ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПЕРЕДАЧИ ВИНТ-ГАЙКА


Интенсивное развитие технологии предъявляет особые требования к механизмам линейного перемещения промышленного оборудования. Имеется достаточный выбор исполнительных механизмов, реализуемых в линейном приводе (гидравлические, пневматические, зубчатые), но особого внимания заслуживают механические винтовые передачи в составе электропривода, благодаря технологичности конструкции, малым массе и габаритам, высокой надежности, несложному обслуживанию. Из всего многообразия конструкций передач винт-гайка наиболее известны передачи скольжения (рис. 1) и шарико-винтовые передачи (ШВП) (рис. 2). Существенные недостатки первых – низкий КПД, нестабильность момента трения, быстрый износ – ограничивают область их применения, а наличие канала возврата шариков в ШВП ограничивает предельную частоту вращения ходового винта.
Поиск новых, более совершенных передач винт-гайка привел к созданию планетарных ролико-винтовых передач (ПРВП), одним из первых серийных производителей которых является мировой лидер в области передач винт-гайка концерн SKF (Швеция).
ПРВП обладают высокими характеристиками и имеют особый принцип действия, не присущий другим винтовым передачам. Их особенность – наличие тел качения в виде резьбовых роликов (рис. 3), расположенных между винтом и гайкой и совершающих планетарное движение относительно оси ходового винта. ПРВП уступают винтовым передачам скольжения только по нагрузочной способности и технологичности, превосходя их по КПД (более 80%), плавности движения во всем диапазоне скоростей, кинематической точности (погрешность до 6 мкм/300 мм), предельной частоте вращения ходового винта (до 5000 мин"1), диапазону варьирования подачи гайки (0,2–10 мм/об). ПРВП превосходит ШВП по предельной частоте вращения ходового винта (до 2-х раз), осевой грузоподъемности (при одинаковых габаритах до 3-х раз), долговечности, надежности, осевой жесткости (до 2-х раз), плавности движения в зоне средних и больших скоростей, а также диапазону варьирования подачи гайки. ПРВП может обеспечить малую подачу гайки за оборот винта, что позволяет соединить вал электродвигателя непосредственно с ходовым винтом, при этом возможны линейные скорости перемещения гайки до 2 м/с с сохранением точностных показателей.
ПРВП представляют собой целый класс винтовых передач. Существует множество конструктивных схем ПРВП. Все они по способу преобразования вращательного движения ходового винта в поступательное движение гайки относительно последнего подразделяются на две основные группы, широко представленные в гамме продукции концерна SKF.
К первой группе относят ПРВП, получившие название «ПРВП с короткими роликами» (рис.4).
ПРВП с короткими роликами состоят из ходового винта 1 и гайки 6, имеющих многозаходную резьбу треугольного профиля в осевом сечении и роликов-сателлитов 5 с однозаходной резьбой специального профиля, расположенных между винтом и гайкой. Такие ПРВП передают нагрузку путем контакта многих витков (теоретически нескольких сотен). Для исключения зазоров в передаче и повышения ее жесткости создают предварительный натяг. В этом случае гайка 6 обычно состоит из двух полугаек с кольцом 9 калиброванной толщины. Полугайки соединены шпонкой 8.
При работе ПРВП ходовой винт вращается, гайка перемещается вдоль оси ходового винта, а ролики, перемещаясь вместе с гайкой, совершают планетарное движение относительно оси винта. По концам гайки штифтами 7 закреплены зубчатые венцы 4, входящие в зацепление с зубчатыми венцами на концах роликов. Для равномерного расположения роликов в гайке применены сепараторы 3. В зависимости от требований, предъявляемых к ПРВП, выпускаются три ее модификации: SR, TR, PR. Передачи в модификации SR имеют осевой зазор в резьбовых сопряжениях, модификация TR при сборке имеет небольшой предварительный натяг, а модификация PR – предварительный натяг, при котором обеспечивается оптимальная осевая жесткость передачи. Передачи оснащаются гайками различных конструкций: гладкая цилиндрическая, цилиндрическая с фланцем или с цапфами. Средний диаметр ходового винта серийно выпускаемых ПРВП изменяется от 8 до 210 мм. Передачи обеспечивают высокие скорости линейных перемещений, значительный ресурс. Область применения ПРВП с короткими роликами: приводы подач металлорежущих станков, манипуляторов промышленных роботов, систем наведения и управления летательных аппаратов, радаров, и т.д. В частности, передачами с короткими роликами оснащены электромеханические приводы третьей и четвертой осей промышленного робота ПР601/60, широко применяемого в сварочных производствах отечественных автозаводов.
Ко второй группе относят ПРВП, получившие название «ПРВП с рецеркуляцией роликов» (рис. 5) и состоящие из ходового винта 1, резьбовых роликов-сателлитов 2, гайки 3, сепаратора 4, двух направляющих шайб 5, расположенных по концам гайки. Для фиксации шайб предназначены стопорные винты 6. Для рецеркуляции роликов в гайке, в последней имеется продольный паз 7. Принцип передачи нагрузки и профиль резьбы роликов, гайки и ходового винта ПРВП с рецеркуляцией роликов такие же, как и у ПРВП с короткими роликами. ПРВП с рецеркуляцией роликов выпускаются в двух модификациях: SV и PV. Передачи в модификации SV имеют осевой зазор в резьбовых сопряжениях, а в модификации PV возможно создание предварительного натяга, при котором обеспечивается оптимальная осевая жесткость передачи. Передачи оснащаются гайками различных конструкций: гладкая цилиндрическая, цилиндрическая с фланцем или с цапфами. Средний диаметр резьбы ходового винта выпускаемых передач может иметь значения от 8 до 125 мм. Передачи обеспечивают высокие
точность, жесткость, надежность, нагрузочную способность, плавные движения с малой подачей. ПРВП с рецеркуляцией роликов применяются в областях, где необходимы малые медленные перемещения с высокой точностью при больших осевых нагрузках: это и оборудование для типографий, и системы наведения телескопов и спутников, приводы подач инструмента для правки шлифовальных кругов, медицинское и лабораторное оборудование.
Передачи обеих групп могут иметь различные исполнения присоединительных размеров концевых участков ходовых винтов и степени защиты, в том числе для работы в коррозионно-активных средах. При смазывании передач смазочным материалом SKF LGEP2 возможен температурный режим работы
–20…+120 °С. Высокое качество продукции SKF подтверждается сертификатом ISO 9001.
В качестве дополнительного элемента привода фирмой-производителем предлагается специальный опорный узел ходового винта, который способен выдержать значительные осевые нагрузки ПРВП (на больших типоразмерах до 2000 кН при частоте вращения до 5000 мин–1). В целом фирма SKF предлагает подробные рекомендации по выбору, условиям монтажа, смазыванию и применению планетарных ролико-винтовых передач.
Необходимо отметить развивающийся в настоящее время бурными темпами интерес к ПРВП со стороны ведущих отечественных производителей высокоэффективных приводов линейного перемещения. Использование передового опыта и возможностей мирового лидера в производстве и эксплуатации ПРВП – фирмы SKF позволит в кратчайшие сроки оптимально решить эти задачи.
Для совершенствования конструкции ПРВП и расширения области их рационального применения, на кафедре «Детали машин» МГТУ им. Н.Э.Баумана интенсивно проводятся научно-исследовательские работы, основными направлениями которых являются повышение осевой жесткости, кинематической точности, увеличение КПД, обеспечение технологичности конструкций. Разработанные оригинальные конструкции ПРВП защищены патентами РФ.
Код: 14-1 :::  Заказ информации