Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Шарико-винтовая передача представляет собой прецизионный механический привод линейного перемещения, преобразующий вращательное движение в поступательное посредством рециркуляции шариков между винтом и гайкой. В системах автоматизированного дозирования сухих строительных смесей точность линейного перемещения исполнительных механизмов определяет качество дозирования компонентов и, как следствие, стабильность характеристик готовой продукции.
Дозирующие системы на заводах сухих строительных смесей работают с компонентами различной фракции и насыпной плотности: цемент, песок фракционированный, гипс, известь, минеральные наполнители и химические добавки. Точность весового дозирования определяется погрешностью механизмов подачи компонентов, где применяются шнековые питатели, ленточные конвейеры и вибрационные лотки с регулируемой скоростью подачи. Линейное перемещение регулирующих заслонок, шнековых механизмов и других исполнительных элементов обеспечивается приводами на базе ШВП.
Компания KSS основана в 1960 году в Японии и с 1978 года специализируется на производстве миниатюрных шарико-винтовых передач с диаметром винта 16 мм и менее. Продукция KSS применяется в полупроводниковой промышленности, производстве жидкокристаллических панелей, контрольно-измерительных приборах, станкостроении, робототехнике, медицинской технике, пищевом машиностроении и других отраслях, требующих компактных решений с высокой точностью позиционирования.
Производственная программа KSS включает прецизионные шлифованные ШВП классов точности C3 и C5 для высокоточного позиционирования, а также катаные ШВП стандартного класса точности для транспортных и дозирующих применений. Продукция поставляется как в виде стандартных типоразмеров с возможностью быстрой комплектации, так и в виде кастомизированных решений с обработкой концов винтов по чертежам заказчика.
Серия SFU представляет собой катаные шарико-винтовые передачи, изготавливаемые методом холодной накатки резьбы. Технология холодной прокатки обеспечивает формирование профиля резьбы путем пластической деформации заготовки накатными роликами без снятия стружки. Данный метод характеризуется высокой производительностью, относительно низкой себестоимостью производства и отсутствием необходимости в многоэтапной шлифовке винта после термообработки.
Конструктивно катаная ШВП серии SFU состоит из винта с резьбовым профилем, шариковой гайки с фланцевым креплением по стандарту DIN 69051 (ISO 3408), механизма возврата шариков и уплотнительных элементов. Угол контакта шариков с дорожками качения составляет примерно 45 градусов, что обеспечивает оптимальное распределение нагрузки между телами качения.
Обозначение SFU2005 расшифровывается следующим образом: SFU - серия катаных ШВП, 20 - номинальный диаметр винта в миллиметрах, 05 - шаг резьбы в миллиметрах (фактически 5 мм). Таким образом, при одном обороте винта гайка перемещается на 5 мм.
Классификация точности шарико-винтовых передач регламентируется международными стандартами ISO 3408-3:2006 и JIS B 1192:2018. Стандарты устанавливают требования к кинематической точности для позиционных ШВП (классы C0-C5) и транспортных ШВП (классы C7-C10). Класс точности C7 относится к категории транспортных передач и определяет допустимую погрешность длины хода на эффективной длине 300 мм.
Для класса C7 допустимое колебание длины хода на участке 300 мм составляет приблизительно 0,05 мм (50 мкм). Это означает, что при перемещении гайки на номинальное расстояние 300 мм фактическое перемещение может отличаться от заданного значения в пределах установленного допуска. Данная точность достаточна для большинства транспортных и дозирующих применений, не требующих прецизионного позиционирования.
В системах весового дозирования сухих строительных смесей применяются тензометрические дозаторы дискретного и непрерывного действия согласно ГОСТ 8.610-2012. Точность дозирования компонентов составляет 0,1-0,5 процента от номинальной дозы в зависимости от типа дозатора и характеристик материала. Для обеспечения такой точности погрешность позиционирования механизмов регулирования подачи материала не должна превышать заданных пределов.
Рассмотрим шнековый дозатор с номинальной производительностью 50 кг/час при частоте вращения шнека 100 об/мин. Регулирование производительности осуществляется изменением хода шнека в диапазоне 0-100 мм с помощью ШВП. Требуемая точность дозирования составляет 0,2% от номинальной дозы.
