Шарико-винтовые передачи (ШВП) для ЧПУ

• Цена: $ 43.99 за 1 метр (SFU1605-1000)

Обзор на специфический товар: комплекта ШВП типа SFU1605-1000 в качестве элементов передач ЧПУ станка. В обзоре будет краткая информация о том, что такое ШВП и как ее применять Собственно говоря, при попытке рассчитать и построить любительский ЧПУ станок (фрезер) своими силами столкнулся с тем, что у нас либо дорогие комплектующие для станков, либо не совсем то, что нужно. А конкретно, была проблема с приобретением ходового винта или ШВП в качестве элементов передачи по осям станка.Существуют следующие типы передач для ЧПУ:

1. ременные применяются вместе с шестернями в основном для лазеров, так как у лазера легкая «головка»
2. зубчатые. Это прямозубые или косозубые зубчатые рейки и шестерни для перемещения по ним
3. ходовые винты бывают типа Т8 (в основном используются в 3Д принтерах и других малогабаритных станках), типа TRR, например TRR12-3 с POM-гайкой (пластиковой).
4. шарико-винтовые передачи — это винт и гайка к нему. В гайке есть специальные подшипники, которые перемещаются по каналу внутри гайки.

Как правило, выбирают с учетом нагруженности (масса передвигаемого портала/оси) и влиянию люфта. В ШВП люфт меньше за счет подшипников, они считаются точнее и предпочтительнее, но при этом достаточно дороги для самоделок. Цитата с Вики:

Винтовая передача — механическая передача, преобразующая вращательное движение в поступательное, или наоборот. В общем случае она состоит из винта и гайки….

один из основных типов: шариковинтовая передача качения (ШВП).Шарико-винтовая передача (далее ШВП) — это более надежный аналог ходового винта, но вместо латунной гайки (или пластиковой как для винтов типа TRR-12-3, как у меня на старом проекте) предназначена специальная гайка с шариками, которые входят в зацепление с винтом ШВП, выбирают весь люфт и одновременно снижают трение. Для самостоятельной сборки станка ЧПУ или 3Д принтера на ШВП потребуется винт ШВП, гайка к нему, муфта крепления к двигателю и подвесные подшипники. Вот небольшой рендер из интернета. Хорошо видно, как шарики распределены по винту. Аналогично Т8, винт ШВП имеет резьбу в несколько заходов. Для станка ЧПУ нужно было для оси Y два комплекта ШВП на 1000 мм, и для X оси: 600 мм. ШВП получил курьерской почтой. Это не дорогой вариант, учитывая вес посылки (около 8 кг). Упаковка представляет собой длинную узкую коробку, внутри картонной упаковки есть упаковка типа синтетического мешка, очень прочный материал. Аккуратно распаковываем. Внутри всем знакомая bubble-wrap, то есть пупырчатая пленка, которая защищает товар от механических воздействий. Убираем пленку. В посылке было три комплекта ШВП: винт+гайка, разного размера. Два комплекта предназначены для перемещения портала станка по оси Y, третий короткий комплект для оси X. Все комплекты завернуты в ингибиторную зеленую пленку, которая препятствует попаданию влаги. Плюс присутствует изрядное количество смазки на поверхности товара. В этом комплекте я доплачивал за оконцовку одного комплекта на 600 мм (так вышло дешевле). Оконцовку (machined) заказывал отдельно у этого же продавца (у него есть такая услуга в каталоге), стоило по 1 баксу за каждый конец винта. Хороший вариант для тех, кто берет винты в конкретный размер. Вот что представляет собой «оконцовка». Это обтачивание винта 16.05 мм до диаметра 12 мм для установки в подвесной подшипник, далее резьбовая часть для фиксации винта, затем обтачивание до 10мм для зажимания конца в эластичную муфту двигателя Посылка дошла в целости и сохранности, курьерская доставка это не почта России. Прикладывал линейку в разных местах, чтобы найти искривление. Не нашел, ШВП ровные. Остальное покажет установка и использование. Фото резьбовой части винтов Внешний вид комплектов И еще. Гайки пришли уже накрученные на винт… Шарики засыпаны внутри, есть смазка. Просите при заказе запасные шарики, хотя бы несколько. Далее начинаем проверять размеры винтов. Короткий на 600 мм. То есть в эти 600 входит резьбовая часть с обоих сторон. Реальный ход по осям станка получится меньше. Обратите внимание, что в лоте размер указан для винта ШВП вместе с резьбой и обточенными концами, то есть рабочий ход по ШВП будет меньше, чем ее длина! А конкретно на 65 мм меньше. Второй и третий винты ШВП на 1000 мм Диаметры резьбовой части соответственно 1605 посадочные места под подшипники BK12 и BF12 10 и 12 мм соответственно. И с другой стороны под подшипник. Диаметр самой гайки SFU1605 равен 28 мм. Если снять с гайки пластиковую заглушку, то можно обслужить ШВП, смазать или поменять шарики. Проверяю, что все в наличии)))) Собственно говоря, можно снять гайку, протереть ее, заново смазать ее, загрузить шарики обратно. Пластиковая крышка крепится потайным винтом под шестигранник 2.5 (его видно вверху). Для установки ШВП в станок потребуются подвесные подшипники типа BK12+BF12 (прямые) или FK12+FF12 (фланцевые), эластичная муфта 6.35*10mm для подключения к двигателю типа NEMA23 с одной стороны (6.35мм) и к концу ШВП с другой (10 мм). Внешний вид комплекта оси в сборе: подшипники BK12, BF12, стопорное кольцо, гайка для фиксации винта, держатель гайки SFU1605, муфта для двигателя и сам винт с гайкой. Размеры ШВП для тех, кто собирается приобрести или проектирует механику станка И отдельно для SFU1605 Внешний вид гайки SFU1605 Внешний вид подшипников BK12+BF12 (слева) и подшипников с фланцем FK12+FF12 (справа). Отличаются способом установки на раму.

