Винтовая передача: THK Global Top | THK Global Top

alexxlab | 29.04.2023 | 0 | Разное

Винтовая передача

16.05.2017

Здравствуйте, друзья!

Давно собирался написать статью о таком распространенном узле трения, как винтовая передача и смазочных материалах для неё.

В чём особенность этого узла трения? Главный фактор, определяющий особенности работы винтовой пары, это граничный режим трения. Граничное трение создает условия для возникновения задира. Задир в паре винт-гайка приводит к износу этих деталей и увеличению осевого и радиального зазора в ней. Учитывая важность кинематической точности винтовой передачи, которая используется, как правило, в механизмах перемещения рабочих органов станков, защита от износа и задира выступает важнейшим требованием к смазочному материалу.

Рис. 1 Винтовая передача. Пара винт-гайка
 

Винтовые пары станочного оборудования смазываются различными способами. «Великовозрастные» универсальные токарно-винторезные станки с незапамятных времён, как правило, смазываются индустриальными маслами, которые служат универсальным смазочным материалом «на все случаи жизни».

Современные станки и обрабатывающие центры, оборудованные автоматическими централизованными системами (АЦСС), смазываются специальными маслами и смазками. В частности, винтовые передачи смазываются либо специализированными маслами с антискачковым эффектом, либо пластичными смазками с усиленными противозадирными свойствами.

Для повышения точности и износостойкости винтовых передач производитель современного оборудования широко применяет шарико-винтовые передачи (ШВП), в которых трение скольжения заменено на трение качения. На рисунке 2 показана шарико-винтовая передача фрезерного станка с ЧПУ.

Рис. 2 Шарико-винтовая передача
 

Обсудим теперь, чем же смазывать винтовые и шарико-винтовые передачи. Кстати, смазки для них требуются принципиально различные. Обусловлено это вышеупомянутыми режимами трения. Винтовая передача, построенная на паре винт-гайка, работает с трением скольжения. Шарико-винтовая передача работает с трением качения.

Как мы знаем, это совершенно разные виды трения. Соответственно, смазочные материалы требуются различные.

Заметим, что пара винт-гайка по характеру трения близка к подшипнику скольжения. В то время как шарико-винтовая передача напоминает шариковый подшипник качения. Значит, принцип подбора смазки винтовых передач аналогичен подбору смазок для подшипников.

Итак, для шарико-винтовых передач требуются «чистые» смазки без твёрдых смазочных добавок в виде графита, дисульфида молибдена и т.п. Оптимальная вязкость базового масла с учётом скоростей и механических нагрузок в ШВП – 220 сСт при 40⁰С. Обязательно наличие противоизносных и противозадирных присадок, которые обеспечивают стойкость против износа ШВП. В характеристике смазок, легированных противозадирными присадками, это указывается в виде аббревиатуры

ЕР (Extreme Pressure).

Рассмотрим на примере продукции российской компании АРГО смазки для ШВП. Для данного применения оптимально подходит смазка Elit HD EP2 на литиевом загустителе и минеральном базовом масле 220 сСт. Вот её характеристики:

Характеристика	Метод	ARGO Elit HD EP2
Загуститель	–	Lithium
Диапазон рабочих температур, ºС	–	-30..+130
Классификация смазок	DIN 51502	KP2K-30
Цвет смазки	Визуально	Коричневый
Класс консистенции NLGI	DIN 51 818	2
Пенетрация 0,1 мм	DIN ISO 2137	265-295
Вязкость базового масла при 40ºС, мм2/с	DIN 51562-1	220
Температура каплепадения, ºС	DIN ISO 2176	190
Нагрузка сваривания, Н	DIN 51350	2930

Не стоит, однако, исключать и дополнительные факторы. Винтовая передача может, например, работать в контакте со смазочно-охлаждающей жидкостью (СОЖ) на водно-эмульсионной основе. В этом случае требуется смазка с повышенной водостойкостью. Обычно это смазки на кальциевом или литиево-кальциевом загустителе. Компания

АРГО для этих условий рекомендует нам смазку ElitCa 220 EP2. Она идеально подходит как для влажных условий, так и для сухих.

