Передача «винт-гайка»: разновидности и особенности применения передач скольжения и качения
- Передача «винт-гайка»: назначение и основные разновидности
- Передача «винт-гайка» скольжения
- Недостатки и достоинства передачи «винт-гайка» скольжения
- Изготовление ходовых винтов
- Шарико-винтовая пара: конструкция, достоинства и недостатки
- Ролико-винтовая передача
Передача «винт-гайка»: назначение и основные разновидности
Передача типа «винт-гайка» разработана и применяется с целью превращения вращательного движения в поступательное (и/или обратно).
Основными компонентами являются металлический винт и подходящая по его размерам гайка.
Механическая передача «винт-гайка» может изготавливаться в двух видах: скольжения и качения. Причем передачами качения являются шарико-винтовая пара и ролико-винтовая передача.
Каждая их них имеет свои особенности, преимущества и ограничения. Механизмы не являются взаимозаменяемыми и, как правило, применяются в неодинаковом оборудовании.
Подбор оптимальной передачи осуществляется исходя из условий работы и требуемых точности, жесткости, износостойкости и выдерживаемых нагрузок.
Передача «винт-гайка» скольжения
Винтовая передача скольжения состоит из ходового винта и сопряженной с ним гайкой.
Усилия между ними передаются за счет трения скольжения, что обусловливает важное свойство передачи скольжения, нехарактерное для механизмов качения, – способность к самоторможению.
Ходовые винты передач скольжения различаются профилем резьбы.
Наиболее распространенными являются трапецеидальные ходовые винты. Рисунок выступа и канавки резьбы в разрезе выглядит как трапеция с углами, равными примерно 30 градусов.
Такие винты выдерживают высокие нагрузки, могут подвергаться регулировке осевых зазоров.
Однако в высокоточных передачах скольжения предпочтительно использование ходовых винтов с прямоугольным профилем резьбы, так как погрешности при движении, связанные с радиальным биением винта, у них ниже.
Недостатки и достоинства передачи «винт-гайка» скольжения
К достоинствам передачи «винт-гайка» скольжения относят высокие жесткость и грузоподъемность, а также простоту в изготовлении, монтаже, бесшумность, способность к самоторможению при вертикальном перемещении и возможность ремонта.
Недостатками данного вида механизмов являются короткий ресурс, низкий коэффициент полезного действия и ограниченная скорость перемещения. Также для осуществления работы они нуждаются в применении мощных моторов.
Передачи скольжения идеальны для осуществления вертикальных перемещений в оборудовании с высокими требованиями к габаритам. Однако они не могут работать долгое время без остановки.
Изготовление ходовых винтов
Изготовление ходовых винтов с трапецеидальным профилем не доставляет больших затруднений, это одна из причины выбора деталей с таким видом резьбы.
В качестве заготовок для ходовых винтов применяются горячекатанные прутки, которые правятся на станках, нарезаются, подвергаются черновой обточке.
Нарезание резьбы происходит при помощи резцов за несколько черновых и чистовых проходов. Число этих проходов зависит от многих условий, например, количества заходов и шага резьбы, материала прутка.
После черновой обработки винт подвергается искусственному старению с целью устранения внутренних напряжений. Деформированный в результате данной операции винт исправляется в процессе чистовой обработки.
Практически готовые детали подвергаются шлифованию в два этапа.
По размерам винта изготавливается подходящая гайка. Как правило, для этого используют бронзу или металлические сплавы.
Однако все чаще встречаются винтовые передачи скольжения, гайки которых выполнены из полимерного материала. В его состав добавляются смазочные вещества.
Это решение применяется с целью исключения необходимости смазывания деталей. Липкие смазки притягивают к себе мелкие частицы, которые ускоряют износ ходовых винтов, действуя наподобие абразива.
Но полный отказ от антифрикционных составов может привести к снижению эксплуатационных характеристик передачи скольжения, несмотря на использование модернизированной полимерной гайки.
Снизить износ и повысить ресурс передачи скольжения можно на этапе изготовления ходовых винтов. Это осуществляется путем создания на поверхности детали тонкого прочного смазочного слоя.
Для этой цели винты обрабатываются покрытием MODENGY 1014, содержащим в своем составе политетрафторэтилен и дисульфид молибдена.
После полимеризации в печи на винтах формируется устойчивая пленка, которая снижает трение между витками резьбы, предотвращает образование задиров, защищает от коррозии и повышает эксплуатационные характеристики деталей.
Покрытие не нуждается в обновлении на протяжении всего срока службы передачи, а также существенно расширяет области применения винтов – оно защищает детали от воздействия агрессивных сред, не притягивает в узел пыль и мелкие частицы, не пачкает соприкасающиеся с ним объекты (например, готовую продукцию).
Шарико-винтовая пара: конструкция, достоинства и недостатки
Главным отличием шарико-винтовой пары (ШВП) от передачи скольжения является наличие шариков.
Для движения этих шариков на резьбе винтов и гаек создаются специальные дорожки качения. Дорожки замкнутые, по достижении определенного пути каждый шарик возвращается в свое начальное положение, повторяя перемещение заново.
Добавление шариков позволяет увеличить коэффициент полезного действия передачи и повысить срок службы деталей, так как эти детали исключают трение скольжения. Кроме того, такое решение увеличивает максимальную скорость перемещения.
Недостатков у ШВП также немало. Данный вид передачи обладает низкой грузоподъемностью и жесткостью, требует чистоты помещения, в котором используется, и отсутствия вибраций.
В изготовлении ШВП намного сложнее, чем ходовые винты. Производство должно проводиться с высочайшей точностью, поверхность винта шариковой передачи должна быть хороша обработана, особенно канавки для шариков.
Шарико-винтовые пары находят применение в механизмах, которые требуют высоких скоростей перемещения и большого количества циклов работы, оснащенных не самыми мощными моторами.
Из-за отсутствия способности к самоторможению применение ШВП ограничено при необходимости вертикальных перемещений. Однако они могут использоваться с противовесами и тормозящими устройствами для предотвращения падения.
Ролико-винтовая передача
Данный вид передачи качения является одним из самых грузоподъемных приводов.
Параллельно винту расположены ролики, которые передают ему нагрузку от гайки.
Повышенные грузоподъемность и ресурс достигаются за счет большой площади контакта между винтами и роликами.
Они применяются при больших нагрузках и скоростях перемещения, высоких ускорениях, в агрессивных средах.