Максимальная погрешность подачи: 50 кг/час × 0,2% = 0,1 кг/час = 1,67 г/мин
При линейной зависимости производительности от хода шнека допустимая погрешность позиционирования составит: 100 мм × 0,2% = 0,2 мм = 200 мкм
ШВП класса точности C7 с погрешностью порядка 50 мкм на 300 мм обеспечивает на длине хода 100 мм погрешность существенно меньше допустимой погрешности дозирования. Таким образом, класс точности C7 полностью соответствует требованиям данного применения.
Производство сухих строительных смесей представляет собой технологический процесс дозирования, смешивания и фасовки многокомпонентных композиций на основе минеральных вяжущих. Типичный завод ССС производительностью 5-30 т/час включает следующие основные узлы: систему хранения и подачи компонентов, весовые дозаторы, смеситель, узел фасовки и систему автоматизированного управления.
В зависимости от производительности и номенклатуры выпускаемых смесей применяются различные схемы дозирования. Вертикальная компоновка предполагает размещение силосов для хранения основных компонентов над весовыми дозаторами, что обеспечивает гравитационную подачу материала и исключает необходимость в шнековых транспортерах для основных компонентов. Горизонтальная компоновка используется при ограниченной высоте помещения и требует применения систем механизированной подачи материалов.
Весовые дозаторы для основных компонентов (цемент, песок) имеют емкость от 200 до 1000 литров и подвешиваются на тензодатчиках с точностью измерения 0,05-0,1 процента от номинальной нагрузки. Подача материала в дозатор осуществляется шнековыми питателями с регулируемой частотой вращения или вибрационными лотками. Микродобавки (пластификаторы, водоудерживающие добавки, пигменты) дозируются отдельными малогабаритными дозаторами с повышенной точностью.
Шарико-винтовые передачи в дозаторах ССС выполняют следующие функции:
Регулирование положения заслонок выпускных отверстий бункеров для изменения сечения потока материала. Линейное перемещение заслонки определяет интенсивность подачи и позволяет оперативно корректировать производительность в процессе дозирования.
Изменение угла наклона вибрационных лотков для плавной регулировки скорости перемещения материала. ШВП обеспечивает точное позиционирование лотка в заданное положение с фиксацией под нагрузкой.
Регулирование зазора между ножом и дозирующим барабаном в объемных дозаторах роторного типа. Точность установки зазора определяет стабильность объемной дозы при каждом обороте барабана.
Перемещение калибровочных грузов для настройки и поверки весовых дозаторов. Автоматизированная система калибровки с использованием ШВП позволяет проводить периодическую поверку дозаторов без остановки производственного процесса.
Важно: В дозирующих системах ШВП работают в условиях повышенной запыленности. Необходимо предусматривать защитные гофрированные чехлы на винтах и герметизацию гаек для предотвращения попадания абразивной пыли на рабочие поверхности. Периодичность смазки ШВП в условиях запыленности должна быть сокращена по сравнению с нормальными условиями эксплуатации.
Номинальный диаметр винта определяется как диаметр окружности центров шариков в сечении, перпендикулярном оси винта. Для серии SFU стандартный ряд диаметров составляет 12, 16, 20, 25, 32 и 40 мм. Шаг резьбы для данных диаметров варьируется от 2 до 20 мм в зависимости от требуемой скорости перемещения и величины осевой нагрузки.
Профиль резьбы ШВП представляет собой дугообразную канавку с радиусом, незначительно превышающим радиус шарика. Угол подъема резьбы зависит от шага и диаметра винта и составляет для типовых размеров от 2 до 10 градусов. Глубина канавки и ширина дорожки качения рассчитываются исходя из условий контактной прочности при заданной нагрузке.
Базовая динамическая осевая грузоподъемность Ca представляет собой постоянную осевую силу, которую ШВП может воспринимать при базовой долговечности один миллион оборотов винта. Значение Ca определяется экспериментально для каждого типоразмера и зависит от диаметра и количества шариков, геометрии дорожек качения, материала и качества термообработки.
Базовая статическая осевая грузоподъемность C0a определяется как статическая осевая сила, вызывающая общую остаточную пластическую деформацию шарика и дорожек качения величиной 0,0001 диаметра шарика. Данный параметр характеризует допустимую нагрузку при неподвижной ШВП или в момент старта с места.
Номинальная долговечность ШВП в миллионах оборотов рассчитывается по формуле:
L = (Ca / Fm)³
где Ca - базовая динамическая грузоподъемность в кН, Fm - средняя рабочая нагрузка в кН.