Наряду с ШВП по-прежнему встречаются винтовые передачи на основе пары винт-гайка. Трение скольжения в таких парах определяет использование в смазках модификаторов трения, предотвращающих задир при высоких нагрузках и низких скоростях. В качестве смазочного материала обычно используются смазки с твёрдыми смазочными добавками в виде графита или дисульфида молибдена. Эти смазки легко отличить по цвету, который варьирует от тёмно-серого до черного. Смазки на основе графита стоят более дёшево, но менее эффективны.

Смазки с добавлением дисульфида молибдена хотя и дороже, но их трибологические свойства значительно выше графитных смазок.

В качестве примера рассмотрим смазку с добавкой дисульфида молибдена ARGO Elit M EP2. Вот её характеристики:

Характеристика	Метод	ARGO Elit M EP2
Загуститель	–	Lithium
Содержание MoS2, %		3
Диапазон рабочих температур, ºС	–	-30. .+130
Классификация смазок	DIN 51502	KPF2K-30
Цвет смазки	Визуально	Темно-серый
Класс консистенции NLGI	DIN 51 818	2
Пенетрация 0,1 мм	DIN ISO 2137	265-295
Вязкость базового масла при 40ºС, мм2/с	DIN 51562-1	150
Температура каплепадения,ºС	DIN ISO 2176	190
Нагрузка сваривания, Н	DIN 51350	3920

Несмотря на простоту принципа подбора, вопрос не следует упрощать, помня о том, что любые твёрдые смазочные добавки это кристаллические вещества, которые при высоких скоростях способны создавать абразивный эффект.

То, что защищает при малых скоростях, при высоких скоростях может способствовать повышенному износу. В таких случаях следует руководствоваться рекомендациями производителя оборудования – конструкторы за нас с вами всё просчитали и испытали. Нам следует только выполнять их требования.

Однако «железно» привязываться к конкретным смазкам тоже не следует. Ведь главное, знать какими свойствами смазочный материал должен обладать. Зная требования производителя оборудования, подобрать смазочный материал будет не сложно. Но как производитель оборудования формулирует свои эксплуатационные требования? Всё очень просто: уважающий себя производитель требования к смазкам выражает в виде буквенно-цифрового кода по классификации DIN 51502 или ISO 12924.

Рассмотрим примеры кодификации смазок. Вот пример наиболее распространённого типа смазки для винтовых передач по DIN 51502:

 

KP2K-30

Расшифруем его:

            К          – смазка для подшипников качения и скольжения,

            Р         – смазка содержит противоизносные и противозадирные присадки,

            2          – класс консистенции по NLGI, который характеризует смазку как мягкую,

            К          – максимальная рабочая температура до +120⁰С,

            -30       – минимальная температура использования минус 30⁰С.

Из расшифровки типа смазки видно, что это «чистая» смазка без добавок, которая предназначена для смазывания всех шарико-винтовых, а также высокоскоростных гаечно-винтовых передач. Кстати, приведенная выше смазка ARGO Elit HD EP2 соответствует этому типу.

А вот пример типа смазки для тихоходных передач винт-гайка:

KPF2K-30

            К          – смазка для подшипников качения и скольжения,

            Р         – смазка содержит противоизносные и противозадирные присадки,

            F          – в составе смазки содержатся твёрдые смазочные добавки,

            2          – класс консистенции по NLGI, который характеризует смазку как мягкую,

            К          – максимальная рабочая температура до +120⁰С,

            -30       – минимальная температура использования минус 30⁰С.

Этому типу как раз соответствует смазка ARGO Elit M EP2.

Смазки из статьи:

Elit HD               ElitCa 220            Elit M

 

 

 

 

 

 

До новых встреч на страницах блога!

