміщення

За частоти обертання 1000 об/хв і кроку 25 мм:

V=1000⋅25=25000 мм/хв

Системи кріплення ШВП

1. Підшипникова опора ШВП
   • Фіксована опора: Забезпечує жорстку фіксацію одного кінця гвинта.
   • Підтримувальна опора: Підтримує гвинт з іншого боку, даючи змогу йому вільно обертатися.
2. Типи підшипникових опор ШВП
   • Опори типу BKВикористовуються для жорсткої фіксації гвинта з одного боку.
   • Опори типу BF: Підтримувальні опори забезпечують вільне обертання з іншого боку.
   • Опори типу FK і FF: Компактні опори для обмежених просторів.
   • Опори типу EK і EF: Високоточні опори для застосувань, що вимагають високої точності.

Таблиця параметрів ШВП

Поява параметрів таблиці

• Type: Модель ШВП, яка містить інформацію про діаметр, крок та інші характеристики.
• LeadКрок гвинта (мм) — це відстань, на відстань, на яку гайка переміщається за один повний оберт гвинта.

• Length: Довжина гвинта (мм).
• Fluctuation: Допустимі коливання (мікрон) — це міра відхилення від ідеальної траєкторії руху.
• ds: Діаметр вала ШВП із різзю (мм).
• dk: Діаметр вала без різі (мм).

Таблиця параметрів гайок для ШВП

Поява параметрів таблиці

·         Type: Модель гайки.

·         PКрок гвинта (мм) — відстань, на яку гайка переміщається за один повний оберт гвинта.

·         ds: Діаметр вала (мм).

·         D: Зовнішній діаметр гайки (мм).

·         D1: Діаметр фланця гайки (мм).

·         L: Довжина гайки (мм).

·         Cdynam: Динамічна вантажність (Н) — максимальне навантаження, яке гайка може витримувати під час руху.

·         C0: Статична вантажність (Н) — максимальне навантаження, яке гайка може витримувати в статичному положенні.

·         Axial play max.: Максимальний осьовий люфт (мм) — максимальне допустиме зміщення гайки вздовж осі гвинта.

·         Mass: Маса гайки (кг).

Висновки

Кулько-гвинтові пари (ШВП) відіграють важливу роль у механічних системах, що вимагають високої точності та ефективності. Їх переваги містять високу точність, довговічність, можливість витримувати великі навантаження й забезпечувати високу швидкість лінійного переміщення. Під час вибору та встановлення ШВП важливо враховувати параметри навантаження, швидкості, умов експлуатації та правильно підбирати системи кріплення.

Компанія ТОВ ГП-ТЕХ пропонує широкий асортимент ШВП різних класів точності та виробництва, що дає змогу задовольнити потреби різних сфер застосування. Наша компанія має великий асортимент ШВП на наявності на складі в Києві та надає послуги з безплатного порізу ШВП на будь-яку довжину.

У таблицях наведені основні параметри ШВП і гайок, що дасть змогу вам зробити обґрунтований вибір під час підбору обладнання для вашого виробництва. Сподіваємося, що ця інформація буде корисною для вас і допоможе у виборі оптимальних рішень для ваших завдань.

Поява позначень FSCDIN, DFSCDIN, FSIDIN

• FSCDIN: Гайка з фланцем за стандартом DIN, призначена для використання з кулько-гвинтовими передачами. Забезпечує високий рівень точності та надійності. Підходить для більшості стандартних застосувань.
• DFSCDIN: Подвійна гайка з фланцем за стандартом DIN. Забезпечує ще більшу жорсткість і стійкість проти одиночної гайки. Використовується у випадках, коли потрібна підвищена точність і навантажувальна здатність.
• FSIDIN: Гайка з фланцем за стандартом DIN, призначена для використання в особливих умовах експлуатації. Забезпечує високий рівень захисту від забруднень та інших несприятливих чинників довкілля. Підходить для важких умов експлуатації та промислових застосувань.

Таблиця міжнародних стандартів точності для кулько-гвинтових передач

Поява параметрів

• Grade: Ступінь точності кулько-гвинтового передавання. Визначає максимальне допустиме відхилення для певного класу точності.
• Ground (шліфовані): Кулько-гвинтові передачі, виготовлені з використанням процесу шліфування. Забезпечують високу точність і мінімальні відхилення.
• Rolled (катані): Кулько-гвинтові передачі, виготовлені методом прокатки. Зазвичай мають вищі допуски відхилень, порівнюючи зі шліфованими.

Позначення класів точності

• C0, C1, C2, C3, C4, C5: Класи точності для шліфувальних кулько-гвинтових передач. Ці класи характеризуються низькими значеннями відхилень і використовуються у високоточних застосуваннях.
• C6, C7, C8, C10Класи точності для катаних кулько-гвинтових передач. Ці класи мають вищі значення відхилень і підходять для менш точних застосувань.

Поява значень

• ISO, DIN: Міжнародні стандарти ISO та німецькі стандарти DIN. Мають максимальні допустимі відхилення для кожного класу точності в мікрометрах (мкм).
• JIS: Японський промисловий стандарт (Japanese Industrial Standards). Має максимальні допустимі відхилення для кожного класу точності в мікрометрах (мкм).
• HIWINСтандарти точності для продукції компанії HIWIN. Мають максимальні допустимі відхилення для кожного класу точності в мікрометрах (мкм).

·         Таблиця застосування класів точності для кулько-гвинтових передач

Рекомендації застосування різних класів точності ШВП для різного класу та типу обладнання, для максимальних швидкісних характеристик.