Пример расчета:
Для ШВП SFU2005 с базовой динамической грузоподъемностью Ca = 18 кН при средней рабочей нагрузке Fm = 2 кН:
L = (18 / 2)³ = 9³ = 729 миллионов оборотов
При шаге резьбы 5 мм за один оборот гайка перемещается на 5 мм = 0,005 м. Полный ресурс хода составит:
S = L × P = 729 × 10⁶ × 0,005 = 3 645 000 м = 3645 км
При средней скорости перемещения 0,1 м/с (6 м/мин) время наработки до предельного состояния:
T = S / v = 3 645 000 / 0,1 = 36 450 000 с ≈ 10 125 часов
Коэффициент полезного действия шарико-винтовой передачи составляет 90-95 процентов, что значительно превышает КПД трапецеидальных винтовых передач со скольжением (25-40 процентов). Высокий КПД обусловлен заменой трения скольжения на трение качения между шариками и дорожками качения.
Момент холостого хода ШВП серии SFU без преднатяга составляет от 0,05 до 0,5 Нм в зависимости от диаметра винта. При наличии преднатяга для устранения осевого зазора момент холостого хода возрастает пропорционально величине силы преднатяга. Для дозирующих систем обычно применяются ШВП без преднатяга или с минимальным преднатягом, поскольку реверсивное движение с частыми изменениями направления не характерно для данного применения.
Выбор диаметра винта и шага резьбы осуществляется на основании расчета действующих нагрузок, требуемой скорости перемещения и критической скорости вращения винта. Основными нагрузками на ШВП в дозирующих системах являются вес перемещаемых элементов конструкции, сила инерции при разгоне и торможении, силы трения в направляющих и реакция от веса материала на заслонке или лотке.
Исходные данные:
Масса подвижных элементов (заслонка с направляющими): m = 15 кг
Требуемый ход регулирования: L = 150 мм
Максимальная скорость перемещения: v = 50 мм/с
Время разгона: t = 0,2 с
Коэффициент трения в направляющих: μ = 0,1
Расчет нагрузок:
Сила трения: Fтр = m × g × μ = 15 × 9,81 × 0,1 = 14,7 Н
Ускорение при разгоне: a = v / t = 0,05 / 0,2 = 0,25 м/с²
Сила инерции: Fин = m × a = 15 × 0,25 = 3,75 Н
Суммарная нагрузка: F = Fтр + Fин = 14,7 + 3,75 = 18,45 Н = 0,018 кН
Коэффициент запаса: k = 3
Требуемая динамическая грузоподъемность: Ca треб = F × k = 0,018 × 3 = 0,054 кН
Выбор типоразмера:
Для данного применения подходит ШВП SFU1204 с Ca = 9,0 кН, что обеспечивает многократный запас по грузоподъемности. При шаге резьбы 4 мм и требуемой скорости перемещения 50 мм/с частота вращения винта составит:
n = v / P = 50 / 4 = 12,5 об/с = 750 об/мин
Данная частота вращения находится в допустимом диапазоне для ШВП диаметром 12 мм.
Критическая скорость вращения винта определяется как частота вращения, при которой возникают резонансные колебания винта как балки на двух опорах. Превышение критической скорости приводит к вибрации, повышенному шуму, ускоренному износу и возможному разрушению передачи. Критическая скорость зависит от диаметра винта, расстояния между опорами и способа закрепления концов.
Тайваньские производители HIWIN и TBI Motion являются крупнейшими мировыми поставщиками шарико-винтовых передач широкого применения. Основанная в 1989 году компания TBI Motion специализируется на производстве полного спектра ШВП от катаных серий FSI, FSC (классы C7-C10) до шлифованных серий R1, Super S (классы C0-C5). Компания HIWIN, работающая с 1989 года, производит ШВП для высокоскоростных применений серии Super S и Super T, а также стандартные катаные передачи.
Продукция KSS позиционируется как экономичная альтернатива HIWIN и TBI для применений, не требующих высоких скоростей перемещения или максимальных нагрузок. Основные преимущества ШВП KSS серии SFU включают:
Оптимальное соотношение характеристик и стоимости для дозирующих систем. Катаные ШВП класса точности C7 обеспечивают достаточную точность позиционирования при существенно меньшей стоимости по сравнению со шлифованными передачами классов C3-C5.