Гайка ШВП крепится через специальный корпус-переходник. Держатель для гайки SFU1605, алюминиевый Для монтажа на одну ось (у меня по две на ось для Y стоит) потребуется:

• 1 x винт SFU1605-1000mm;
• 1 x подшипник BK12;
• 1 х подшипник BF12;
• 1 x муфта двигателя 6.35x10mm
• 1 x стопорное кольцо
• 1 x гайка.

В сборе это выглядит следующим образом: Через отверстия на подшипнике крепим на профиль/раму станка. Для подшипников FK12/FF12 все аналогично, только крепить из надо фланцем к отверстию под ШВП. Смысл не меняется. Теперь немного видео, поясняющего принцип работы ШВП. Обратите внимание на перемещение шариков (по встроенному каналу внутри гайки). А вот так происходит накатка резьбы на винты ШВП Обработка концов винта ШВП (то, что я называл «machined»). У нас за такую операцию просят 600….1000р, в Китае $1. Следующие фотографии дают общее представление о использовании ШВП в конструкции станка ЧПУ. Вот фото самодельного станка, в котором ШВП зафиксированна неподвижно, а вращается гайка с помощью ременного привода и шестерни В итоге, ШВП является более дорогим и надежным вариантом передач для станков, подходит для перемещения тяжелых порталов с высокой точностью. В зависимости от веса и конструкции станка можно применять SFU1205, SFU1605/1610, SFU2005/ 2010 или еще более массивную SFU2505/2510. Надеюсь, информация была полезная для вас. Ссылка на магазин CNA Mechanical Parts Ссылка на более дешевый вариант — ШВП SFU1204 Ссылка на демократичный по стоимости вариант TRR-12-3 с пластиковой гайкойСодержание статьи:

Для создания станков с программным числовым управлением необходимо использовать шарико-винтовые пары. Они отличаются не только внешним видом, но и конструкцией. Для выбора определенной модели следует заранее ознакомиться со строением и комплектующими ШВП.

Назначение шарико-винтовых пар

Конструкция шарико-винтовой передачи

Все виды ШВП для станков с ЧПУ предназначены для преобразования вращательного движения в поступательное. Конструктивно состоят из корпуса и ходового винта. Отличаются друг от друга размерами и техническими характеристиками.

Основным требованием является минимизация трения во время работы. Для этого поверхность комплектующих проходит процесс тщательной шлифовки. В результате этого во время движения ходового винта не происходит резких скачков его положения относительно корпуса с подшипниками.

Дополнительно для достижения плавного хода применяется не трение скольжение относительно штифта и корпуса, а качение. Для получения этого эффекта применяется принцип шариковых подшипников. Подобная схема увеличивает перегрузочные характеристики ШВП для станков с ЧПУ, значительно повышает КПД.

