Шарико-винтовые передачи (ШВП) находят свое применение в исполнительных механизмах и станках. Основной задачей ШВП является преобразование вращательного движения привода в возвратно-поступательное движение конкретного узла, такого как каретка. Безусловно, качество и технические характеристики ШВП существенно влияют на точность позиционирования и эффективность работы всего механизма.

Всё о ШВП: типы и особенности применения

Шарико-винтовые пары (ШВП) представляют собой конструкцию, состоящую из гайки и винта с криволинейным профилем, имеющего резьбовые канавки, в которых находятся шарики для качения. ШВП используются там, где необходимо преобразовать вращательное движение в линейное. Они нашли применение в различных сферах, таких как металлургия, машиностроение, авиация, автомобильная отрасль, текстильная и пищевая промышленность.

С развитием DIY-технологий на основе ШВП создаются линейные модули, которые включают в себя корпус из металлического профиля, сервоприводы, элементы измерения и автоматики. Эти модули со ШВП являются основой для будущих станков с ЧПУ и 3D-принтеров.

Преимущества шарико-винтовых пар:

• Отсутствие потерь на трение скольжения;
• Высокий КПД преобразования (от 90% и выше);
• Высокая точность позиционирования и осевая жесткость;
• Хорошие динамические показатели при малой мощности и крутящем моменте привода;
• Относительно небольшие габариты.

Технические характеристики ШВП зависят от области их применения. Класс точности определяется шагом резьбы, геометрическими допусками, гладкостью поверхности, наличием люфта, начальным моментом и допустимой рабочей температурой.

По назначению и условиям работы ШВП делятся на два типа: с зазором и с натягом.

ШВП с зазором имеют малую точность из-за осевого люфта и применяются там, где перемещение измеряется отдельно, независимо от угла поворота винта. Такие ШВП используются в приводах дверей, вентилей, заслонок, в транспортных задачах, в станочных механизмах и литьевых машинах. ШВП с зазором называют транспортными, класс точности которых соответствует стандарту ISO 3408 — Т1, Т3 и Т5 (8-12 мкм). Для улучшения показателей ШВП с зазором создают преднатяг в механической системе. Преднатяг увеличивает диаметр шариков относительно винтовой канавки или применяют сдвоенную гайку. Это помогает снизить совокупную вибрацию на стержне и стабилизировать положение оси гайки относительно оси винта.

ШВП с натягом (прецизионные) используют для высокоточных задач, где мертвый ход недопустим: в робототехнике, станках с ЧПУ, координатных столах и контрольно-измерительном оборудовании. В таких ШВП гайка прочно связана с рабочим узлом (суппортом). Жесткая зависимость между поворотом винта и движением гайки позволяет снизить динамические нагрузки на стержень.

По способу изготовления ШВП делятся на катанные и шлифованные.

Катанные ШВП изготавливают методом холодной прокатки. Резьба выдавливается валками на поверхности винта. Из-за зернистой структуры катанные ШВП используются как транспортные, с меньшей плавностью и точностью перемещения.

Шлифованные ШВП винтовые канавки подвергаются закаливанию и многоступенчатой шлифовке, что позволяет использовать их в высокоточном оборудовании и маркировать как прецизионные. Классы точности ШВП от П1 до П5 (6-8 мкм).

Известен способ прецизионной накатки, который комбинирует оба метода обработки резьбы. У таких винтов гладкая поверхность, как у шлифованных ШВП, при меньших затратах на производство.

Стандартные ШВП выпускаются с диаметром винта 16-125 мм, длиной до 3000 мм и шагом резьбы от 1,5 до 50 мм. Для специфических задач изготавливаются ШВП нестандартного типа, длиной до 6000 мм.

В сфере производства ШВП основными зарубежными компаниями являются Hiwin, Tbi Motion (Тайвань), KSK Precise Motion (Чехия), PMI Group, CNC, CHTR (Китай), THK, NSK (Япония), Steinmeyer, Bosch Rexroth (Германия), SKF (Швеция), Gewinde (Швейцария). Немецкие, японские и шведские компании выпускают технологичные ШВП для разнообразных задач: стандартизированные и заменяемые ШВП, высокоскоростные, для больших нагрузок, специальной конструкции с твердыми покрытиями и др. Цена на такие ШВП обычно в 2–2,5 раза выше, чем цены на российские аналоги.

