Шарико-винтовые передачи (ШВП) от производителей: типы, изготовление по чертежам, стоимость

Шарико-винтовые передачи (ШВП) применяются в исполнительных механизмах и станках для преобразования вращательного движения привода в возвратно-поступательное движение узла, например, каретки. От качества и технических характеристик ШВП зависит точность позиционирования и эффективность рабочего механизма.

Типы ШВП и их применение в различных сферах

Конструктивно ШВП состоят из гайки и винта с резьбовыми канавками криволинейного профиля. Внутри канавок расположены шарики для качения гайки вдоль винта [1] . ШВП применяются везде, где требуется преобразование вращательного движения в линейное, — в металлургии и машиностроении, в авиации и автомобильной отрасли, на предприятиях текстильной и пищевой промышленности.

Сейчас, с популяризацией DIY-технологий, на основе ШВП производятся готовые линейные модули, включающие в себя корпус из металлического профиля, сервоприводы, элементы измерения и автоматики. Такие модули с ШВП служат ядром для будущих станков с ЧПУ и 3D-принтеров.

Преимущества шарико-винтовых пар:

• отсутствие потерь на трение скольжения и, как следствие, пониженный износ;
• КПД преобразования от 90% и выше;
• высокие точность позиционирования и осевая жесткость, хорошие динамические показатели при малой мощности и крутящем моменте привода;
• относительно небольшие габариты.

Технические характеристики ШВП зависят от области их применения. Класс точности характеризуется шагом резьбы, геометрическими допусками, гладкостью поверхности, наличием люфта, начальным моментом и допустимой рабочей температурой.

По назначению и условиям работы выпускаются ШВП с зазором и натягом:

• ШВП с зазором имеют малую точность из-за осевого люфта и применяются там, где перемещение измеряется отдельно, независимо от угла поворота винта. Например, при перемещении с малым сопротивлением (приводы дверей, вентилей, заслонок), в транспортных задачах (подъемники), в станочных механизмах (плоскошлифовальные и деревообрабатывающие стационарные станки), в литьевых машинах. ШВП с зазором также называют транспортными, согласно ISO 3408, они имеют класс точности Т1, Т3 и Т5 (8–12 мкм). Для улучшения показателей ШВП с зазором создают так называемый преднатяг в механической системе, то есть прикладывают к передаче усилие, обеспечивающее требуемую осевую жесткость, увеличивают диаметр шариков относительно винтовой канавки или применяют сдвоенную гайку. Преднатяг помогает снизить совокупную вибрацию на стержне и стабилизировать положение оси гайки относительно оси винта.
• ШВП с натягом (прецизионные) используют для высокоточных задач, где мертвый ход недопустим: в робототехнике и станках с ЧПУ, координатных столах, контрольно-измерительном оборудовании. В ШВП с натягом гайка прочно связана с рабочим узлом (суппортом). Жесткая зависимость между поворотом винта и движением гайки позволяет снизить динамические нагрузки на стержень.

По способу изготовления ШВП делятся на катанные и шлифованные:

• катанные ШВП получают методом холодной прокатки: резьба выдавливается валками на поверхности винта; из-за зернистой структуры катанные ШВП используются как транспортные, с меньшей плавностью и точностью перемещения;
• в шлифованных ШВП винтовые канавки подвергаются закаливанию и многоступенчатой шлифовке, что позволяет использовать их в высокоточном оборудовании и маркировать как прецизионные, с классами точности П1, П3, П5 (6–8 мкм).

Известен способ прецизионной накатки, комбинирующей оба метода обработки резьбы. У таких винтов гладкая поверхность, как у шлифованных ШВП, при меньших затратах на производство [2] .

Класс точности ШВП определяется как отклонение гайки относительно винта по длине в 300 мм. По стандарту DIN ISO катанные транспортные ШВП соответствуют классам точности С7–С10 (от 50 мкм), позиционные катанные — классу С6 (от 23 мкм), позиционные шлифованные ШВП — от С0 (3,5 мкм) до С5 (18 мкм).

Стандартные ШВП выпускаются с диаметром винта 16–125 мм, длиной до 3000 мм, шагом резьбы от 1,5 до 50 мм [3] . Для специфических задач изготавливаются ШВП нестандартного типа, длиной до 6000 мм. Выбор жесткости и способа преднатяга также обсуждается на стадии проектирования ШВП. При недостаточной жесткости позиционных ШВП в станках с переменной нагрузкой возможна потеря рабочего хода. В то же время чрезмерная жесткость усиливает трение и нагрев, ускоряя расход смазки и износ передачи.

