Винтовая передача относится к разряду механических. Основное предназначение этой операции - преобразование вращательного движения в поступательное или наоборот. Данный вид передачи состоит всего из двух элементов - винта и гайки.
Описание устройства
Как уже было сказано, механизм винтовой передачи применяется для преобразования движения. Наиболее распространенными примерами использования данной системы стали такие приспособления, как домкраты, прессы, металлорежущие станки, прокатные станы, грузоподъемное оборудование и т. д. Также стоит отметить, что все это примеры преобразования вращательного движения в поступательное. Но для обратной процедуры это приспособление используется очень редко. К примеру, механизм перемещения пленки фотоаппарата работает по обратному принципу преобразования движения.
Существует несколько преимуществ этой системы: бесшумная работа, плавное зацепление, простота конструкции, возможность получения большой силы.
Однако имеется и ряд недостатков: довольно часто винтовая передача заедает, а ее коэффициент полезного действия, то есть КПД, низкий.
Устройство и виды
В настоящее время имеется два основных устройства системы. Первый ее тип содержит неподвижную гайку и подвижный винт, а второй тип, наоборот, имеет подвижную гайку и неподвижный винт. К первой категории устройств можно отнести винтовой домкрат, а вторая группа используется, например, в ходовых винтах станков и в других устройствах.
Существует также несколько видов винтовых передач:
- Система скольжения.
- Система качения, характеризующаяся тем, что гайка имеет канавки, в которые помещаются шарики.
- Планетарные роликовые передачи, считающиеся довольно перспективными, так как отличаются высокой точностью и жесткостью.
- Волновой вид передачи, он отличается довольно малыми поступательными движениями.
- Гидростатическая винтовая передача, характеризующаяся малой степенью трения, малым износом и довольно высокой точностью.
Резьба и расчет
Кроме того, что существует несколько видов системы, имеется также несколько типов резьбы для гайки и винта. Если необходимо обеспечить наименьшее трение между деталями, то используется прямоугольный вид. Однако тут очень важно отметить, что технологичность этого типа соединения довольно низкая. Другими словами, нарезать такую резьбу на резьбофрезерном станке невозможно. Если сравнивать прочность прямоугольной и трапецеидальной резьбы, то первая значительно проигрывает. Из-за этого распространение и использование прямоугольной резьбы в винтовой передаче сильно ограничено.
По этим причинам, основным типом, который используется для устройства передаточных винтов, стала трапецеидальная резьба. У того типа имеется три вида шага - мелкий, средний, крупный. Наибольшую популярность заслужила система со средним шагом.
Расчет винтовой передачи сводится к расчету передаточного соотношения. Формула выглядит следующим образом: U=C/L=pd/pK. С - это длина окружности, L - ход винта, p - шаг винта, K - число заходов винта.
Шарико-винтовая передача (ШВП)
ШВП - эта одна из разновидностей линейного привода, которая также служит для того, чтобы преобразовывать вращательное движение в поступательное. Однако здесь есть отличие, которое заключается в том, что этот тип системы характеризуется очень малым трением.
Роль винта в таких системах исполняет вал, который обычно выполнен из очень прочной стали. На своей поверхности это устройство имеет беговые дорожки со специфичной формой. Именно такое приспособление способно взаимодействовать с гайкой. Однако их работа осуществляется не напрямую, как это происходит в обычной винтовой передаче, а через маленькие шарики. Здесь используется принцип трения качения.
Данный принцип взаимодействия обеспечивает очень высокие показатели коэффициента полезного действия (КПД), а также высокие перегрузочные характеристики.
Применение и развитие ШВП
Шарико-винтовая передача чаще всего используется в такой отрасли, как авиастроение, в ракетостроении для перемещения рулевых поверхностей, в транспортных средствах. Наиболее широкий спектр использования такой системы можно наблюдать в прецизионном машиностроении, в частности, в станках с ЧПУ.
История создания такого винта является довольно необычной, так как самый первый наиболее точный шариковый винт был получен при использовании низкоточного обычного винта. Устройство имело следующий вид: на винт была смонтирована небольшая конструкция из нескольких гаек, натянутых пружиной, после чего она была притерта по всей длине.
Появилась возможность усреднить погрешности шага и винта, и гайки, при помощи перемещения элементов по основе, а также при помощи смены направления натяжения.
Использование ШВП
Чтобы добиться длительного срока службы шариковой винтовой передачи, необходимо следовать правилам эксплуатации этой системы. Чтобы она смогла на должном уровне сохранить все свои показатели, в том числе и точность, очень важно следить за чистотой рабочего пространства устройства. На работающую пару не должны попадать такие абразивные частицы, как пыль, стружка и т.д.
Чаще всего такие проблемы решается тем, что на винт с гайкой устанавливают гофрозащиту из резиновых или полимерных материалов. Это полностью исключает возможность загрязнения. Если система работает в открытом режиме, то эту задачу можно решить и другим путем. В таких случаях монтируется компрессор, который под высоким давлением подает очищенный воздух на работающую пару.
Так как система работает по принципу трения качения, то появляется возможность предварительного натяга, которая позволяет убрать ненужный люфт передачи. Люфт - это зазор, который образуется между вращательным и поступательным движением в тот момент, когда оно меняет свое направление.
Качества передачи
Как и у любой другой системы, у этой имеются свои преимущества и недостатки.
К минусам устройства относят то, что имеется шанс на обратную передачу, если угол работы ШВП слишком большой. Это возникает из-за того, что трение слишком мало, а потому гайка не блокируется при подъеме. Она передает линейное усилие в крутящий момент. К тому же использовать такие системы передачи на ручных приспособлениях не рекомендуется.
К преимуществам относится то, что низкий процент трения обуславливает низкую диссипацию, что, в свою очередь, сильно повышает КПД всей системы. По этому показателю ШВП превосходит любой другой аналог передачи, которая занимается преобразованием вращательного движения в поступательное. Максимальный показатель коэффициента полезного действия для наиболее распространенных ШВП превышает 90%. Для сравнения скажем, что самые близкие к ним метрические или винтовые зубчатые передачи имеют КПД максимум 50%.
Из-за того, что скольжение в шарико-винтовой передаче практически отсутствует, это положительно сказывается на увеличении срока службы ШВП и на экономичности, так как время на простой при ремонте, смазке или замене деталей, существенно снижается. Поэтому такие устройства наиболее выгодные.
Изготовление и точность
Наиболее высокоточные винты для ШВП можно получить только в процессе шлифовки материала. Есть и другой способ получения винта - это накатка. Стоимость будет значительно ниже, чем при шлифовке, но при этом погрешность изделия будет составлять около 50 микрон на 300 мм хода. Заметим, что наиболее высокоточные шлифованные детали характеризуются погрешностью в 1-3 микрона на 300 мм, а некоторые еще меньше. Чтобы получить заготовку для будущего винта, материал должен пройти процесс грубой механической обработки, после этого он закаляется и шлифуется до необходимого состояния.
Инструментальный вид ШВП чаще всего имеет точность до 250 нм на сантиметр. Чтобы изготовить такие изделия, необходимо пройти процесс фрезеровки и шлифовки. Осуществлять эти операции необходимо на очень высокоточном оборудовании. Исходным сырьем для таких винтов является инвар или инварные сплавы.