Отличия ШВП (шариковая винтовая передача), РВП (ролико-винтовая) и зубчатой рейки

ШВП и ходовые винты наиболее часто применяются при строительстве станков. Во многих случаях эти передачи не взаимозаменяемы, и встает вопрос поиска компромисса между точностью, жесткостью и нагрузочной способности. Причем очень часто сухие цифры спецификаций не помогают сформировать представление о функциональности той или иной передачи, чтобы сделать выбор. Ниже некоторые специалисты ведущих машиностроительных компаний мира постараются поделиться своим мнением, основанным на живом опыте.

Больше, чем просто ШВП

В машиностроении наиболее часто применяются 3 вида передачи: ШВП, ходовые метрические или трапецеидальные винты и зубчатая рейка (ролико-винтовые передачи). Между ними есть существенные различия. Ходовые трапецеидальные винты базируются на трении скольжения, имеют большую площадь контакта и как следствие – высокую жесткость и грузоподъемность, но очень низкий КПД. Высокое трение также ограничивает скорость передачи. Шарико-винтовые передачи обладают высоким КПД благодаря трению качения. Это позволяет достичь достаточно высоких скоростей, однако жесткость ШВП значительно уступает трапецеидальному винту, и грузоподъемность ШВП тоже намного ниже, чем у ходового винта аналогичного размера – площадь контакта шариков с беговой дорожкой меньше, чем у трапецеидальной резьбы.

 

Планетарная ролико-винтовая передача (зубчатая рейка для ЧПУ) объединяет в себе плюсы вышеупомянутых передач. Зубчатая рейка РВП обладает большой площадью контакта между резьбой роликов и резьбой винта, что означает больший ресурс и грузоподъемность, чем у ШВП, а также значительно большую жесткость. Поскольку ролики разъединены кольцом по типу планетарной передачи, они не обладают паразитным взаимным трением, как шарики в ШВП(соседние шарики в канале гайки ШВП крутятся навстречу друг другу), и это дает возможность достигать больших угловых скоростей и ускорений винта. И все это – без существенных потерь КПД, так как ролики все же используют трение качения для перемещения по резьбе винта.

Джон Уокер. Вице-президент Exlar.

Всему свое место

Ключевое отличие между ШВП и ходовыми винтами – в том, как нагрузка передается между движущимися поверхностями. ШВП используют рециркулирующие шарики для снижения трения и увеличения КПД, тогда как передача винт-гайка использует трение между резьбами, и, соответственно, никак не может достигнуть эффективности шарико-винтовой пары, КПД которой достигает 90% и выше. Обратившись к трибологии, можно сделать вывод, что трение скольжения по сути своей гораздо хуже поддается расчетам на ресурс, чем передача энергии с использованием шариков(уравнения для усталостной долговечности достаточно репрезентативны). Отсюда, есть фундаментальное отличие в применении ходовых винтов и ШВП – в предсказуемости КПД и ресурса передачи. Однако преимущества ШВП – нагрузочная способность, жесткость, КПД, прогнозируемость – имеют и противовес. Несмотря на то, что отношение цена/качество у шариковых пар весьма высоко, они сложны в производстве, требуют закаленной и прецизионной, качественно обработанной поверхности винта и механизма циркуляции шариков, тогда как передача винт-гайка компактна, проста в монтаже, бесшумна, достаточно устойчива к коррозии и обладает свойством самоторможения (при вертикальном перемещении).

Роберт Липсетт, Thomson BSA/Danaher motion

Сравним?

