Навигация по таблицам
Таблица 1.1: Расчет линейного перемещения каретки ШВП в зависимости от вращения вала
| Шаг резьбы ШВП (мм) | Линейное перемещение за 1 оборот (мм) | Линейное перемещение за 10 оборотов (мм) | Линейное перемещение за 100 оборотов (мм) | Линейное перемещение за 1000 оборотов (мм) | Количество оборотов для перемещения на 1 мм | Количество оборотов для перемещения на 10 мм | Количество оборотов для перемещения на 100 мм | Количество оборотов для перемещения на 1000 мм |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 10 | 100 | 1000 | 1 | 10 | 100 | 1000 |
| 2 | 2 | 20 | 200 | 2000 | 0.5 | 5 | 50 | 500 |
| 4 | 4 | 40 | 400 | 4000 | 0.25 | 2.5 | 25 | 250 |
| 5 | 5 | 50 | 500 | 5000 | 0.2 | 2 | 20 | 200 |
| 8 | 8 | 80 | 800 | 8000 | 0.125 | 1.25 | 12.5 | 125 |
| 10 | 10 | 100 | 1000 | 10000 | 0.1 | 1 | 10 | 100 |
| 12 | 12 | 120 | 1200 | 12000 | 0.0833 | 0.833 | 8.33 | 83.3 |
| 16 | 16 | 160 | 1600 | 16000 | 0.0625 | 0.625 | 6.25 | 62.5 |
| 20 | 20 | 200 | 2000 | 20000 | 0.05 | 0.5 | 5 | 50 |
| 25 | 25 | 250 | 2500 | 25000 | 0.04 | 0.4 | 4 | 40 |
| 32 | 32 | 320 | 3200 | 32000 | 0.03125 | 0.3125 | 3.125 | 31.25 |
| 40 | 40 | 400 | 4000 | 40000 | 0.025 | 0.25 | 2.5 | 25 |
| 50 | 50 | 500 | 5000 | 50000 | 0.02 | 0.2 | 2 | 20 |
Погрешность перемещения для разных классов точности (мкм)
| Шаг резьбы ШВП (мм) | T1 (P1) | T3 (P3) | T5 (P5) | T7 (P7) | T10 (P10) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1-2 | 1 | 3 | 5 | 7 | 10 |
| 4-5 | 2 | 4 | 6 | 8 | 12 |
| 8-10 | 3 | 6 | 8 | 12 | 18 |
| 12-16 | 4 | 8 | 10 | 16 | 24 |
| 20-25 | 5 | 10 | 14 | 20 | 30 |
| 32-40 | 6 | 12 | 18 | 25 | 36 |
| 50 | 8 | 16 | 22 | 32 | 45 |
Таблица 1.2: Скорость линейного перемещения каретки ШВП в зависимости от частоты вращения вала
| Шаг резьбы ШВП (мм) | Скорость при 100 об/мин (мм/мин) | Скорость при 500 об/мин (мм/мин) | Скорость при 1000 об/мин (мм/мин) | Скорость при 2000 об/мин (мм/мин) | Скорость при 3000 об/мин (мм/мин) | Скорость при 4000 об/мин (мм/мин) | Скорость при 6000 об/мин (мм/мин) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 100 | 500 | 1000 | 2000 | 3000 | 4000 | 6000 |
| 2 | 200 | 1000 | 2000 | 4000 | 6000 | 8000 | 12000 |
| 4 | 400 | 2000 | 4000 | 8000 | 12000 | 16000 | 24000 |
| 5 | 500 | 2500 | 5000 | 10000 | 15000 | 20000 | 30000 |
| 8 | 800 | 4000 | 8000 | 16000 | 24000 | 32000 | 48000 |
| 10 | 1000 | 5000 | 10000 | 20000 | 30000 | 40000 | 60000 |
| 12 | 1200 | 6000 | 12000 | 24000 | 36000 | 48000 | 72000 |
| 16 | 1600 | 8000 | 16000 | 32000 | 48000 | 64000 | 96000 |
| 20 | 2000 | 10000 | 20000 | 40000 | 60000 | 80000 | 120000 |
| 25 | 2500 | 12500 | 25000 | 50000 | 75000 | 100000 | 150000 |
| 32 | 3200 | 16000 | 32000 | 64000 | 96000 | 128000 | 192000 |
| 40 | 4000 | 20000 | 40000 | 80000 | 120000 | 160000 | 240000 |
| 50 | 5000 | 25000 | 50000 | 100000 | 150000 | 200000 | 300000 |
Максимальная рекомендуемая частота вращения по критерию DN
| Диаметр винта (мм) | Критерий DN (мм × об/мин) | Макс. частота вращения (об/мин) |
|---|---|---|
| 12 | 70000-90000 | 5800-7500 |
| 16 | 70000-90000 | 4400-5600 |
| 20 | 70000-90000 | 3500-4500 |
| 25 | 70000-90000 | 2800-3600 |
| 32 | 70000-90000 | 2200-2800 |
| 40 | 70000-90000 | 1750-2250 |
| 50 | 70000-90000 | 1400-1800 |
| 63 | 70000-90000 | 1100-1430 |
Формулы расчета