Основные компоненты шарико-винтовой передачи:

• ходовой винт. Предназначен для преобразования вращательного движения в поступательное. На его поверхности формируется резьба, основная характеристика — ее шаг;
• корпус. Во время движения ходового винта происходит смещение. На корпус могут устанавливаться различные компоненты станка: фрезы, сверла и т.д.;
• шарики и вкладыши. Необходимы для плавного хода корпуса относительно оси ходового винта.

Несмотря на все преимущества подобной конструкции шарико-винтовые передачи для ЧПУ применяются только для средних и малых станков. Это связано с возможностью прогиба винта при расположении корпуса в его средней части. В настоящее время максимально допустимая длина составляет 1,5 м.

Аналогичными свойствами обладает передача винт-гайка. Однако это схема характеризуется быстрым износом комплектующих из-за их постоянного трения между собой.

Области применения ШВП

ШВП в станке с ЧПУ

Относительная простота конструкции и возможность изготовления шарико-винтовой передачи с различными характеристиками расширяет область его применения. В стоящее время шарико-винтовые пары являются неотъемлемыми компонентами самодельных фрезерных станков с числовым программным управлением. Ну на этом область применения не ограничивается.

Благодаря своей универсальности ШВП могут устанавливаться не только в станках с ЧПУ. Плавный ход и практические нулевое трение делают их незаменимыми компонентами в точных измерительных приборах, установок медицинского назначения, в машиностроении. Нередко для комплектации самодельного оборудования берут запчасти от этих приборов.

Это стало возможным благодаря следующим свойствам:

• минимизация потерь на трение;
• высокий коэффициент нагрузочной способности при небольших габаритах конструкции;
• низкая инертность. Движение корпуса происходит одновременно с вращением винта;
• отсутствие шума и плавный ход.

Однако следует учитывать и недостатки ШВП для оборудования ЧПУ. Прежде всего к ним относятся сложная конструкция корпуса. Даже при незначительном повреждении одного из компонентов шарико-винтовая передача не сможет выполнять свои функции. Также накладываются ограничения на скорость вращения винта. Превышение этого параметра может привести к появлению вибрации.

Для уменьшения осевого зазора сборка выполняется с натягом. Для этого могут устанавливаться шарики увеличенного диаметра или две гайки с осевым смещением.

Характеристики ШВП для оборудования с ЧПУ

ШВП в разрезе

Для выбора оптимальной модели шарико-винтовой передачи для станков с числовым программным управлением следует ознакомиться с техническими характеристиками. В дальнейшем они повлияют на эксплуатационные качества оборудования и время его безремонтной эксплуатации.

Основным параметром ШВП для станков с ЧПУ является класс точности. Он определяет степень погрешности положения подвижной системы согласно расчетным характеристикам. Класс точности может быть от С0 до С10. Погрешность перемещения должна даваться производителем, указывается в техническом паспорте изделия.

Класс точности	С0	С1	С2	С3	С5	С7	С10
Погрешность на 300 мкм	3,5	5	7	8	18	50	120
Погрешность на один оборот винта	2,5	4	5	6	8

Кроме этого при выборе нужно учитывать следующие параметры:

• отношение максимальной и необходимой скорости мотора;
• общая длина резьбы ходового винта;
• средние показатели нагрузки на всю конструкцию;
• значение осевой нагрузки — преднатяг;
• геометрические размеры — диаметр винта и гайки;
• параметры электродвигателя — крутящий момент, мощность и другие характеристики.

Эти данные должны быть предварительно рассчитаны. Следует помнить, что фактические характеристики ШВП для оборудования с ЧПУ не могут отличаться от расчетных. В противном случае это приведет к неправильной работе станка.

Количество оборотов шариков за один круг определит степень передачи крутящего момента от вала корпусу. Этот параметр зависит от диаметра шариков, их количества и сечения вала.

Установка ШВП на станок с ЧПУ

Типы корпусов ШВП

После выбора оптимальной модели необходимо продумать схему установки ШВП на станок с ЧПУ. Для этого предварительно составляется чертеж конструкции, закупаются или изготавливаются другие компоненты.

Во время выполнения работы следует учитывать не только технические характеристики шарико-винтовой передачи. Основное ее предназначение — движение элементов станка по определенной оси. Поэтому следует заранее продумать крепление блока обработки к корпусу ШВП для станков с ЧПУ. Необходимо сверить размеры посадочных отверстий, их расположение на корпусе. Следует помнить, что любая механическая обработка шарико-винтовой передачи может повлечь за собой негативные изменения ее характеристик.

Порядок установки в корпус станка с ЧПУ.

