Принцип работы винтового насоса. Героторные пары и их типы. Все о швп Кв - Осевая жесткость опор
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
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.
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.
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
Каталоги SKF по шарико-винтовым передачам
 |
 |
|
Большинство производителей компрессоров заявляют гарантию на работу без капитального ремонта компрессора до 40000 часов. При идеальных условиях, которых не бывает при реальной эксплуатации.
Время жизни современных опорных подшипников винтовой пары еще не достигло уровня, когда в течении этого времени не требуется вмешательства и их замены. В среднем и по честному, подшипники работают от 10000 до 20000 часов, в зависимости от качества подшипников установленных в винтовой блок на заводе и регулярности технического обслуживания у владельца компрессора. После наработки этого времени, появляется шум под нагрузкой в винтовой паре, нарастающий по мере увеличения износа еще 5000-15000 тысяч часов. В итоге, компрессор начинает перегреваться и винтовой блок клинит из-за изменившихся зазоров в винтовой паре. В случае серьезного перегрева торцы винтовой пары "привариваются" к корпусу, что резко увеличивает трудозатраты на ремонт винтового блока. Или подшипники разваливаются, оставляя за собой непредсказуемые повреждения - от локального перегрева винтовой пары, до задиров и колотых хвостовиков винтов.
В любом из этих случаев, выполним следующие работы:
Замена опорных подшипников винтовой пары.
- замена сальников винтовых валов.
- настройка рабочих зазоров винтового блока.
- восстановление рабочих торцов винтов.
- восстановление профиля винтов.
- восстановление хвостовика ведущего винтового вала.
- восстановление корпуса винтового блока.
Работы проводятся одинаково успешно, независимо от производителя винтового блока, будь то: Ceccato, Aerzener, GHH-Rand, Rotorcomp, Fini, Enduro, Tamrotor, Termomeccanica, VMC, отечественный Арсенал или любой другой производитель.
Пример проведения работ, нажмите на заголовок, чтобы просмотреть:
Ремонт винтового блока 250 кВт
Сдвоенный винтовой блок с прямой передачей через редуктор. Агрегат исправно работал в течении 5 лет, после чего после чего по нарастающей, появились шумы и вибрации при работе винтового блока. Вес 1100кг и размеры агрегата внушают уважение любому, кто стоит рядом с этим произведением инженерной мысли.
После согласования объёма работ с заказчиком, провели дефектацию винтового блока с полной разборкой:
Вскрытие показало полный износ опорных подшипников обоих винтовых пар, одной части чуть больше, второй чуть меньше, и небольшие локальные задиры на одном из винтовых блоков. По всей видимости, неудержимая мощь этого агрегата засосала и съела какой-то весьма твердый мусор:
Износ подшипников приближался к критическому, что в дополнение к мусору, также отразилось на торцах винтовых роторов:
В картере и закрытых полостях присутствовала металлическая стружка, что говорило о предельном износе подшипников и грядущем перегреве и заклинивании. Если бы не аккуратность и внимательность обслуживающего персонала компрессора, то еще немного и объемы ремонта возрасли бы в разы:
После результатам дефектации заказали новые подшипники для винтовых пар, произвели их замену, а также замену подшипников редуктора. Собрали всю металлическую стружку, промыли картер, убрали все задиры на роторах и крышках. Аккуратно собрали и максимально точно и тщательно настроили оба винтовых блока, чтобы избежать перекосов по нагрузке при работе.
Теперь ближайшие 4-5 лет Заказчику не о чем беспокоится, кроме своевременной замены масла и фильтров на данном агрегате.
Ремонт винтового блока 75 кВт
Винтовой блок с зубчатой передачей. Беда подкралась со стороны электродвигателя Siemens, который разбил подшипники свои и соответственно шестеренчатого редуктора, что привело к заклиниванию. Шпонки на зубчатых шестернях не срезало и случилось то, что должно было случится - расколота малая шестерня и хвостовик ведущего ротора.
Анализ материала винтовой пары показал, что это обычный чугун. Эффективный с точки зрения трения, но плохо поддающийся ремонту. Это также объясняет, почему не срезана стальная шпонка и делает ремонт только интереснее.
Убитая шестерня:
Повреждения хвостовика ведущего вала:
Учитывая факт, что стоимость нового винтового блока в 4-5 раз дороже ремонта, решение клиентом было принято незамедлительно.