1. Скорость линейного перемещения (v, мм/мин) = Шаг ШВП (p, мм) × Частота вращения (n, об/мин)
2. Необходимая частота вращения (n, об/мин) = Скорость перемещения (v, мм/мин) ÷ Шаг ШВП (p, мм)
3. Максимальная частота вращения (n_max, об/мин) = Критерий DN ÷ Диаметр винта (d, мм)
Таблица 1.3: Факторы, влияющие на точность линейного перемещения в системах с ШВП
| Фактор влияния | Типичная величина погрешности (мкм/м) | Методы компенсации | Влияние на повторяемость |
|---|---|---|---|
| Накопленная погрешность шага винта | 5-50 | Калибровка, программная компенсация | Низкое |
| Тепловое расширение винта | 10-100 | Температурная компенсация, датчики температуры | Высокое |
| Упругая деформация винта под нагрузкой | 5-30 | Предварительный натяг, увеличение диаметра | Среднее |
| Люфт в гайке | 3-50 | Двойная гайка с предварительным натягом | Очень высокое |
| Люфт в подшипниковых опорах | 2-20 | Предварительный натяг подшипников | Высокое |
| Погрешности монтажа системы | 10-150 | Прецизионная сборка, регулировка | Низкое |
| Деформация несущей конструкции | 15-200 | Жесткость конструкции, ребра жесткости | Среднее |
| Погрешности системы измерения | 1-10 | Линейные энкодеры, калибровка | Низкое |
| Износ компонентов | 10-100 | Регулярное обслуживание, смазка | Среднее |
| Загрязнения | 5-50 | Пыле/грязезащитные кожухи, уплотнения | Высокое |
Полное оглавление
Содержание статьи
- 1. Введение в системы линейного перемещения с ШВП
- 2. Принцип работы шарико-винтовой передачи
- 3. Расчет линейного перемещения каретки ШВП в зависимости от вращения вала
- 4. Скорость линейного перемещения каретки ШВП в зависимости от частоты вращения вала
- 5. Факторы, влияющие на точность линейного перемещения в системах с ШВП
- 6. Практические примеры расчетов для систем с ШВП
- 7. Рекомендации по выбору и эксплуатации ШВП
1. Введение в системы линейного перемещения с ШВП
Шарико-винтовые передачи (ШВП) являются одним из наиболее эффективных механизмов преобразования вращательного движения в линейное. ШВП широко применяются в станкостроении, робототехнике, приводах подач металлорежущих станков, измерительных приборах и других механизмах, требующих высокой точности позиционирования.
Основные преимущества ШВП по сравнению с другими механизмами преобразования движения:
- Высокий КПД (до 90-98%), значительно превышающий показатели трапецеидальных винтовых передач (25-40%)
- Высокая точность и повторяемость позиционирования
- Минимальный люфт или полное его отсутствие при использовании двойных гаек с предварительным натягом
- Длительный срок службы благодаря качению шариков вместо скольжения
- Возможность передачи значительных усилий
- Высокая жесткость системы
2. Принцип работы шарико-винтовой передачи
Шарико-винтовая передача состоит из винта с точно выполненной резьбой, гайки со встроенной системой циркуляции шариков и комплекта шариков, которые выполняют роль промежуточных тел качения между винтом и гайкой. Принцип работы ШВП основан на перемещении шариков по винтовым каналам между винтом и гайкой.
При вращении винта шарики катятся по винтовым дорожкам, образованным профилями резьбы винта и гайки, что обеспечивает преобразование вращательного движения в поступательное с минимальными потерями на трение. Благодаря системе возврата шариков, они циркулируют внутри гайки, возвращаясь из конца рабочей зоны в начало, что обеспечивает непрерывность работы механизма.
