Шариковая пара. Все о швп

Винтовая пара представляет собой две детали (винт и гайку), соединенные по винтовой поверхности. Винтовую пару используют для преобразования вращательного движения в поступательное, или наоборот.

Винтовые пары бывают с треугольным, прямоугольным и круглым профилем винтовой поверхности.

В технике винтовую поверхность часто называют резьбой. Резьбы с треугольным профилем подразделяют на метрические, дюймовые, трапецеидальные и упорные.

Основные геометрические параметры метрической резьбы по ГОСТ 9150–81 (рис. 5.3):

Н – высота исходного профиля (равносторонний треугольник);

d , d 2 , d 1 – диаметры наружный, средний и внутренний;

Рис. 5.5. Винтовые пары с прямоугольной и треугольной резьбой:

в – винт, г – гайка, Р и d 2 – шаг и средний диаметр резьбы

шаг Р – расстояние между ближайшими сходственными точками контура по линии, параллельной оси резьбы;

угол профиля  = 60;

угол подъема винтовой линии резьбы  (рис. 5.4).

П

Рис. 5.6. Винтовая пара:

v t и v a – окружная и осе­ваяскорости гайки;d г – наружный диаметр гайки;– угол подъема винтовой линии

ередаточное отношениеi винтовой пары равно отношению окружной v t и осевой v a скоростей гайки (винта) (рис. 5.6).

или

Здесь t – период вращательного движения.

Период вращательного движения гайки

где  и n – угловая скорость и частота вращения гайки.

Скорость поступательного перемещения гайки

Трение в винтовой паре

Рассмотрим винтовую пару с прямоугольным профилем резьбы (рис. 5.7). Полагаем, что осевая нагрузка F а на винт сосредоточена на одном витке и что реакция гайки приложена по средней линии резьбы, т. е. по d 2 .

Рис. 5.7. К определению сил трения в винто­вой паре с прямоугольным профилем резьбы

Перемещение гайки по винту можно рассматривать как движение ползуна по наклонной плоскости с углом наклона  (рис. 5.8).

При равномерном движение ползуна справедливым является следующее уравнение равновесия:

где F t = М /r 2 – горизонтальная сила, действующая на ползун (гайку), М – крутящий момент пары сил, приложенных к гайке на расстоянии r 2 от оси винта в плоскости, пер­пендикулярной оси (в горизонтальной плоскости).

Из плана сил (рис. 5.9) видно, что движущая сила F t , необходимая для равномерного движения ползуна вверх по наклонной плоскости, связана с величиной осевой силы F а соотношением

F t = F а tg ( + ),

а крутящий момент М пары, приложенный к гайке, будет

М = F t r 2 = F а tg ( + ) r 2 .

Из закона Кулона–Амонтона следует

F т = f N = N tg .

Из плана сил определим силу трения, действующую в винтовой паре:

Разделив числитель и знаменатель этого выражения на cos  и учитывая, что f = tg , получим

В винтовой паре с треугольной резьбой нормальная сила N > F а (рис. 5.10), поэтому сила трения F т больше, чем в рассмотренной выше винтовой паре с прямоугольным профилем резьбы. Соответственно

Рис. 5.10 . Соотношения между нормаль­нойи осевой силами в винтовых парах с треугольным и прямоугольным профилями резьбы

угол трения  и коэффициент трения f у винтовой пары с треугольной резьбой будут больше, чем в винтовой паре с прямоугольным профилем резьбы.

В винтовой паре с треугольной резьбой коэффи­циент и угол трения будут

и
.

Полученные для винтовой пары с треугольным профилем резьбы коэффи­циент f  и угол  трения называются приведенными коэффи­циентом и углом трения.

Износостойкие винтовые (шнековые) пары героторных винтовых насосов.