Восстановили хвостовик и шпоночный паз. Еще раз обращаем внимание, что материал винтов - чугун:
Заказали и установили новую шестерню:
Само собой, поменяли опорные подшипники, попутно улучшив конструкцию - вместо одного упорно-радиального подшипника установили два, что зафиксировало рабочий зазор в винтовой паре и сделало её еще более надежной, нежели при выпуске с завода:
Ремонт винтового блока Rotorcomp NK100 22кВт
Винтовой блок Rotorcomp из состава компрессора Renner-Kompressoren прибыл к нам на ремонтную базу в заклиненном состоянии, честно отработав свои 5 лет с 2007 года:
Несмотря на регулярное обслуживание компрессора время взяло свое, износ опорных подшипников достиг критических допусков, масло уже не помогало в охлаждении винтовой пары и винтовые роторы уперлись в рабочую поверхность, приварившись к ней. Этот тип ремонта всегда непредсказуем по объему работ и получив карт-бланш от Заказчика приступили к разборке винтового блока. Было принято решение разбирать медленно и нежно, чтобы свести к минимуму повреждения при разъеме приварившихся частей. После упорной борьбы за сохранность, винтовая пара сдалась с минимальными потерями для кошелька Заказчика:
Повреждения крышки винтового блока тоже свели к минимуму:
Восстановили рабочие поверхности торцов винтов и плоскость крышки с помощью сварки, токарного и фрезерного станков, а также бесценных знаний и опыта наших механиков. Заменили опорные подшипники винтовой пары. Собрали и настроили винтовой блок. Вернули Заказчику с комментариями к кому обращаться и что делать, когда через 4-5 лет жесткой эксплуатации компрессора, рабочая температура масла снова начнет расти.
С появлением промышленного производства винтовые передачи стали широко применяться в технике, в частности для перемещения суппортов металлорежущих станков. Развитием винтовых механизмов стали шарико-винтовые передачи (ШВП). Их появление обусловлено созданием нового поколения металлорежущего оборудования - станков с числовым программным управлением (ЧПУ).
Функциональное предназначение и устройство
Вид профиля впадины винт-гайка: а) арочный контур б) радиусный контур
Цель рассматриваемого механизма состоит в том, чтобы преобразовать вращательное движение привода в прямолинейное перемещение рабочего объекта. Передача состоит из двух составных частей: ходового винта и гайки.
Винт изготавливается из высокопрочных сталей марок 8ХФ, 8ХФВД, ХВГ, подвергнутых индукционной закалке, или 20Х3МВФ с азотированием. Резьба выполнена в форме спиральной канавки полукруглого или треугольного сечения. В зависимости от условий работы винта профиль впадины может иметь несколько исполнений. Наиболее часто применяется арочный или радиусный контур.
Охватывающая деталь - гайка
является составным узлом. Она имеет сложное устройство. Обычно представляет собой корпус, в котором расположены два вкладыша с такими же канавками, как и у ходового винта. Материал вкладных деталей: объемно закаливаемая сталь марки ХВГ, цементируемые стали 12ХН3А, 12Х2Н4А, 18ХГТ. Вставки устанавливают таким образом, чтобы после сборки обеспечить предварительный натяг в системе винт-гайка.
Внутри винтовых канавок размещаются закаленные стальные шарики, изготовленные из стали ШХ15, которые при работе передачи циркулируют по замкнутой траектории. Для этого внутри корпуса гайки имеются несколько обводных каналов, выполненных в виде трубок, соединяющих витки гайки. Длина их может быть различной, то есть шарики могут возвращаться через один, два витка, или в конце гайки. Наиболее распространенным является возврат на смежный виток (система DIN).
Принцип работы
Винт приводится во вращение от приводного электродвигателя, гайка закреплена неподвижно на рабочем органе станка (суппорт, каретка, шпиндельная бабка, люнет и так далее). При этом возникает осевая сила, действующая на шарики, размещенные внутри гайки, под действием которой они начинают катиться в замкнутых винтовых канавках. Сила реакции воздействует на гайку, а поскольку та жестко соединена с перемещаемой деталью, заставляет последнюю перемещаться по направляющим станка. В чем состоит отличие работы ШВП от обычной винтовой передачи с трапециевидной резьбой, которая ранее применялась на станках?
- 1. При вращении ходового винта прежней конструкции в зоне контакта двух деталей возникало трение скольжения, характеризующееся коэффициентом трения (бронза по стали, со смазкой) f = 0,07–0,1. В механизме с шариковыми элементами действует трение качения с коэффициентом f = 0,0015–0,006. Как видно из приведенных значений, винтовые шариковые передачи требует значительно меньшей мощности приводного двигателя.
- 2. Для точного позиционирования каретки или суппорта станка перед остановкой рабочего органа необходимо замедлять скорость его перемещения. По достижении определенного порога минимальной скорости возможны микроостановки - залипания - движущегося узла. В момент возобновления движения его характер определяется трением покоя, которое при скольжении значительно превышает трение движения. Из-за этого возникают рывки, ухудшающие точность позиционирования. При трении качения этот недостаток практически сводится к нулю.
Быстроходные или скоростные ШВП
Быстроходный ШВП
Увеличение скорости перемещения гайки относительно винта достигается за счет увеличения шага между канавками, по сравнению со стандартным винтом в 3-5 раз, у обычной ШВП передачи диаметра 16-32мм шаг составляет 5-10мм, у скоростной тех же диаметров — 16-32мм и кратна диаметру винта.