1. Определение оптимальных технических характеристик.
2. Измерение длины вала.
3. Создание схемы сопряжения монтажной части вала с ротором двигателя.
4. Установка передачи на корпус станка.
5. Проверка работоспособность узла.
6. Подключение всех основных компонентов.

После этого можно выполнить первый пробный запуск оборудования. В процессе работы не должно возникать колебания и вибрации. В случае их появления выполнять дополнительную калибровку компонентов.

При поломке ШВП во время эксплуатации станка с ЧПУ ремонт передача можно сделать самостоятельно. Для этого можно заказать специальный комплект. С особенностями проведения восстановительных работ можно знакомиться в видеоматериале:

Главная/Системы линейного перемещения/Шарико-винтовые пары (ШВП)

Серия VFU DIN 69051 FORM B >> Стандартная серия Одинарная гайка С фланцем Тип U (DIN 69051) На заказ поставляется с цельным фланцем или со срезом с одной стороны

Серия WFU DIN 69051 FORM B >> Двойная гайка Стандартная серия С фланцем Тип U (DIN 69051 B) На заказ поставляется с цельным фланцем или со срезом с одной стороны

Серия VFI >> Одинарная гайка С фланцем Тип I Так же поставляется с левой резьбой

Серия WFI >> Двойная гайка Тип I Так же поставляется с левой резьбой

Серия VFE >> Увеличенный шаг резьбы Одинарная гайка С фланцем Стандартно поставляется без уплотнений

Серия VFK >> Миниатюрная серия d винта от 4 до 25 мм С фланцем от d 4 до 16 не оснащены смазочным отверстием

Серия VCI >> Гайка без фланца одинарная Тип I Так же поставляется с левой резьбой

1. Технические характеристикиШариковые винты, например NBS, отличаются строгим контролем качества, осуществленным во время каждого производственного процесса. Высокая производительность винтов позволяет снизить крутящий момент до 70 % по отношению к традиционным трапецеидальным винтам, как в применениях общего назначения (превращение вращательного движения в поступательное движение), так и в специальных применениях (превращение поступательного движения во вращательное движение).

2. Параметры выбора шариковых винтов (с циркуляцией шариков) NBS

• Выбор шарикового винта (с циркуляцией шариков) обусловлен следующими параметрами:

• -Класс точности

• -Шаг резьбы

• -Действующая нагрузка

• -Номинальный срок службы

• -Способ крепления

• -Критическая скорость вращения

• -Критическая нагрузка

• -Жесткость

• -Рабочая температура

• -Смазка

2.1 Класс точностиВ наличии имеются шариковые винты (с циркуляцией шариков) NBS со следующими классами точности:

СО • С1 • С2 • С3 • С5 • С7 • С10

Каждый класс точности обусловлен следующими параметрами:

Е • е • езоо • е2∏

Приведенный ниже график предоставляет описание их значений.

Таблица — Терминология для обозначения класса точности

Термин	Ссылка	Определение
Компенсация длины хода	Т	Компенсация длины хода -разница между теоретической и номинальной длиной хода; небольшое значение компенсации (если сопоставляется с номинальным ходом) часто необходимо для компенсации удлинения вызванного увеличением температуры или внешними нагрузками. Если в данной компенсации нет необходимости — теоретический ход равен номинальному.
Фактическая длина хода	—	Фактическая длина хода — это осевое смещение между винтом и гайкой.
Средняя длина хода	—	Средняя длина хода — это прямая линия, которая наибольше приближается к фактической длине хода; средняя длина хода представляет собой наклон фактической длины хода.
Отклонение средней длины хода	Е	Отклонение средней длины хода — это разница между средней и теоретической длиной хода.
Изменение хода	е езоо e2п	Изменениями хода называется полоса с двумя параллельными линиями средней длины хода. Максимальный диапазон изменений на длине хода. Диапазон изменений, замеренный на длине обычной части хода равной 300мм. Ошибка биения, диапазон изменений при одном обороте (2 радиана).