Героторные или одновинтовые насосы являются насосами объемного действия, их принцип работы основан на перемещении продукта вращающимся ротором по внутренней спирали двухзаходного неподвижного статора. При этом не создается скачков давления, а структура перемещаемого продукта не подвергается механическому воздействию. Пенобетон не расслаивается. Винтовые насосы применяются во многих отраслях промышленности. Перекачивающим рабочим органом насоса является винтовая героторная или шнековая пара. Винтовая пара состоит из однозаходного ротора, вращающегося внутри неподвижного эластичного двухзаходного статора (обоймы). Геометрические параметры винтовой пары, такие как длина и диаметр ротора и статора, шаг винтовой поверхности, количество шагов, осевой эксцентриситет и т.п. определяют объем образующейся рабочей полости между ротором и статором и количество таких полостей. От конструктивных характеристик зависит способность винтовой пары развивать определенное давление продукта на выходе, перекачивать строго определенное количество продукта за один оборот винта (ротора) и прокачивать растворы с определенным размером твердой фракции (2-16мм). На входе винтовой пары создается разрежение, поэтому насосы являются самовсасывающими. Винтовые пары героторного насоса способны перекачивать различные абразивные растворы, густые и газосодержащие жидкости и являются изнашиваемой расходной частью насосного агрегата. При перекачке абразивных штукатурных и бетонных растворов рабочие поверхности ротора и статора подвергаются интенсивному абразивному износу, поэтому ротор изготавливается из износостойкого твердого сплава, а статор из износостойкого эластичного материала.

Область применения винтовых героторных насосов:

— Строительная отрасль : штукатурные, шпаклевочные, малярные агрегаты и станции, бетоно — растворонасосы, машины для торкретирования бетона и закачки цементных растворов в скважины под фундаменты зданий, агрегаты для устройства наливных полов и кровель

— Насосы для химических производств

— Мультифазные насосы для перекачки густой, загрязненной песком и загазированной нефти

— Насосы очистных сооружений, шламовые, ливневые для сточных вод, фекальные для откачки навоза в животноводстве, и т.д.

— Откачка шахтных вод при горнодобыче

— Пищевые насосы для перекачки паст, кремов, мясного фарша, патоки, пюре, кетчупов, шоколада, теста, парфюмерных кремов и т.д.

— Насосы для перекачки взрывчатых веществ, торфяной и угольной крошки, бумажной пульпы, извести, глины, битума

Измерительные насосы-дозаторы

Преимущества винтовых героторных насосов.

— Большая номенклатура применяемых винтовых пар определяет широкий диапазон винтовых насосов по применению, производительности и давлению нагнетания.

— Давление нагнетания насоса определяется только конструкцией винтовой пары и постоянно при любой скорости вращения ротора и производительности насоса.

— Производительность насоса меняется со скоростью вращения ротора.

— Подача продукта осуществляется равномерно без пульсаций давления.

— Высокий КПД насоса

— Эффективно перекачивают густые, вязкие, тягучие жидкости, суспензии и растворы с высоким содержанием (до 60%)газа и твердых или волокнистых составляющих.

За один оборот ротора перекачивается строго фиксированное (до граммов) количество жидкости.Функция точного дозирования объема или измерения

— Винтовые насосы являются самовсасывающими.

— Простота конструкции насоса – отсутствуют вращающиеся сальники.

— Бесшумная работа винтовой пары.

— Простота обслуживания – замена винтовой пары без разборки насоса.

Инженеры компании способны рассчитать, сконструировать и изготовить по заданию Заказчика винтовые пары с определенным набором технических характеристик или аналоги любой импортной винтовой пары. Мы производим износостойкие винты и обоймы D6-3, D8-1,5 и 2L74 для импортных штукатурных, шпаклевочных и торкрет агрегатов компаний Putzmeister, m-tec, Maltech, P.F.T., Putz knecht, Turbosol, Utiform, Borneman, Brinkman, Edilizia, Kaleta, MAI, Chemgrout, Foerdertechnik, Lutz, Filamos, Knoll, Power-spray, KTO, ATWG, Hi-Flex, Tumac , и т.д.