Стандартизация геометрических параметров. Фланцевые гайки ШВП KSS соответствуют стандарту DIN 69051 (ISO 3408), что обеспечивает взаимозаменяемость с продукцией других производителей и упрощает проектирование узлов крепления.
Возможность быстрой поставки стандартных типоразмеров со склада. Складская программа KSS включает наиболее востребованные диаметры и шаги резьбы с предварительно обработанными концами винтов, что сокращает сроки комплектации оборудования.
Гибкость в кастомизации продукции. Производственные мощности KSS позволяют выполнять механическую обработку концов винтов по чертежам заказчика с относительно небольшой минимальной партией заказа.
Монтаж шарико-винтовой передачи должен обеспечивать соосность винта и направляющих перемещаемого узла, а также исключать радиальные и моментные нагрузки на гайку. Винт устанавливается в опорных подшипниках, один из которых воспринимает осевую нагрузку (фиксированная опора), а второй допускает осевое перемещение винта при температурных деформациях (плавающая опора).
Фиксированная опора выполняется на базе радиально-упорных подшипников с преднатягом, установленных в опорном блоке типа BK или EK. Данная опора воспринимает осевую силу от ШВП и передает ее на корпус оборудования. Плавающая опора реализуется на базе радиального подшипника в опорном блоке типа BF или EF, допускающем осевое смещение наружного кольца подшипника.
Соединение винта с валом электродвигателя осуществляется через муфту, компенсирующую небольшие радиальные и угловые несоосности. Применяются упругие муфты кулачкового типа, мембранные муфты или муфты с промежуточным элементом из эластомера. Жесткое соединение валов недопустимо, поскольку приводит к возникновению дополнительных нагрузок на подшипники и преждевременному выходу из строя.
Шарико-винтовые передачи требуют регулярной смазки для обеспечения расчетного ресурса и предотвращения повышенного износа рабочих поверхностей. Смазка выполняет функции снижения трения между шариками и дорожками качения, отвода тепла, защиты от коррозии и удаления продуктов износа из зоны контакта.
Для ШВП применяются консистентные смазки на литиевой или полимочевинной основе с противозадирными и противоизносными присадками. Рекомендуемый класс консистенции NLGI 1-2 для нормальных условий эксплуатации. При работе в условиях повышенной или пониженной температуры выбор смазки осуществляется с учетом диапазона рабочих температур.
Периодичность смазки в условиях производства ССС: В связи с повышенной запыленностью воздуха на заводах сухих смесей периодичность смазки ШВП должна быть сокращена по сравнению с нормальными условиями. Рекомендуется проводить смазку каждые 100 часов работы или при появлении признаков повышенного трения (возрастание момента вращения, нагрев гайки, посторонний шум). Смазка подается через пресс-масленку на гайке или путем нанесения на винт при демонтаже защитного чехла.
Попадание абразивной пыли цемента, песка или других компонентов смеси на рабочие поверхности ШВП приводит к интенсивному абразивному износу дорожек качения и шариков. Для защиты винта применяются гофрированные чехлы из резины или пластика, закрепляемые на гайке и опорных блоках. Чехол предотвращает попадание загрязнений на винт и одновременно удерживает смазку в зоне работы.
Уплотнения на торцах гайки препятствуют проникновению загрязнений внутрь гайки и попаданию их в механизм возврата шариков. Стандартные резиновые уплотнения обеспечивают достаточную защиту при умеренной запыленности. При высоком уровне запыленности рекомендуется применение гаек с лабиринтными уплотнениями или дополнительными скребковыми уплотнениями.
Настоящая статья носит исключительно информационно-ознакомительный характер и предназначена для технических специалистов в области проектирования и эксплуатации оборудования для производства сухих строительных смесей. Представленная информация о технических характеристиках, параметрах и применении шарико-винтовых передач основана на общедоступных технических данных и стандартах.
Автор не несет ответственности за последствия применения изложенной информации в практической деятельности. Выбор оборудования, расчет параметров и принятие технических решений должны осуществляться квалифицированными специалистами с учетом конкретных условий эксплуатации, требований нормативной документации и рекомендаций производителей оборудования. Перед внедрением технических решений необходимо проводить детальные расчеты, испытания опытных образцов и согласование с поставщиками оборудования.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.