Таблица — Значения ±Е и e [ед.изм. µм]

Класс точности	С0	С1	С2	С3	С5	С7	С10
от:	до:	±Е	е	±Е	е	±Е	е	±Е	е	±Е	е	е	е
	100	3	3	3.5	5	5	7	8	8	18	18
100	200	3.5	3	4.5	5	7	7	10	8	20	18
200	315	4	3.5	6	5	8	7	12	8	23	18
315	400	5	3.5	7	5	9	7	13	10	25	20
400	500	6	4	8	5	10	7	15	10	27	20
500	630	6	4	9	6	11	8	16	12	30	23
630	800	7	5	10	7	13	9	18	13	35	25
800	1000	8	6	11	8	15	10	21	15	40	27
1000	1250	9	6	13	9	18	11	24	16	46	30
1250	1600	11	7	15	10	21	13	29	18	54	35
1600	2000			18	11	25	15	35	21	65	40
2000	2500			22	13	30	18	41	24	77	46
2500	3150			26	15	36	21	50	29	93	54
3150	4000			30	18	44	25	60	35	115	65
4000	5000					52	30	72	41	140	77
5000	6300					65	36	90	50	170	93
6300	8000							110	60	210	115
8000	10000									260	140
10000	12500									320	170

Таблица — Значения езоо и e2π[ед.изм. µм]

Класс точности	С0	С1	С2	СЗ	С5	С7	С10
езоо	3.5	5	7	8	18	50	210
e2π	2.5	4	5	6	8

2.2 Преднатяг и осевой зазорПреднатяг и осевой зазор шариковых винтов NBS указаны в приведенной ниже таблице.

Таблица — Сочетание преднатяга и осевого зазора

Класс преднатяга	Р0	Р1	Р2	РЗ	РА
Осевой зазор	Да	Нет	Нет	Нет	Нет
Преднатяг	Нет	Нет	Легкий	Средний	Сильный

В приведенных ниже таблицах перечисляются основные указания при выборе класса точности, преднатяга и осевого зазора шариковых винтов (с циркуляцией шариков) NBS.

Таблица — Класс точности, преднатяг и осевой зазор

Класс точности	Преднатяг и осевой зазор	Тип гайки	Тип ходового винта
С 10	РО (с осевым зазором)	Одинарная	Накатанный
С 7	Р1 или РО	По требованию	Накатанный или выпрямленный
С 5	По требованию
С 3	По требованию

Таблица — Макс. осевой зазор для класса преднатяга P0

Номинальный диаметр винта	Накатанный винт	Выпрямленный винт
От 4 мм до 14 мм	0.05 mm	0.015 mm
От 15 мм до 40 мм	0.08 mm	0.025 mm
От 50 мм до 100 мм	0.12 mm	0.05 mm

Таблица — Сила преднатяга для класса P2

Модель	Одинарная гайка	Двойная гайка
1605	1 ± 3 N	3 ± 6 N
2005	1 ± 3 N	3 ± 6N
2505	2 ± 5 N	3 ± 6N
3205	2 ± 5 N	5 ± 8N
4005	2 ± 5 N	5 ± 8N
2510	2 ± 5 N	5 ± 8N
3210	3 ± 6 N	5 ± 8N
4010	3 ± 6 N	5 ± 8N
5010	3 ± 6 N	8 ± 12 N
6310	6 ± 10 N	8 ± 12 N
8010	6 ± 10 N	8 ± 12 N

2.3 Шаг резьбыВыбор шага винта зависит от следующей формулы:

где:Ph = шаг винта [мм]Vmax = максимальная скорость перемещения системы [м/мин]nmах = максимальный режим вращения винта [мин 1]

В том случае, если результатом уравнения не является целый результат, следует выбрать округленную в большую сторону величину, выбирая между имеющимися в наличии шагами.

2.4 Действующая нагрузка

2.4.1 Средняя динамическая нагрузкаДля расчета шарикового винта подверженного переменным условиям работы, используются средние значения Рm и nm:

Р_m = средняя динамическая осевая нагрузка[N]n_m = средняя скорость [мин^-1]

При условиях непрерывной нагрузки и переменной скорости можно достигнуть следующих значений:

При условиях переменной нагрузки и непрерывной скорости можно достигнуть следующих значений:

При условиях переменной нагрузки и переменной скорости можно достигнуть следующих значений:

Выбор винта в зависимости от воздействующих и (или) востребованных сил тяги обусловлен следующими величинами:

• Статическая нагрузочная способность Соа
• Динамическая нагрузочная способность Са

2.5 Статическая нагрузкаНагрузочная статическая способность Соа (или коэффициент нагрузочной способности) определяется в качестве нагрузки постоянной интенсивности, действующей на ось винта, который, в точке максимального воздействия между соприкасающимися частями, устанавливает остаточную деформацию, равную 1/10000 диаметра тела качения.

Значения Соа приведены в размерных таблицах.