Компания производит под заказ винтовые пары СО-115, Д-4, Д-5, СО-87 с улучшенными техническими характеристиками для штукатурных МАШ-1-01, шпаклевочных СО-150Б и малярных агрегатов и т.д. производителей КСОМ и ОАО «МИСОМ ОП» и Орловского завода строительной техники. Нами модернизированы конструкции некоторых винтовых пар, что позволило повысить их стойкость, давление нагнетания и другие технические характеристики. Компания изготавливает винты (роторы) из износостойких сплавов с высоким содержанием твердых карбидов, поэтому они имеют рабочий ресурс в 3 раза и более винтов КСОМ , выточенных из стали 40Х.

Освоена технология производства равностенных (Even Wall) обойм статоров винтовых пар из износостойких полимеров. Производимые нами винтовые пары СО-115, Д-4, Д-5, СО-87 по ценам ниже, а по стойкости значительно превосходят аналоги КСОМ. Показатель цена/качество – вне конкуренции, цена ниже на 20-30%, стойкость выше в 3 раза. Купив и эксплуатируя нашу пару, Вы оцените ее неоспоримые преимущества и сэкономите значительные средства на винтовой паре и ее доставке.

Шарико-винтовые пары

Шарико-винтовая передача (ШВП) – это линейный механический привод, преобразующий вращение в линейное перемещение и наоборот. Конструктивно она представляет собой длинный винт, по которому движется шариковая гайка. Внутри гайки между ее внутренней резьбой и резьбой винта по спиралевидной траектории катятся шарики, затем попадая в возвратные каналы – внутренние или внешние.

Концы винта обычно закрепляются на подшипниковых опорах, а гайка соединена с перемещаемым узлом. Когда винт вращается, гайка линейно перемещается по винту вместе с полезной нагрузкой. Но существуют и шарико-винтовые пары с вращающейся гайкой – в такой конструкции винт линейно перемещается относительно гайки.

Обыкновенная винтовая передача состоит из винта и гайки, которые имеют трапецеидальную резьбу. В такой передаче при движении возникает трение скольжения, и около 70% энергии рассеивается в виде тепла.

В отличие от передачи винт-гайка, шарико-винтовой привод содержит элементы качения (шарики), которые передают механическую энергию между гайкой и винтом. Это обеспечивает ШВП значительные преимущества:

• КПД может превышать 80%


• требуемые мощность и крутящий момент приводных двигателей намного меньше


• интенсивность износа минимизирована


• срок службы намного больше, чем у винтовых передач скольжения, и может быть определен вычислением усталости при качении


• меньший нагрев способствует непрерывной работе

Однако из-за малого коэффициента трения ШВП подвержены скатыванию, особенно при большом шаге резьбы. Поэтому в некоторых случаях требуется использование тормозного устройства для предотвращения самопроизвольного движения механизма.

Диапазон основных характеристик шарико-винтовых передач:

• Номинальный диаметр винта – от 6 до 150 мм


• Динамическая грузоподъемность – от 1,9 до 375 кН


• Статическая грузоподъемность – от 2, 2 до 1250 кН


• Линейная скорость – до 110 м/мин.

Существуют два типа шарико-винтовых передач, различающихся технологией изготовления резьбового винта: катаные (накатка резьбы) и шлифованные (нарезка резьбы с последующей шлифовкой поверхности). Катаные винты проще в производстве, поэтому более доступны. Шлифованные дороже, но имеют значительно лучшую точность изготовления резьбы, а, следовательно, точность и повторяемость позиционирования.

Важным параметром также является шаг резьбы. Чем он больше, тем выше максимальная линейная скорость, но ниже точность позиционирования и осевое усилие.

Мы предлагаем обширный ассортимент прецизионных ШВП с катаными и шлифованными винтами. Доступны и соответствующие аксессуары – фланцевые гайки и подшипниковые опоры.

Катаные шарико-винтовые передачи

Шарико-винтовые передачи SKF – это высокопроизводительное решение для широкого круга областей применения, в которых особенно важны точность, надежность и соотношение цена/качество.