Фундаментальное различие заключается в том, что в ШВП имеются шарики, благодаря которым в передаче отсутствует трение скольжения, в отличие от обычных винтов подач. Ниже кратко попробуем перечислить плюсы и минусы ШВП:

• меньшая диссипация энергии, т.е. меньшие теплопотери, и как следствие:
• большой КПД(90%, и более, в зависимости от угла подъема беговых дорожек)
• требуется мотор меньшей мощности
• суммарная стоимость владения системой на ШВП за счет большей износостойкости, надежности, высокого КПД – в результате оказывается меньше, чем на трапецеидальных винтах
• а вот стоимость приобретения ШВП – выше
• ШВП лучше подходят для приложений, где требуется высокая производительность(высокие скорости и ускорения, большое кол-во циклов и т.п.)
• Не является самотормозящейся передачей, т.е. способная передавать усилия в обратном направлении – с гайки на вал двигателя. Как следствие:
• Есть проблемы при ипользовании ШВП в вертикальных перемещениях. Зачастую требуются противовесы и/или тормоз нагрузки, для предотвращения падения.
• Обычно ШВП заметно точнее ходовых винтов одной ценовой категории
• Отсутствует “эффект страгивания”(характерный “рывок”, проскальзывание в момент начала движения, который свойственен передачам и направляющим с трением скольжения).

Классические передачи винт-гайка базируются на трении скольжения и обладают следующими свойствами:

• Повышенный нагрев области контакта
• Низкий КПД, около 50%, как следствие:
• требуется намного более мощный мотор
• Стоимость владения за счет мощного привода, повышенного износа, низких скоростей и т.п. – выше, чем у ШВП
• Низкая стоимость приобретения
• Малая производительность – максимально достижимые скорости невысоки, идет повышенный износ и т.п.
• Самотормозащаяся передача
• Хорошо подходит для перемещения нагрузки в вертикальном направлении
• Меньшая точность, чем у ШВП аналогичной ценовой категории
• Характерен вышеупомянутый “эффект страгивания”.

Клинт Хэйз, маркетинг-менеджер по направлению ШВП. Bosch Rexroth

Это ж-ж-ж – неспроста

Все знают, что трапецеидальные винты обладают низким КПД 40-50%, тогда как ШВП – порядка 90-95. Стоимость дополнительных ваттов мощности привода для более дешевых ходовых винтов – плата за экономию на ШВП, и вполне возможно, что ШВП все же окажется в результате дешевле, ведь ходовые винты приходится менять гораздо чаще – а это и стоимость собственно передачи, и простой станка, упущенная выгода. Из-за трения скольжения ходовые винты генерируют избыточное тепло, и сильно уступают ШВП в повторяемости. Вдобавок, пусть некоторые винты и выпускаются с точностью C5, продукция может вовсе не отвечать заявленным параметрам – трение скольжения медленно, но верно “стирает” всю точность передачи. ШВП гораздо эффективней трапецеидальных винтов в широком спектре приложений. Однако, плавность ШВП имеет и обратную сторону – она не самотормозящаяся. Так что трение скольжение как минимум в этом аспекте играет на руку ходовым винтам – они часто более предпочтительны, если перемещение идет вертикально. Суммируя, можно сказать, что в задачах, где критичны габариты, не требуется высокой точности, больших скоростей, нужно самоторможение – трапецеидальные винты справятся хорошо. Однако, всегда надо помнить, что экономия на стоимости передачи – палка о двух концах, ведь передача с трением скольжения, будучи дешевле ШВП, потребует дополнительных расходов на мощный привод, электроэнергию, простои оборудования во время более частого техобслуживания.