2.5.1 Коэффициент статического запаса прочности a_s Коэффициент статического запаса прочности a_s (или фактор статического запаса прочности) определяется следующим уравнением:

2.5.2 Коэффициент твердости f_HКоэффициент твердости учитывает поверхностную твердость дорожек качения:

700HV10 = твердость, равная 700 единицам по Виккерсу при испытательной нагрузке равной 98.07 (700HV10 ≈ 60 HRC)

Для шариковых винтов NBS следует считать, что f_H = 0.98 ÷1.0 так как винт и маточная гайка имеют поверхностную твердость равную 58 ÷ 62 HRC; для шариков, твердость имеет значение ≥ 60 HRC.

2.5.3 Коэффициент точности f_acКоэффициент точности учитывает допуски обработки винта, а значит и класс точности, соответствующий стандарту.В таблице приведены некоторые примеры.

Таблица — коэффициент f_ac

Класс точности	1 ±5	7	10
fac	1	0.9	0.7

Необходимость в коэффициенте статического запаса прочности a_s > 1 свызвана возможным наличием ударов и (или) вибраций, пусковых и остановочных моментов, случайных нагрузок, которые могут привести к неисправности системы.В приведенной ниже таблице указаны значения коэффициента статического запаса прочности с учетом типа применения.

Таблица — Коэффициент f_ac

Назначение	Условия	as
Транспорт	Обычные	1.0 ÷ 1.3
С ударами и (или) вибрацией	2.0 ÷ 3.0
Позиционирование	Обычные	1.0 ÷ 1.5
С ударами и (или) вибрацией	2.5 ÷ 7.0

2.6 Динамическая нагрузкаНагрузочной динамической способностью Са (или коэффициентом динамической нагрузки) является постоянная интенсивная динамическая нагрузка, действующая на ось винта, определяющая срок службы 10⁶ оборотов.

Значения С_а приведены в размерных таблицах.

2.7 Номинальный ресурс L

Номинальный ресурс L (это теоретический пробег,выполненный, по крайней мере, 90% показательного количества одинаковых шариковых винтов (с циркуляцией шариков), подверженных одинаковым условиям нагрузкам, не проявляя признаков усталости материала) определяется следующими условиями:

• Гайка без преднатяга
• Гайка с преднатягом

2.7.1 Гайка без преднатягаДля шариковых винтов (с циркуляцией шариков) с гайкой без преднатяга, расчет номинального ресурса, выраженный в числе оборотов, определяется следующей формулой:

где:L₁₀ = номинальный ресурс [обороты]C_a = нагрузочная динамическая способность [N]P_m = средняя задействованная динамическая осевая нагрузка [N]

• Данное уравнение действительно в следующих случаях:
• Твердость дорожек качения = 60HRC
• Класс точности винта от 1 до 5
• Надежность до 90 %

В том случае, если условия эксплуатации не соответствуют приведенным выше условиям, следует использовать следующую формулу:

где:a₁ = коэффициент надежностиf_ho = коэффициент твердости (см. коэффициент статического запаса прочности a_s)f_ac = коэффициент точности (см. коэффициент статического запаса прочности a_s)

2.7.2 Коэффициент a₁Коэффициент а₁ учитывает возможность непрогиба C%.

Таблица — Коэффициент возможности непрогиба а₁

C%	80	85	90	92	95	96	97	98	99
a1	1.96	1.48	1.00	0.81	0.62	0.53	0.44	0.33	0.21

Следует заметить, что для С% = 90 a₁= 1.00

2.7.3 Гайка с преднатягомДействительность последующих формул обусловлена поддержанием постоянного преднатяга; в ином случае следует учитывать случай с гайкой без преднатяга.Для шариковых винтов (с циркуляцией шариков) с гайкой с преднатягом, расчет номинального ресурса, выраженный в числе оборотов, определяется следующей формулой:

где: L₁₀ = номинальный ресурс [обороты] L_10a = (C_a/P_m1)³X 10⁶ L_10b — (С_а/Pm₂) х 10⁶

L_10a и L1_0b номинальные ресурсы для двух половинок гайки.

• Данное уравнение действительно в следующих случаях:
• Твердость дорожек качения = 60HRC
• Класс точности винта от 1 до 5;
• Надежность до 90 %.