За счет увеличения скорости перемещения — потери в жесткости и максимальной нагрузки на передачу (большей степени) и точности (в меньшей степени).
Классификация
По технологии изготовления ходовые винты бывают:
- Катаные - с винтовой канавкой, получаемой методом холодной прокатки. Эти винты производятся с меньшими затратами, поэтому обладают лучшим соотношением цена-качество при средней точности изготовления (C5, C7, C9).
- Шлифованные - относятся к прецизионным изделиям. После нарезания резьбы и последующей термообработки подвергаются шлифованию. Имеют повышенную точность (C1, C3, C5) и более высокую цену.
По конструкции:
- Шарико-винтовые - изготовленные согласно стандарту DIN. Шарики возвращаются в смежную канавку по желобу отражателя, встроенного в гайку.
- Прецизионные - изготавливаются шлифованием. Могут состоять из одной или двух гаек, иметь предварительный натяг (преднатяг) - устранение осевого зазора с целью повышения точности при реверсах и увеличения жесткости привода.
- Прецизионные с сепаратором - отличаются конструкцией возврата шариков (отсутствует соударение) и шлифованным профилем канавки.
- Прецизионные с вращающейся гайкой имеют встроенный подшипник, благодаря чему имеют повышенную точность перемещения.
- Шлицевый вал с шариковыми втулками фланцевого исполнения. При этом вал выполняет функцию внутреннего кольца подшипника. Эта конструкция отличается компактностью и простотой монтажа.
- Консольное исполнение винта . Применяется для коротких ходовых винтов, не имеющих второй поддержки.
Технические характеристики ШВП
- Основные параметры:
- Диаметр и шаг винта - от 16 × 2,5 до 125 × 20 мм.
- Длина винтового стержня. Ходовые винты для станков с ЧПУ обычно выпускаются с максимальной длиной 2,0–2,5 м, хотя под заказ изготавливают и до 8 метров.
- Линейная скорость перемещения - до 110 м/мин.
- Точность передачи - C1…C10.
Силовые характеристики для некоторых типоразмеров приведены в таблице:
| Силовые параметры шарико-винтовых передач | ||||
| Диаметр × шаг, мм | Грузоподъемность, Н | Осевая жесткость, Н/мкм | ||
| Статическая | Динамическая | Корпусных ШВП | Бескорпусных ШВП | |
| 16 × 2,5 | 9600 | 5000 | — | 230 |
| 32 × 5 | 37500 | 17710 | 700 | 760 |
| 50 × 10 | 112500 | 57750 | 1000 | 1100 |
| 80 × 10 | 197700 | 66880 | 1700 | 1900 |
| 125 × 20 | 729000 | 278000 | — | 2850 |
| Примечание: осевая жесткость указана для класса точности C1. | ||||
Установка передачи
Выбор ШВП для конкретного оборудования производится в процессе конструкторской разработки, а именно на стадии эскизного проектирования - после того как будут определены величина хода стола и необходимое усилие на винте. Затем уточняют техническое решение:
- В зависимости от необходимой степени точности привода выбирают между обычной и прецизионной передачей.
- Определяют конструктивный вариант гайки: одинарная, двойная, способ возврата шариков, наличие подшипника и другое. Одинарная гайка дешевле, но в случае износа требует замены, сдвоенную можно регулировать путем подшлифовки компенсатора. Система рециркуляции шариков с помощью трубок несколько увеличивает стоимость гайки, однако допускает возможность ремонта изношенных каналов путем замены обводных трубок.
- Решают - требуется или нет поддержка свободного конца винта.
- Уточняют характер соединения корпуса гайки с перемещаемым узлом, а также ведущего конца ходового винта с электромеханическим приводом. Производят динамический расчет, в случае необходимости вносят изменения в конструкцию.
- Закончив сборку станка, производят испытания всех узлов, в том числе и шарико-винтовой передачи, согласно методике испытаний.
Область применения
ШВП получили широкое распространение во многих отраслях промышленности: станкостроение, робототехника, сборочные линии и транспортные устройства, комплексные автоматизированные системы, деревообработка, автомобилестроение, медицинское оборудование, атомная энергетика, космическая и авиационная промышленность, военная техника, точные измерительные приборы и многое другое. Несколько примеров использования этих узлов:
- Приводы подач станков с ЧПУ. Первый серийно выпускаемый в СССР обрабатывающий центр ИР-500 имел 3 координаты обработки. Современные системы содержат значительно большее количество линейных приводов. Например, многошпиндельные автоматы продольного точения Tornos серии MULTI SWISS имеют 14 управляемых осей.
- Перемещение поршня-рейки рулевого механизма автомобилей (МАЗ, КАМАЗ, Газель).
- Вертикальное перемещение каретки производственного 3D-принтера VECTORUS серий iPro и sPro.
Производители:
- Steinmeyer (Германия);
- SKF (Швеция);
- MecVel (Италия);
- THK (Япония);
- SBC (Корея);
- HIWIN (Тайвань).