Дэн Пассеро, менеджер по развитию, NSK Precision America

Еще раз о различиях

В общем смысле, шариковая винтовая передача ШВП, зубчатая рейка РВП и трапецеидальные винты – все это передачи типа “винт-гайка”. Однако, чтобы правильно применять их, необходимо иметь четкое представление об их различиях. Шарико-винтовые передачи используют специальную резьбу – в виде беговых дорожек для шариков, сделанных на поверхности стального вала. Гайка ШВП, в свою очередь, имеет аналогичные беговые дорожки на своем корпусе, сделанные таким образом, чтобы шарики, циркулирующие в них, с одной стороны сидели в канале жестко, а с другой – легко передавали усилия с дорожек винта на гайку. Ходовые винты используют трапецеидальную резьбу(изобретенную, кстати, уже более 100 лет назад), в них усилия передаются за счет трения скольжения, с контактирующих поверхностей резьб винта и гайки. В ролико-винтовой паре принцип аналогичен ШВП, только усилия передаются с гайки на винт через набор роликов, которые могут вращаться вокруг своей оси. Так достигается значительно большая площадь контакта гайки с винтом, что и обуславливает большую нагрузочную способность РВП.

Производители ШВП указывают данные для статической и динамической осевой грузоподъемности, и точности шага винта. Динамическая грузоподъемность характеризует диапазон нагрузок, при которых винт отходит расчетный ресурс, а точность шага характеризует прежде всего точность всей передачи. Винты ШВП делятся на 2 больших класса – катаные и шлифованные. Шлифованные дороже, точнее, сложнее в производстве, чем катаные.

РВП в большинстве случаев имеют намного большую динамическую грузоподъемность, чем ШВП. Винты РВП как правило все шлифованные и высокопрецизионные, и естественно, роликовые передачи – наиболее дорогие. Трапецеидальные винты обычно самые дешевые, но обладают множеством недостатков, в том числе точность передачи винт-гайка падает со временем из-за износа трущихся поверхностей.

Также надо обращать внимание на следующий момент: точность и повторяемость передачи часто путают. Вполне может быть, что передача обладает высокой повторяемостью, но малой точностью. Шлифованные РВП и ШВП обладают обычно и высокой точностью, и высокой повторяемостью. Следует хорошо изучить все характеристики конкурирующих передач, чтобы не ошибиться в выборе при проектировании станка – завышенные или заниженные требования при составлении техзадания могут привести к излишнему завышению себестоимости продукта или невозможностью достичь заданных характеристик.

Гэри Розенгрен, директор по производству, Tolomatic

Автор: Алексей Воробьев, Darxton.ru.

Винтовые передачи (перекрещивающиеся косозубые)

Винтовые передачи или перекрещивающиеся косозубые передачи представляют собой гиперболоидные передачи, допускающие косое сопряжение валов шестерен!

Оси вращения рассмотренных выше шестерен всегда параллельны при зацеплении. При особом варианте косозубого зацепления шестерни могут изготавливаться и таким образом, чтобы оси шли косо, т. е. пересекались друг с другом, не пересекаясь. В таком случае говорят о так называемых винтовых передачах или скрещенных косозубых передачах 9.0006 ( гиперболоидные шестерни ). Обычно оси парных винтовых передач проходят под углом 90° друг к другу, но в принципе возможен и любой другой угол.

Винтовые или косозубые шестерни допускают перекос валов!

Рисунок: Винтовые передачи (перекрещенные косозубые колеса)Анимация: Винтовые передачиАнимация: Винтовые передачи (увеличенная анимация)

В то время как углы винтовой передачи должны быть одинаковыми (но с разной стороной спирали) при сопряжении косозубых колес, парные винтовые колеса имеют разные углы наклона винтовой линии ( но с одинаковой стороной спирали)! Между прочим, передаточное число зависит от соотношения этих углов спирали.

Как следует из названия, винтовые передачи больше не демонстрируют чистое качающееся движение во время зацепления, а винтовое движение. Типичным для винтовых движений является постоянное скольжение боковых сторон. Таким образом, на эталонных телах скрещенных косозубых колес нет точек, которым можно было бы присвоить чистый процесс прокатки (т. е. окружные скорости зубчатых колес не идентичны ни в одной точке). Эталонными телами винтовых передач являются уже не «шаговые тела», а так называемые вращательные гиперболоиды ! Гиперболиоид получается вращением косой прямой вокруг оси вращения.