Линейное перемещение каретки ШВП напрямую зависит от шага резьбы винта и количества оборотов. В таблицах данной статьи приведены подробные расчеты этих зависимостей для различных типоразмеров ШВП.
6. Практические примеры расчетов для систем с ШВП
Пример 1: Расчет скорости перемещения
Допустим, у нас есть ШВП с шагом 5 мм, и двигатель вращает её со скоростью 2000 об/мин. Рассчитаем скорость линейного перемещения:
v = p × n = 5 мм × 2000 об/мин = 10000 мм/мин = 10 м/мин
Пример 2: Расчет необходимой частоты вращения
Требуется обеспечить скорость перемещения 30 м/мин (30000 мм/мин) с помощью ШВП с шагом 16 мм. Рассчитаем необходимую частоту вращения:
n = v ÷ p = 30000 мм/мин ÷ 16 мм = 1875 об/мин
Пример 3: Проверка на максимально допустимую частоту вращения
Для ШВП диаметром 25 мм максимальная частота вращения по критерию DN (70000):
n_max = DN ÷ d = 70000 ÷ 25 = 2800 об/мин
Это означает, что при частоте вращения выше 2800 об/мин возможен перегрев и ускоренный износ ШВП данного диаметра.
Пример 4: Расчет точности позиционирования
Для ШВП с шагом 10 мм класса точности T5 погрешность составляет 8 мкм на 300 мм перемещения. При перемещении на 1 метр ожидаемая погрешность составит:
Погрешность на 1 м = 8 мкм × (1000 мм ÷ 300 мм) ≈ 26.7 мкм
7. Рекомендации по выбору и эксплуатации ШВП
При выборе и эксплуатации шарико-винтовых передач рекомендуется учитывать следующие факторы:
7.1. Выбор шага ШВП
Выбор шага ШВП определяется требованиями к скорости и точности перемещения:
- Малый шаг (1-5 мм) обеспечивает высокую точность позиционирования и создает большое передаточное отношение, но ограничивает максимальную скорость перемещения
- Средний шаг (8-16 мм) обеспечивает хороший баланс между точностью и скоростью
- Большой шаг (20-50 мм) позволяет достичь высокой скорости перемещения, но требует более высокой частоты вращения привода и снижает точность позиционирования
7.2. Минимизация люфта
Для достижения высокой точности позиционирования необходимо минимизировать люфт в системе:
- Использование двойных гаек с предварительным натягом
- Применение преднатянутых подшипниковых опор
- Регулярный контроль и поддержание натяга
7.3. Тепловая компенсация
Для минимизации влияния теплового расширения на точность позиционирования:
- Использование систем контроля температуры
- Применение программной компенсации теплового расширения
- Предварительный прогрев системы перед началом точных работ
7.4. Обслуживание
Для обеспечения долговременной работы ШВП необходимо:
- Регулярная смазка рекомендованными производителем смазочными материалами
- Защита от загрязнений с помощью уплотнений и защитных кожухов
- Периодическая проверка на износ и точность
Каталог компонентов ШВП
Для вашего проекта мы предлагаем широкий выбор компонентов шарико-винтовых передач различных типоразмеров с возможностью быстрой доставки.
Основные компоненты ШВП:
В нашем каталоге ШВП представлены все необходимые компоненты для создания системы линейного перемещения любой сложности. Для крепления гаек ШВП рекомендуем ознакомиться с разделом держатели для гаек ШВП.
Винты ШВП различных типоразмеров:
Гайки ШВП различных диаметров:
Гайки ШВП различных серий:
Опоры ШВП различных типов:
Отказ от ответственности
Данная статья носит ознакомительный характер. Представленные данные основаны на общих технических характеристиках шарико-винтовых передач и могут отличаться в зависимости от конкретного производителя и модели. При проектировании ответственных механизмов рекомендуется консультироваться с документацией производителя и привлекать квалифицированных специалистов.
Источники информации:
- ГОСТ 25329-82 "Передачи винт-гайка качения. Термины, определения и обозначения"
- ISO 3408-3:2006 "Ball screws — Part 3: Acceptance conditions and acceptance tests"
- Технические каталоги производителей ШВП
- Справочник машиностроителя
