В различных исполнительных механизмах и станках часто используются шарико-винтовые передачи (ШВП), которые позволяют преобразовывать вращательное движение привода в возвратно-поступательное движение определенных узлов, например, каретки. Если говорить о точности позиционирования и эффективности рабочего механизма, то от качества и технических характеристик ШВП напрямую зависит успешность функционирования 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.

Шарико-винтовые пары (ШВП) производят как зарубежные, так и отечественные предприятия. Основные зарубежные производители ШВП включают Hiwin, Tbi Motion (Тайвань), KSK Precise Motion (Чехия), PMI Group, CNC, CHTR (Китай), THK, NSK (Япония), Steinmeyer, Bosch Rexroth (Германия), SBC (Корея), SKF (Швеция) и Gewinde (Швейцария). Японские, немецкие и шведские компании выпускают высокотехнологичные ШВП для различных задач - от стандартизированных и заменяемых до высокоскоростных, для больших нагрузок и специальных конструкций с твердыми покрытиями. Такие ШВП часто стоят в 2-2,5 раза дороже, чем российские аналоги.

В России есть несколько известных производителей ШВП, таких как "Техникс", "Точмаш" (г. Санкт-Петербург), "Технический центр Н" (г. Ярославль), "Инмаш" (г. Стерлитамак) и ПКФ "Станкосервис" (г. Рязань). Стоимость ШВП зависит от многих факторов. Например, от области применения, длины винта, класса точности, качества стали, способа деформации и обработки канавок, вида фланца, диаметра шариков и прочих параметров. Чтобы увеличить срок службы ШВП, используют типовые защиты от попадания пыли, опилок и агрессивных веществ на винт, такие как войлочные и резиновые уплотнители, гофрочехлы или сильфонные защиты ходового винта.

При заказе ШВП важно учесть, что цены могут варьироваться в зависимости от обозначений завода-изготовителя. Некоторые компании используют свою схему маркировки. Например, завод "Микрон" кодирует свои ШВП по схеме ОМВ 00 iAk-DxPRn-LxI-00-P3. Здесь ОМВ 00 обозначает тип гайки, i - число рабочих контуров (1-6), A - тип фланца, k - расположение отверстий, D - диаметр резьбы, P - шаг резьбы, R - направление резьбы (правое или левое), n - число заходов резьбы (1-3), L - длину винта, I - длину резьбы, а 00 - тип левой и правой присоединительных поверхностей винтов, Р3 - класс кинематической точности резьбы по ISO 3408.

Отметим, что при заказе ШВП у китайских компаний цена может показаться более привлекательной. Однако, низкая цена грозит экономией на всем подряд, например на количестве металла, качестве резьбы и шлифовки, толщине уплотнителей и прочих параметрах. Возможность прямого контакта с производителем и контроля на каждом этапе изготовления делают отечественные ШВП привлекательными для заказчиков.

Стоимость шарико-винтовых передач: за стандартные и на заказ

В зависимости от метода изготовления, катание и шлифовка ШВП могут иметь значительные различия в цене. Однако, многие производители стандартных катанных ШВП устанавливают цены по умолчанию без указания метода обработки. Покупателям, которые заинтересованы в ШВП для высокоточного станка, следует обратить на это внимание.

В начале июня 2020 года, цены на стандартные и специальные ШВП имели следующий диапазон:

• 1П756ДФ3.18.000 (Россия), катанная, общая длина 1930 мм, длина резьбы 1020 мм — от 80 тысяч рублей;
• 1П756ДФ3.55.000 (Россия), катанная, для токарных станков, общая длина 885 мм, длина резьбы 674 мм — 90–100 тысяч рублей;
• СМ2116-311 СБ (Россия) для станков с ЧПУ, точность 20 мкм — 90–105 тысяч рублей;
• 6Р13Ф3-00.001 (Россия) для консольно-фрезерных станков, класс П3, общая длина 1596 мм, длина резьбы 1204 мм — 130–150 тысяч рублей;
• SFU-R3210 TECHNIX (Россия), диаметр винта 32 мм — от 69 рублей/см (в среднем 80–100 тысяч рублей за винт длиной от 1000 см);
• SFU-R2505 TECHNIX (Россия), диаметр винта 25 мм — от 33 рублей/см (в среднем 30–45 тысяч рублей за винт длиной от 1000 см);
• ШВП CNC (Китай) из серии SFU для станков с ЧПУ, длина винта 605 мм — 3–4 тысячи рублей, 800 мм — 4–5 тысяч рублей;
• ШВП Tbi OFUR2505T4-DGC5-500-P2 (Тайвань) с натягом, класс С5, длина 500 мм — 20–25 тысяч рублей;
• ШВП Tbi OFUR2505T4-DGC5-860-P2 (Тайвань) с натягом, класс С5, длина 800 мм — 28–32 тысячи рублей;
• ШВП Hiwin 1R25-10T3-FSI-1500-0.05 (Тайвань) с зазором, класс С7, длина 1500 мм — 18–22 тысячи рублей;
• ШВП Hiwin R20-05T3-FSI (Тайвань) с зазором, класс С7, длина 400 мм — 8–10 тысяч рублей.

Прецизионные ШВП отвечают за точность перемещения, важную особенность для стационарных станков и систем со следящим управлением и позиционированием. Изготовление специализированных ШВП требует ответственного подхода. Не стоит экономить на точности и эффективности своего производства, но и переплачивать за ноу-хау тоже незачем.

Материал не представляет собой публичную оферту. Цены актуальны на июнь 2020 года и представлены для ознакомления.

Фото: freepik.com