Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Роликовинтовая передача — это механизм качения винт–гайка, в котором осевую нагрузку между винтом и гайкой передают резьбовые ролики, расположенные по окружности вокруг винта. Чтобы понять, как работает роликовинтовая передача, достаточно представить планетарный механизм: ролики-сателлиты одновременно обкатываются по резьбе винта и по резьбе гайки, преобразуя вращение в линейное перемещение. Многоточечный контакт по виткам обеспечивает высокую несущую способность, жёсткость и ресурс, что делает планетарную роликовинтовую передачу одним из самых нагруженных линейных приводов качения.
Ниже разобраны устройство, кинематика, типы, параметры, расчёт ресурса, отличия от шариковинтовой передачи (ШВП), действующие стандарты и области применения.
Планетарная роликовинтовая передача (ПРВП) предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное и обратно. Конструктивно она состоит из винта, гайки и установленных между ними резьбовых роликов (сателлитов). Резьба винта, роликов и гайки имеет одинаковый шаг, поэтому при вращении винта ролики катятся по его виткам, одновременно обкатываясь по виткам гайки. В результате гайка получает осевое перемещение вдоль винта (или винт перемещается относительно неподвижной гайки).
Ключевая особенность — планетарная схема движения. Ролики вращаются вокруг собственной оси и одновременно обкатываются вокруг винта, как сателлиты планетарного механизма. Чтобы ролики не «вывинчивались» из зацепления и сохраняли строго параллельное винту положение, на их концах выполнены зубчатые венцы, входящие в зацепление с внутренними зубчатыми венцами гайки. Сепараторы (обоймы) по торцам гайки удерживают ролики на равном угловом шаге.
Нагрузка передаётся одновременно через все ролики и через множество витков резьбы, поэтому площадь контакта и несущая способность существенно выше, чем у шариковинтовой передачи сопоставимого диаметра.
Так как ролики разделены сепаратором и не контактируют друг с другом, между ними нет паразитного трения (в отличие от соседних шариков в канале гайки ШВП, которые вращаются навстречу друг другу). Это позволяет роликовинтовой передаче работать при более высоких частотах вращения и ускорениях винта.
Базовый набор деталей планетарной роликовинтовой передачи включает следующие элементы.
Профиль резьбы винта, роликов и гайки — как правило, треугольный, с несколькими заходами на винте. Многозаходная резьба и симметричная конструкция гайки позволяют сочетать крупный ход с высокой жёсткостью. В прецизионных исполнениях зазоры между винтом, роликами и гайкой выбираются преднатягом (например, разрезной или составной гайкой), что снижает осевой люфт и повышает точность позиционирования.
За один оборот винта гайка перемещается на величину хода (lead). В стандартной планетарной схеме без проскальзывания ход определяется шагом и числом заходов резьбы винта. Резьба роликов и гайки имеет тот же шаг, поэтому ролики, обкатываясь, «переносят» гайку вдоль винта.
s
n
s = Pᵒ × n
Pᵒ
Pᵒ = z × p
p
z
Pᵒ = 5 мм
n = 200
s = 5 × 200 = 1000 мм
Важная особенность роликовинтовой передачи — возможность реализовать очень малый ход, в том числе целое или дробное значение перемещения за оборот. Малый ход повышает разрешение позиционирования и снижает требуемый крутящий момент, тогда как у шариковинтовых передач диапазон стабильных значений хода ограничен конструкцией каналов возврата шариков.
Чем меньше угол подъёма резьбы (меньше ход), тем выше разрешение и тяговое усилие, но тем ниже КПД передачи. При очень малых ходах механизм приближается к самоторможению — это следует учитывать при выборе типоразмера под конкретный режим.
Серийно выпускаются несколько конструктивных типов, различающихся характером движения роликов относительно винта и гайки.
Работоспособность роликовинтовой передачи, как и других передач качения, описывают базовой статической и базовой динамической осевой грузоподъёмностью.
C₀ₐ
Cₐ
Множество одновременно нагруженных роликов и витков резьбы — главная причина высокой несущей способности и жёсткости роликовинтовой передачи.
Поскольку ролики не сталкиваются между собой и не нуждаются в канале возврата (в стандартном и инверсном исполнении), передача допускает высокие частоты вращения и ускорения винта. Точное значение предельной скорости и допустимого ускорения зависит от типоразмера, длины винта, схемы опор и режима смазки, поэтому назначается по технической документации конкретного изделия.
Основной критерий работоспособности — усталостная долговечность рабочих поверхностей. Базовый расчётный ресурс выражают через число оборотов с 90%-й вероятностью безотказной работы (обозначается L₁₀). Зависимость ресурса от нагрузки — обратно пропорциональна третьей степени осевой силы, что соответствует методике для передач винт–гайка качения.