Использование высокотехнологичного оборудования при производстве катаных винтов позволило добиться почти таких же характеристик и точности, как и у шлифованных, но с меньшими затратами. Стандартным является класс точности G9, согласно ISO 286-2:1988. Начиная с номинального диаметра 20 мм, катаные винты производства SKF соответствуют точности G7. По запросу доступны винты с точностью G5 по ISO 3408-3:2006, соответствующей точности G5 шлифованных винтов, предназначенные для позиционирования.

Из широкого ассортимента прецизионных катаных шариковинтовых пар SKF вы сможете выбрать именно то, что нужно в конкретном случае:

• Миниатюрные шарико-винтовые пары (с номинальным диаметром от 6 мм, внешней или внутренней рециркуляцией шариков) – компактная, эффективная система привода.


• Большая часть миниатюрных ШВП доступна в исполнении из нержавеющей стали.


• Катаные шарико-винтовые передачи большего номинального диаметра (от 16 до 63 мм) доступны с различными видами гаек, с осевым зазором или без, с преднатягом – как для обычного использования в приводе, так и в точном позиционировании.


• Для этих винтов предлагается множество дополнительных аксессуаров, например, опциональные фланцы для гаек и подшипниковые опоры, обеспечивающие упрощение сборки готовой системы.


• Катаные шарико-винтовые пары с большим шагом обеспечивают высочайшие линейные скорости для специфических областей применения.


• SKF также предлагает ШВП с вращающимися гайками, обеспечивающими снижение инерции системы. Вы можете обратиться к нам для получения более подробной информации.

Прецизионные шлифованные шарико-винтовые пары

SKF предлагает обширный ассортимент шлифованных шарико-винтовых передач для случаев, когда требуются высокая точность и жесткость. Так как поверхности качения обрабатываются специальным высокоточным оборудованием, шлифованные ШВП легко приспособить практически под любые требования. Стандартная точность резьбы – G5, по заказу доступны G3 и G1.

Как сделать правильный выбор?

В широком ассортименте шлифованных шарико-винтовых передач SKF вы наверняка найдете именно то, что нужно в конкретном случае:

• Метрические и дюймовые


• Гайка DIN или цилиндрическая фланцевая


• Внутренние или наружные возвратные каналы


• Фланец посередине гайки или с одного из торцов


• Гайка с осевым зазором, без зазора, с преднатягом


• Одинарная или двойная гайка


• Стандартная обработка концов винта или по требованиям заказчика


• Возможно изготовление гайки под заказ


• Опционально – вал с заплечиками, вырезанными из металлической пластины

Все аксессуары, в том числе, подшипниковые опоры, могут поставляться уже установленными на шариковинтовую пару в сборе.

Каталоги SKF по шарико-винтовым передачам

Роликовинтовые пары (передачи, приводы) SKF

Ролико винтовые передачи - новый этап развития приводной техники.

Грузоподъемность передач винт-гайка качения практически всецело зависит от характеристик поверхностей в месте контакта элементов качения и винта: диаметра, числа точек контакта, твердости, обработки поверхности для обеспечения точности и следовательно равномерности распределения нагрузок между телами качения.

В шариковинтовых передачах нагрузка передается с гайки на винт через шарики, расположенные в канавках резбы. В ШВП с однозаходной резьбой размер шарика ограничен приблизительно 70% шага резьбы. В связи с этим, общая площадь контакта относительно мала в связи с ограниченностью числа полных витков шариков в гайке. Показать схему.

В роликовинтовых передачах нагрузка передается через рифленую поверхность всех цилиндрических роликов, что приводит к значительному увеличению числа точек контакта и общей площади контакта относительно ШВП. Показать схему.

Ролико винтовые передачи характеризуются:

Очень высокой грузоподъемностью (статическая нагрузка до 1500 тонн, динамическая нагрузка до 370 тонн)
- Очень высокой допустимой скоростью вращения (для РВП диаметром 48 мм - 3300 об/мин)
- Очень высокими допустимыми ускорениями (12000 рад/сек кв.)
- Долгим сроком службы даже при постоянной работе
- Высочайшей надежностью
- Хорошей сопротивляемостью агрессивным средам (пыль, песок, лёд)
- Хорошей сопротивляемостью ударным нагрузкам и вибрациям
- Прекрасной повторяемостью позиционирования (мин. шаг 0,6 мм)

Различают два типа ролико-винтовых передач.