Среди известных российских производителей ШВП следует выделить «Техникс», «Точмаш» (г. Санкт-Петербург), «Технический центр Н» (г. Ярославль), «Инмаш» (г. Стерлитамак), ПКФ «Станкосервис» (г. Рязань). Однако стоит понимать, что цена на ШВП зависит от множества факторов, таких как область применения, длина винта, класс точности, качество высокоуглеродистой стали, способ деформации и обработки канавок, вид фланца, диаметр шариков и другие характеристики.

Для увеличения срока службы ШВП используют типовые защиты от попадания пыли, опилок и агрессивных веществ на винт, такие как войлочные и резиновые уплотнители, гофрочехлы, сильфонные защиты ходового винта.

При заказе ШВП важно не запутаться в маркировке. Хотя различные бренды используют разные обозначения, принцип их составления одинаков. Например, для завода «Микрон» пример кодировки по схеме ОМВ 00 iAk-DxPRn-LxI-00-P3 говорит о типе гайки, числе рабочих контуров, типе фланца, расположении отверстий, диаметре и шаге резьбы, направлении и числе заходов резьбы, длине винта и длине резьбы, типе левой и правой присоединительных поверхностей винтов, а также о классе кинематической точности резьбы по ISO 3408.

Низкая цена на ШВП при заказе у некоторых китайских компаний может привести к экономии на количестве металла, качестве резьбы и шлифовки, толщине уплотнителей и прочих параметрах. Российские ШВП в два раза дороже китайских и на столько же дешевле европейских аналогов, однако возможность прямого контакта с производителем и поэтапного контроля при изготовлении деталей делает отечественное производство привлекательным для заказчика.

Стандартные и индивидуальные шарико-винтовые передачи (ШВП), как уже было сказано выше, имеют значительное различие в цене, обусловленное сложностью изготовления. В каталогах многих производителей цена на катанную ШВП установлена по умолчанию, не указывая метод ее обработки. При покупке ШВП для высокоточного станка следует обратить на это внимание.

На начало июня 2020 года цены на стандартные и специальные ШВП выглядят следующим образом:

• 1П756ДФ3.18.000, общая длина 1930 мм, длина резьбы 1020 мм, катанная, производства России - от 80 тысяч рублей;
• 1П756ДФ3.55.000, общая длина 885 мм, длина резьбы 674 мм, катанная, производства России - от 90 до 100 тысяч рублей;
• СМ2116-311 СБ, точность 20 мкм, для станков с ЧПУ, производства России - от 90 до 105 тысяч рублей;
• 6Р13Ф3-00.001, общая длина 1596 мм, длина резьбы 1204 мм, класс П3, для консольно-фрезерных станков, производства России - от 130 до 150 тысяч рублей;
• SFU-R3210 TECHNIX, диаметр винта 32 мм, производства России - от 69 рублей/см (в среднем от 80 до 100 тысяч рублей за винт длиной от 1000 см);
• SFU-R2505 TECHNIX, диаметр винта 25 мм, производства России - от 33 рублей/см (в среднем от 30 до 45 тысяч рублей за винт длиной от 1000 см);
• ШВП CNC из серии SFU, длина винта 605 мм - от 3 до 4 тысяч рублей, 800 мм - от 4 до 5 тысяч рублей, производства Китая;
• ШВП Tbi OFUR2505T4-DGC5-500-P2, класс С5, с натягом, длина 500 мм - от 20 до 25 тысяч рублей, длина 800 мм - от 28 до 32 тысяч рублей, производства Тайваня;
• ШВП Hiwin 1R25-10T3-FSI-1500-0.05, класс С7, с зазором, длина 1500 мм - от 18 до 22 тысяч рублей, производства Тайваня;
• ШВП Hiwin R20-05T3-FSI, класс С7, с зазором, длина 400 мм - от 8 до 10 тысяч рублей, производства Тайваня.

Точность перемещения зависит от качества ШВП, что имеет особенно большое значение для стационарных станков и систем позиционирования с контролем позиции. Изготовление специальных передач требует ответственного подхода. Не стоит экономить на точности и эффективности своего производства, но и переплата за ноу-хау также не имеет смысла.

Информация о ценах приведена для ознакомления и актуальна на июнь 2020 года. Данный материал не является публичной офертой.

Фото: freepik.com