L₁₀
L₁₀ = (Cₐ / Fₐ)³ × 10⁶
Fₐ
Lₐ = L₁₀ / (60 × n)
Cₐ = 100 кН
Fₐ = 20 кН
L₁₀ = (100 / 20)³ × 10⁶ = 125 × 10⁶
n = 200 об/мин
Lₐ = 125 × 10⁶ / (60 × 200) ≈ 10 417
Из кубической зависимости следует практический вывод: снижение нагрузки вдвое увеличивает ресурс примерно в 8 раз, а перегрузка на 50% сокращает его до трети расчётного. Поэтому правильный подбор типоразмера под фактическую нагрузку важнее «запаса ради запаса».
При переменной нагрузке в цикле сначала вычисляют эквивалентную осевую силу, и только затем подставляют её в формулу ресурса. Реальный ресурс дополнительно зависит от качества смазки, чистоты, температуры и перекосов установки.
За базу сравнения обычно принимают широко применяемую шариковинтовую передачу. И ШВП, и роликовинтовая передача относятся к парам качения винт–гайка, но различаются телом качения: в ШВП это шарики, циркулирующие через канал возврата, в роликовинтовой — резьбовые ролики.
По КПД обе передачи относятся к высокоэффективным парам качения: трение в них преимущественно качения, а не скольжения. У ШВП КПД обычно составляет 0,9 и выше. У роликовинтовой передачи КПД существенно зависит от угла подъёма резьбы (хода): при крупном ходе он высок, при очень мелком — заметно снижается, поскольку растёт доля затрат на преодоление трения относительно полезного перемещения.
Конкретное соотношение грузоподъёмности и ресурса зависит от диаметра, хода, числа роликов и класса исполнения, поэтому при выборе сопоставляют паспортные значения Cₐ и C₀ₐ для одинакового базового ресурса, а не общие правила.
Отдельного национального стандарта, посвящённого исключительно роликовинтовым передачам, нет; их проектируют по методикам, изложенным в специализированной технической литературе, а точность нормируют по системе классов, общей с передачами винт–гайка качения. Базовая международная нормативная база по парам качения винт–гайка — стандарт ISO 3408 (на русскоязычном рынке распространён также соответствующий немецкий стандарт DIN 69051).
Точность задаётся допусками на отклонение хода. По системе ISO 3408-3 различают:
Нормируемые параметры — отклонение хода на базовой длине 300 мм (обозначается ν₃₀₀) и отклонение за оборот (ν₂π). Для позиционных классов отклонение на 300 мм не накапливается по длине, для транспортных — допускается накопление. Представительные значения отклонения для точных позиционных классов лежат в диапазоне единиц–десятков микрометров на 300 мм; точные предельные значения по классам приведены в действующей редакции ISO 3408-3.
ν₃₀₀
ν₂π
Перед ссылкой на конкретный класс точности и числовые допуски сверяйтесь с действующей редакцией стандарта и паспортом изделия: системы обозначений в ISO/DIN и в национальных нормах могут различаться.
Роликовинтовые передачи применяют там, где нужны большие тяговые усилия, высокая жёсткость, длительный ресурс и точное позиционирование, нередко как замену гидроцилиндрам в электромеханических приводах.
Между винтом и гайкой расположены резьбовые ролики того же шага. При вращении винта ролики обкатываются по его резьбе и по резьбе гайки, как сателлиты планетарного механизма, и перемещают гайку вдоль винта. Нагрузка передаётся одновременно через все ролики и множество витков.
Из винта, гайки, резьбовых роликов (сателлитов), зубчатых венцов роликов и гайки для синхронизации, а также сепараторов, удерживающих ролики на равном угловом шаге.
В ШВП тело качения — циркулирующие шарики, в роликовинтовой — резьбовые ролики. За счёт большей площади контакта роликовинтовая передача при сопоставимом диаметре, как правило, выдерживает в несколько раз большую нагрузку и имеет больший ресурс, допускает более высокие скорости и более мелкий ход, но сложнее в изготовлении.
Стандартная (планетарная), инверсная (с обращённой схемой винт–гайка), рециркуляционная и дифференциальная. Они различаются характером движения роликов, достижимым ходом, компактностью и нагрузочной способностью.
По базовой формуле L₁₀ = (Cₐ / Fₐ)³ × 10⁶ оборотов, где Cₐ — динамическая осевая грузоподъёмность, Fₐ — эквивалентная нагрузка. Перевод в часы выполняют через частоту вращения. При переменной нагрузке предварительно вычисляют эквивалентную силу.
Да, при достаточно крупном ходе она обратима — линейное усилие способно вращать винт. При очень мелком ходе механизм приближается к самоторможению, и обратное преобразование затрудняется.
Точность пар качения винт–гайка нормируют по системе классов ISO 3408 (и близкого DIN 69051): позиционные классы P и транспортные T, с допусками на отклонение хода на 300 мм и за оборот. Конкретные значения берут из действующей редакции стандарта и паспорта изделия.
В прецизионных и тяжёлых станках, электромеханических прессах, металлургическом оборудовании, промышленной автоматизации и робототехнике, авиакосмических приводах, полупроводниковом и медицинском оборудовании — часто как замену гидроприводу.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.