(серии SR/BR/PR/HR) (показать устройство) выдерживают тяжелейшие нагрузки в агрессивных условиях тысячи часов, что делает их пригодными для использования в задачах с очень высокими требованиями к грузоподъемности и надежности. Очень прочная гайка способна выдерживать ударные нагрузки, а механизм синхронизации движения роликов сохраняет надежность даже при высоких скоростях. Большой шаг резьбы и симметричная конструкция гайки позволяют осуществлять линейные перемещения с высокими скоростями.

Планетарные роликовинтовые приводы применяются в протяжных станках, прессах, станках, сталелитейном производстве, производстве шин, для автоматизации погрузочно-разгрузочных операций, военной авиации, танках, пусковых установках и пр.

(серии SV/BV/PV) (показать устройство) позволяют получить высочайшую точность позиционирования благодаря использованию резьбы с малым шагом. Преимущества такой конструкции - минимизация входного момента и увеличение разрешения. Также отличаются высокой жесткостью.

Рециркуляционные ролико-винтовые приводы применяются в лабораторном и медицинском оборудовании, производстве бумаги, топографском оборудовании, телескопах, спутниках и пр.

ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОГРАММА РОЛИКО-ВИНТОВЫХ ПЕРЕДАЧ SKF

Серия планетарных ролико-винтовых пар SRC:
увеличить

Цилиндрические гайки с осевым люфтом
- Шаг резьбы от 4 до 42 мм

увеличить

Фланцевые гайки с осевым люфтом
- Диаметры винтов от 8 до 210 мм
- Шаг резьбы от 4 до 42 мм

увеличить

BRC - цилиндрические гайки с устраненным осевым люфтом
- PRU - цилиндрические гайки с преднатягом
- Шаг резьбы от 2 до 42 мм

увеличить

BRF - фланцевые гайки с устраненным осевым люфтом
- PRK - фланцевые гайки с преднатягом
- Диаметры винтов от 8 до 64 мм
- Шаг резьбы от 4 до 36 мм

HRC – цилиндрические гайки с осевым люфтом
- HRF, HRP – фланцевые гайки с осевым люфтом
- Диаметры винтов от 60 до 210 мм
- Шаг резьбы от 15 до 40 мм

ISR – гайки с осевым люфтом
- IBR – гайки с устраненным осевым люфтом
- Диаметры винтов от 12 до 120 мм
- Шаг резьбы от 1 до 18 мм

SRR – фланцевые гайки с осевым люфтом
- BRR – фланцевые гайки с устраненным осевым люфтом
- Диаметры винтов от 25 до 60 мм
- Шаг резьбы от 5 до 30 мм

увеличить

SVC - цилиндрические гайки с осевым люфтом
- PVU – цилиндрические гайки с преднатягом

- Шаг резьбы от 0,6 до 5 мм

SVF - фланцевые гайки с осевым люфтом
- PVK - фланцевые гайки с преднатягом
- Диаметры винтов от 8 до 125 мм
- Шаг резьбы от 0,6 до 5 мм

Рассмотрим соотношения между силами, действующими в винтовой паре с прямоугольной резьбой. Развернем виток прямоугольной резьбы винта по среднему диаметру d 2 в наклонную плоскость, а гайку заменим ползуном (рис. 1). Подъему ползуна по наклонной плоскости соответствует навинчивание гайки на винт.

Рис. 1 - Гайку заменим ползуном

Как известно из теоретической механики, сила взаимодействия F между наклонной плоскостью и ползуном, возникающая при движении его по наклонной плоскости, представляет собой равнодействующую нормальной силы и силы трения между ними и наклонена к нормали n поверхности их соприкосновения под углом трения φ.

