Шарико-гвинтова передача. Розрахунок гвинтової передачі

Гвинтова передача відноситься до розряду механічних. Основне призначення цієї операції - перетворення обертального руху у поступальний або навпаки. Даний вид передачі складається всього з двох елементів - гвинта і гайки.

Опис пристрою

Як вже було сказано, гвинтовий механізм передачі застосовується для перетворення руху. Найбільш поширеними прикладами використання даної системи стали такі пристосування, як домкрати, преси, металорізальні верстати, прокатні стани, вантажопідйомне обладнання і т. д. Також варто відзначити, що все це приклади перетворення обертального руху в поступальний. Але для зворотного процедури це пристосування використовується дуже рідко. Наприклад, механізм переміщення плівки фотоапарата працює за принципом зворотного перетворення руху.


Існує кілька переваг цієї системи: безшумна робота, плавне зачеплення, простота конструкції, можливість отримання великої сили. Проте є і ряд недоліків: досить часто гвинтова передача заїдає, а її коефіцієнт корисної дії, тобто ККД, низький.

Пристрій і види

В даний час є два основні пристрої системи. Перший тип містить нерухому гайку і рухливий гвинт, а другий тип, навпаки, має рухливу гайку і нерухомий гвинт. До першої категорії пристроїв можна віднести гвинтовий домкрат, а друга група використовується, наприклад, у ходових гвинтах верстатів і в інших пристроях. Існує також кілька видів гвинтових передач:

Система ковзання.

Система кочення, що характеризується тим, що гайка має канавки, в які поміщаються кульки.

Планетарні роликові передачі, вважаються досить перспективними, так як відрізняються високою точністю та жорсткістю.

Хвильовий вид передачі, він відрізняється досить малими поступальними рухами.

Гідростатична гвинтова передача, характеризується малим ступенем тертя, малим зносом і досить високою точністю.

Різьба і розрахунок

Крім того, що існує кілька видів системи, є також кілька типів різьблення для гайки і гвинти. Якщо необхідно забезпечити найменше тертя між деталями, то використовується прямокутний вид. Проте тут дуже важливо відзначити, що технологічність цього типу з'єднання досить низька. Іншими словами, нарізати таку різьбу на резьбофрезерном верстаті неможливо. Якщо порівнювати міцність прямокутної і трапецеїдальної різьби, то перша значно програє. З-за цього, розповсюдження і використання прямокутної різьби в гвинтової передачі сильно обмежена.


З цих причин, основним типом, який використовується для пристрою передавальних гвинтів, стала трапециідальна різьблення. У того типу є три види кроку - дрібний, середній, великий. Найбільшу популярність отримала система з середнім кроком. Розрахунок гвинтової передачі зводиться до розрахунку передавального співвідношення. Формула виглядає наступним чином: U=C/L=pd/pK. - Довжина кола, L - хід гвинта, p - крок гвинта, K - число заходів гвинта.

Шарико-гвинтова передача (ШВП)

ШВП - ця одна з різновидів лінійного приводу, яка також служить для того, щоб перетворювати обертальний рух в поступальний. Однак тут є і відмінність, яка полягає в тому, що цей тип системи характеризується дуже малим тертям.
Роль гвинта в таких системах виконує вал, який зазвичай виконаний з дуже міцної сталі. На своїй поверхні це пристрій має бігові доріжки зі специфічною формою. Саме таке пристосування здатне взаємодіяти із гайкою. Проте їх робота здійснюється не безпосередньо, як це відбувається у звичайній гвинтової передачі, а через маленькі кульки. Тут використовується принцип тертя кочення. Даний принцип взаємодії забезпечує дуже високі показники коефіцієнта корисної дії (ККД), а також високі перевантажувальні характеристики.

Застосування і розвиток ШВП

Шарико-гвинтова передача найчастіше використовується в такій галузі, як авіабудування, ракетобудування для переміщення рульових поверхонь, у транспортних засобах. Найбільш широкий спектр використання такої системи можна спостерігати в прецизионном машинобудуванні, зокрема, у верстатах з ЧПК. Історія створення такого гвинта є досить незвичайною, так як найперший найбільш точний кульковий гвинт був отриманий при використанні низкоточного звичайного гвинта. Пристрій мав наступний вигляд: на гвинт була змонтована невелика конструкція з декількох гайок, натягнутих пружиною, після чого вона була притерта по всій довжині. З'явилася можливість усереднити похибки кроку і гвинта і гайки, за допомогою переміщення елементів по основі, а також за допомогою зміни напрямку натягу.

Використання ШВП

Щоб досягти тривалого терміну служби кулькової гвинтової передачі, необхідно слідувати правилам експлуатації цієї системи. Щоб вона змогла на належному рівні зберегти всі свої показники, в тому числі і точність, дуже важливо стежити за чистотою робочого простору пристрою. На працюючу пару не повинні потрапляти такі абразивні частинки, як пил, стружка і т. д. Найчастіше такі проблеми вирішується тим, що на гвинт з гайкою встановлюють гофрозащиту з гумових або полімерних матеріалів. Це повністю виключає можливість забруднення. Якщо система працює у відкритому режимі, то цю задачу можна вирішити і іншим шляхом. У таких випадках монтується компресор, який під високим тиском подає очищене повітря на працюючу пару.
Оскільки система працює за принципом тертя кочення, то з'являється можливість попереднього натягу, яка дозволяє прибрати непотрібний люфт передачі. Люфт - це зазор, який утворюється між обертальним і поступальним рухом в той момент, коли воно змінює свій напрямок.

Якості передачі

Як і у будь-якої іншої системи, в цьому є свої переваги і недоліки. До мінусів пристрої відносять те, що є шанс на зворотну передачу, якщо кут роботи ШВП занадто великий. Це виникає з-за того, що тертя занадто мало, а тому гайка не блокується при підйомі. Вона передає лінійне зусилля в крутний момент. До того ж використовувати такі системи передачі на ручних пристосуваннях не рекомендується. До переваг відноситься те, що низький відсоток тертя зумовлює низьку диссипацию, що, в свою чергу, сильно підвищує ККД всієї системи. За цим показником ШВП перевершує будь-який інший аналог передачі, яка займається перетворення обертального руху в поступальний. Максимальний показник коефіцієнта корисної дії для найбільш поширених ШВП перевищує 90%. Для порівняння скажемо, що найбільш близькі до них метричні або гвинтові зубчасті передачі мають ККД максимум 50%. З-за того, що ковзання в шарико-гвинтової передачі практично відсутній, це позитивно позначається на збільшенні терміну служби ШВП і на економічності, так як час простою при ремонті, мастилі або заміни деталей, істотно знижується. Тому такі пристрої найбільш вигідні.

Виготовлення і точність

Найбільш високоточні гвинти для ШВП можна отримати тільки в процесі шліфування матеріалу. Є й інший спосіб отримання гвинта - це накатка. Вартість буде значно нижче, ніж при шліфуванні, але при цьому похибка вироби становитиме близько 50 мікрон на 300 мм ходу. Зауважимо, що найбільш високоточні шліфовані деталі характеризуються похибкою в 1-3 мікрона на 300 мм, а деякі ще менше. Щоб отримати заготовку для майбутнього гвинта, матеріал повинен пройти процес грубої механічної обробки, після цього він загартовується і шліфується до необхідного стану. Інструментальний вид ШВП найчастіше має точність до 250 нм на сантиметр. Щоб виготовити такі вироби, необхідно пройти процес фрезерування і шліфування. Здійснювати ці операції необхідно на дуже високоточному обладнанні. Вихідною сировиною для таких гвинтів є інвар або інварні сплави.