В том случае, если условия эксплуатации не соответствуют приведенным выше условиям, следует использовать следующую формулу:

где: L₁₀ = номинальный ресурс [обороты] L_10a = (C_a/P_m1)³X 10⁶ L_10b — (С_а/Pm₂) х 10⁶

a₁ = коэффициент надежности;f_ho = коэффициент твердости (см. коэффициент статического запаса прочности a_s)f_ac = коэффициент точности (см. коэффициент статического запаса прочности a_s)

P_m1 и P_m2 — средние осевые динамические нагрузки для двух половинок гайки;

Р_r= сила преднатяга [N]

2.7.4 Номинальный срок службы в часах Lh

Имея L₁₀ (номинальныйресурс, выраженный в числе оборотов) можно рассчитать номинальный ресурс в часах работы L_h;

где:L_m = продолжительность работы [часы]n_m = средняя скорость вращения [мин^-1]

m_i = скорость [МИН^-1]qi = процентное распределение [%]

2.7.5 Номинальный срок службы в км Lkm

Имея L₁₀ (номинальный ресурс, выраженный в числе оборотов) можно рассчитать номинальный ресурс пройденного расстояния в км L_km .

где:L_km=номинальный ресурс [км]P_h = шаг винта [мм]

В нижеследующей таблице приведены указания типического рабочего ресурса шарикового винта для применений общего назначения.

Таблица — Типичный ресурс шарикового винта

Тип применения	Номинальный ресурс [км]
Контрольно-измерительные машины	250+350
Станки	250
Производственные установки, в общем	150+250
Авиационное оборудование	30

2.8 Способ крепленияКак правило, существуют следующие типы крепления шарикового винта:

Применяемый способ крепления — это функция условий применения, обеспечивающая жесткость и требуемую точность.

2.9 Критическая скорость вращения

где:n_cr = критическая скорость [мин^-1]f_kn = коэффициент способа крепленияd₂ = внутренний диаметр ходового винта [мм]l_n = длина свободной величины прогиба [мм]

В зависимости от типа крепления, поставляются значения f_kn:

где: do = номинальный диаметр [мм] da = диаметр шариков [мм] а = угол контакта (= 45)

Длина свободной величины прогиба l_n определяется в зависимости от:

-Гайки без преднатяга

l_n = расстояние между креплениями [мм] (в случае крепления “неразъемное — свободное», следует учитывать расстояние между свободным краем винта и гнездом)

 —Гайка с преднатягома

l_n = максимальное расстояние между половиной гайки и креплением [мм] (в случае крепления “неразъемное — свободное», следует учитывать максимальное расстояние между половиной гайки и свободным краем винта)

n_mах = максимальная скорость вращения винта [обороты/мин]

2.10 Критическая нагрузкаКритическая нагрузка — это максимальная осевая нагрузка, которой может подвергаться винт, не нарушая стабильности системы; в том случае, если действующая на винт максимальная осевая нагрузка достигнет или превысит значение критической нагрузки, создается новая форма воздействия на винт, которое называется “пиковая нагрузка”, вызывающая дополнительный прогиб помимо простого сжатия.

Данное явление, связанное с эластичными свойствами компонента, становиться более чувствительным тогда, когда большая длина свободной величины прогиба винта будет иметь достойные внимание значения по отношению к ее разрезу. Значение критической нагрузки определяется следующей формулой:

где:P_cr = Критическая нагрузка [N]f_kp = коэффициент способа крепленияd₂ = внутренний диаметр ходового винта [мм] (см. критическую скорость)l_cr = длина свободной величины прогиба [мм]

В зависимости от типа крепления, поставляются значения fkp:

Неразъемный — Неразъемный	fkр = 40.6
Неразъемный — Опорный	fkp = 20.4
Опорный — Опорный	fkp = 10.2
Неразъемный — Свободный	fkp = 2.6

Для расчета критической нагрузки, значение la определяется максимальным расстоянием между половиной гайки и креплением.

Для большей безопасности, следует рассматривать максимально допустимую осевую нагрузку, как равную половине критической нагрузки:

P_max = максимально допустимая осевая нагрузка [N]

2.11 Жесткость

Осевая жесткость системы перемещения оснащенной шариковым винтом определяется следующей формулой:

Осевая жесткость системы К — это функция осевой жесткости отдельно взятых компонентов, которые ее составляют: ходовой винт, гайка, опоры, соединительные опорные элементы и гайка.

где:K_s = осевая жесткость ходового винта [N/µm]K_N = осевая жесткость гайки [N/µm]К_в = осевая жесткость опор [N/µm]К_н = осевая жесткость соединительный опорных элементов и гайки [N/µm]

2.11.1 Ks- Осевая жесткость ходового винта

Значение жесткости Ks — это функция системы крепления.