Постоянное скольжение боковых поверхностей обычно требует специальной смазки винтовых передач ( масло для гипоидных передач ), в противном случае следует ожидать повышенного износа. Из-за винтового хода зубьев боковые стороны больше не касаются друг друга линейно, а контакт точечный (исключение: червячные передачи). Кроме того, траектория зубьев винта вызывает сильные боковые силы, которые должны конструктивно поглощаться соответствующим подшипником.

Поэтому винтовые передачи рассчитаны на средние крутящие моменты и скорости, т.е. для приводов станков. Применение винтовых передач также отрицательно сказывается на КПД трансмиссии, который ниже из-за процессов скольжения на боковых сторонах.

Преимуществом косозубых передач, кроме уже упомянутого косого расположения осей шестерен, является их малошумная работа. Кроме того, винтовые передачи могут смещаться в осевом направлении в относительно широких пределах, не оказывая слишком большого отрицательного влияния на передачу мощности.

Винтовые передачи обеспечивают низкий уровень шума в диапазоне средних нагрузок и скоростей!

При соединении винтовых передач, выполненных в виде «цилиндрических» косозубых передач, также говорят о гиперболоидных передачах . Однако эталонная форма винтовой передачи также может быть «конической» (см. статью о конических передачах). Такие винтовые конические зубчатые колеса также называются гипоидными зубчатыми колесами .

Особым случаем винтовой передачи является так называемая червячная передача . По сравнению с обычным случаем винтовой передачи червячная передача обеспечивает линейный контакт боковых сторон и, таким образом, позволяет передавать более высокие крутящие моменты.

Винтовые передачи – Grainger Industrial Supply

Винтовые передачи

146 изделий

Винтовые передачи передают вращательное движение между смещенными валами. Также известные как скрещенные косозубые шестерни, они имеют корпус в форме диска и наклонные зубья, которые изгибаются вправо или влево от их центральной оси. Они сочетаются с шестернями, которые имеют одинаковый шаг, угол давления и угол наклона спирали. Сочетание двух винтовых передач одного направления передает движение между непараллельными наклонными валами, а сочетание двух винтовых передач противоположного направления передает движение между параллельными наклонными валами. Их сцепляющее движение создает трение, поэтому они обычно изготавливаются из разных материалов, чтобы свести к минимуму нагрев и износ. Поскольку их зубья входят в зацепление в определенной концентрированной точке, они подходят только для низкоскоростных и легких приложений, таких как конвейеры, текстильные машины и насосы.

Метрические винтовые шестерни

Черный оксидный покрытый углеродным сталью

Метрический модуль.

Загрузка…

Шаг метрического модуля: 1,50003

MEDRID MEDLIC:

Metric MEDRIL MODLIC: 2

MEDILIRIL MEDLICLIRE MEDLICLIRILE MEDLIC:

5-stack-title-metric-module-pitch:-2″> MEDRIC:

5 MEDRIC:

MEDRIC:

MEDRIC.

.0003

Метрические винтовые шестерни Черная оксида, покрытая покрытием углеродистой сталью.

Метрические винтовые шестерни Углеродистая сталь с черным оксидным покрытием Шаг метрических модулей: 3

88880082 Загрузка . ..

Проново Загрузка…

Нержавеющая сталь

Метрический шаг модуля: 1

Метрический винтовой механизм Нержавеющая сталь Метрический модуль Шаг: 1

Loading…

Metric Module Pitch: 1.5

Metric Screw Gears Stainless Steel Metric Module Pitch: 1. 5

.0003

Loading…

Metric Module Pitch: 2.5

Metric Screw Gears Stainless Steel Metric Module Pitch: 2.5

. 0003

Loading…

Metric Module Pitch: 1

Metric Screw Gears Nylon Metric Module Pitch: 1

Загрузка …

Metric MODUL0003

Loading. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Винторезные станки Вопросы и ответы Карусельные станки Советы мастера Станок 1М63 Токарные станки Фрезерные станки Разное