Разложим силу F на две составляющие: осевую силу F а , действующую на винтовую пару, и окружную силу F t вращающую гайку при ее навинчивании (в других случаях вращающую винт при его ввинчивании).

Из чертежа разложения сил (рис. 1) следует, что
где ψ - угол подъема резьбы.

Очевидно, что крутящий момент T в резьбе, создаваемый силой F t , при навинчивании гайки или ввинчивании винта,

или

Спуску ползуна по наклонной плоскости (рис. 2) соответствует отвинчивание гайки или винта. В этом случае при разложении силы взаимодействия F между наклонной плоскостью и ползуном на осевую силу F a и окружную силу F ′ t имеем

Рис. 2 - Отвинчивание гайки

Очевидно, что при F ′ t ≥0 [что соответствует условию tg(φ-ψ)≥0] резьба будет самотормозящей. Следовательно, условие самоторможения прямоугольной резьбы математически определяется условием ψ≤φ. При подъеме ползуна по наклонной плоскости движущей силой F t (рис. 1) на высоту, равную ходу резьбы P h , работа движущих сил

а работа сил полезных сопротивлений

Коэффициент полезного действия η винтовой пары с прямоугольной резьбой при навинчивании гайки или ввинчивании винта.


или

Из анализа формулы следует, что для самотормозящей винтовой пары, где ψРассмотрим силовые соотношения, условия самоторможения и к. п. д, винтовой пары с треугольной или трапецеидальной резьбой. Так как рассуждения и выводы для указанных резьб одинаковы, то рассмотрим их применительно к треугольной резьбе. Если в рассмотренной винтовой паре заменим прямоугольную резьбу треугольной, то сила трения в резьбе, а следовательно, и окружная сила винтовой пары будут иметь другие значения. Определим силы трения и установим соотношения между силами трения в прямоугольной и треугольной резьбах. Для упрощения выводов угол наклона резьбы примем равным нулю. Сила трения для прямоугольной резьбы (рис. 3)

где ƒ - коэффициент трения. Сила трения для треугольной (рис. 4) или трапецеидальной резьбы

где α - угол профиля резьбы,
ƒ′ - приведенный коэффициент трения:

Рис. 3 - Сила трения для прямоугольной резьбы

Из формулы следует, что по сравнению с прямоугольной резьбой в треугольной и трапецеидальной резьбах трение больше. Для нормальной метрической резьбы α=60° и ƒ′=1,15ƒ, для трапецеидальной резьбы α=30° и ƒ′=1,04ƒ, следовательно, в этой резьбе трение больше, чем в прямоугольной резьбе, но меньше, чем в треугольной.

Рис. 4 - Сила трения трапецеидальной резьбы

Очевидно, что соотношению коэффициентов трения ƒ и ƒ′ соответствует соотношение между углами трения φ и φ′ где φ′ - приведенный угол трения:

Соотношения между силами в прямоугольной и треугольной резьбах аналогичны. Поэтому по аналогии с формулами следует, что для треугольной или трапецеидальной резьбы окружная сила
крутящий момент в резьбе
условие самоторможения определяется выражением ψ≤φ′, коэффициент полезного действия
а для самотормозящей винтовой пары, где ψ Рис. 5 - Торцовая опорная поверхность гайки

Момент трения T f на торце гайки или головки винта при их завинчивании определяют следующим образом. Торцовая опорная поверхность гайки или головки винта (рис. 5) принимается кольцевой с наружным диаметром D , равным раствору ключа, и внутренним диаметром d 0 равным диаметру отверстия под болт, винт или шпильку . Принято считать, что давление на опорной поверхности распределяется равномерно, т. е.

Таким образом, момент трения на торце гайки или головки винта

или окончательно

Для упрощения расчетов часто принимают, что равнодействующая силы трения ƒF на опорной поверхности гайки или головки винта действует по касательной к окружности среднего диаметра d c , опорной поверхности и момент

где

Последняя формула при технических расчетах дает вполне достаточную точность.

Очевидно, что момент завинчивания гайки или ввинчивания установочного винта