Способ крепления: Неразъемный — Неразъемный

где:d₂ = внутренний диаметр (см. критическую скорость вращения)[mm]l_s = расстояние между средней осью двух креплений

Способ крепления: Неразъемный — Опорный

где:d₂ = внутренний диаметр [мм] (см. критическую скорость )l_s = максимальное расстояние между средними осями крепления и гайкой [мм].

2.11.2 K_N — Осевая жесткость гайкиДвойная гайка с преднатягом

Значение K_N определяется следующей формулой:

где:K = табличная жесткость [N/µm]F_pr = сила преднатяга [N]

Простая гайка без преднатяга

Значение K_N определяется следующей формулой:

где:P = осевая нагрузка [N]C_a = нагрузочная динамическая способность [N]

2.11.3 Кв — Осевая жесткость опор

Жесткость соединительных опорных элементов и гаек является характеристикой станка, а значит, не зависит от системы винта, гайки, опор.

2.12 Рабочая температура

В случае крепления типа “неразъемный-неразъемный», следует учитывать возможное тепловое расширение, вызванное повышением температуры винта во время работы; такое расширение, если предусмотрено соответствующим образом, оказывает на систему действие дополнительной осевой нагрузки, которое может привести к неисправности работы системы. Для решения проблемы необходимо выполнить достаточный преднатяг винта.

где:AL = изменения длины [мм] а = коэффициент теплового расширения(11.7 х 10^-6 [°С^-1])L = длина винта [мм]АТ = изменения температуры[°С]

2.13 СмазкаДля смазки шариковых винтов NBS нужно учитывать следующие указания.

2.13.1Смазывание жидким смазочным материалом

2.13.2 Консистентная смазка

3. Момент и номинальная мощность

Для приблизительного расчета значений момента и мощности двигателя для преобразования вращательного движения в прямолинейное движение, нужно использовать данные формулы:

где:Mm = номинальный крутящий момент [Нм]Рmax = максимальная действующая нагрузка [Н]Ph = шаг резьбы [мм]ɳ_v = механический кпд винта (ок. 0.9)ɳ_t = механический кпд трансмиссии двигателя — винта (трансмиссия с зубчатыми колесами ɳ_t = 0.95+0.98);z = передаточное число двигатель — винт

В случае прямого соединения двигателя — винта, z=1 и ɳ₂=1.

В случае преобразования прямолинейного движения во вращательное движение, имеется:

М_r = момент нагрузки [Нм]Р_max = максимальная действующая нагрузка [Н]P_h = шаг резьбы [мм]ɳ_r = механический кпд (ок. 0.8

4. Примеры монтажа

Таблица — Обозначение для заказа

Код типа гайки	Шаг [мм]	Тип фланца	Код обработки
Тип
_	—	—

VFU R 20 10 D F C7 2000 P0
V =	Одинарная гайка
F =	Фланцевая
U =	Тип DIN (см. размерные таблицы)
R =	Правое
20 =	Номинальный диаметр винта [мм]
10 =	Шаг [мм]
D =	Двойной срез (фланец)
F =	Накатанный
C7 =	Класс точности
2000 =	Общая длина винта [мм]
P0 =	Код преднатяга
Исключительно для модели VFE следует указать количество систем:

Пример с одной гайкой

	VFU (L) 2010 DPO
V =	Одинарная гайка
F =	Фланцевая
U =	Тип
R =	Правое, без обозначения
L =	Левое
20 =	Номинальный диаметр винта (мм)
10 =	Шаг (мм)
D =	Двойной срез (фланец)
РО =	Код преднатяга

Пример с одним винтом

	SR(L) 2010 F C72 000
S =	Вал винта
R =	Правое
L =	Левое
20 =	Номинальный диаметр винта (мм)
10 =	Шаг (мм)
F =	Накатанный
C7 =	Класс точности
2000 =	Общая длина вала винта

6. Программа расчета NBS для шариковых винтов (с циркуляцией шариков)

В нашем интернет-магазине Вы можете приобрести шарико-винтовые пары самостоятельно

Или, обратившись к нашим специалистам по бесплатному номеру телефона 8 800 700 72 07

А также, отправив заявку на адрес электронной почты sale@technobearing.ru

Используемые источники:

• https://mysku.ru/blog/aliexpress/53475.html
• http://stanokgid.ru/osnastka/shvp-dlya-chpu.html
• https://technobearing.ru/shariko-vintovye-pary-shvp