Кто производит ШВП

Основные зарубежные производители ШВП: Hiwin, Tbi Motion (Тайвань), KSK Precise Motion (Чехия), PMI Group, CNC, CHTR (Китай), THK, NSK (Япония), Steinmeyer, Bosch Rexroth (Германия), «Микрон» (Украина), SBC (Корея), SKF (Швеция), Gewinde (Швейцария).

Японские, немецкие и шведские производители выпускают технологичные ШВП для широкого спектра задач: стандартизированные и заменяемые ШВП, высокоскоростные, для больших нагрузок, специальной конструкции с твердыми покрытиями и так далее. Их стоимость обычно в 2–2,5 раза превышает цены российских аналогов.

Известные российские производители ШВП:

• «Техникс», «Точмаш» (г. Санкт-Петербург);
• «Технический центр Н» (г. Ярославль);
• «Инмаш» (г. Стерлитамак);
• ПКФ «Станкосервис» (г. Рязань).

Следует понимать, из чего складывается стоимость ШВП. На цену влияют:

• область применения;
• длина винта;
• класс точности;
• качество высокоуглеродистой стали;
• способ деформации и обработки канавок;
• вид фланца;
• диаметр шариков и другие характеристики.

Для увеличения срока службы используют типовые защиты от попадания пыли, опилок и агрессивных веществ на винт:

• войлочные и резиновые уплотнители;
• гофрочехлы;
• сильфонные защиты ходового винта.

При изготовлении по чертежам цена ШВП определяется по себестоимости производства на 1 мм винта. В этом случае низкая цена, как при заказе у некоторых китайских компаний, грозит экономией на всем подряд — на количестве металла, качестве резьбы и шлифовки, толщине уплотнителей и прочих параметрах. Российские ШВП раза в два дороже китайских и на столько же дешевле европейских аналогов, однако возможность прямого контакта с производителем и поэтапного контроля при изготовлении деталей делает отечественное производство привлекательным для заказчика.

Стоимость шарико-винтовых передач: стандартных и на заказ

Катанные и шлифованные передачи, как это можно было понять из вышесказанного, значительно отличаются по ценам ввиду сложности изготовления. В каталогах многие производители по умолчанию ставят цену катанной ШВП, не уточняя метод обработки. Обратите на это внимание, если хотите купить ШВП для высокоточного станка.

Диапазон цен для стандартных и специальных ШВП на начало июня 2020 года выглядят следующим образом:

• 1П756ДФ3.18.000 (Россия), катанная, общая длина 1930 мм, длина резьбы 1020 мм — от 80 тысяч рублей;
• 1П756ДФ3.55.000 (Россия), катанная, для токарных станков, общая длина 885 мм, длина резьбы 674 мм — 90–100 тысяч рублей;
• СМ2116-311 СБ (Россия) для станков с ЧПУ, точность 20 мкм — 90–105 тысяч рублей;
• 6Р13Ф3-00.001 (Россия) для консольно-фрезерных станков, класс П3, общая длина 1596 мм, длина резьбы 1204 мм — 130–150 тысяч рублей;
• SFU-R3210 TECHNIX (Россия), диаметр винта 32 мм — от 69 рублей/см (в среднем 80–100 тысяч рублей за винт длиной от 1000 см);
• SFU-R2505 TECHNIX (Россия), диаметр винта 25 мм — от 33 рублей/см (30–45 тысяч рублей винт длиной от 1000 см);
• ШВП CNC (Китай) из серии SFU для станков с ЧПУ, длина винта 605 мм — 3–4 тысячи рублей, 800 мм — 4–5 тысяч рублей;
• ШВП Tbi OFUR2505T4-DGC5-500-P2 (Тайвань) с натягом, класс С5, длина 500 мм — 20–25 тысяч рублей;
• ШВП Tbi OFUR2505T4-DGC5-860-P2 (Тайвань) с натягом, класс С5, длина 800 мм — 28–32 тысячи рублей;
• ШВП Hiwin 1R25-10T3-FSI-1500-0.05 (Тайвань) с зазором, класс С7, длина 1500 мм — 18–22 тысячи рублей;
• ШВП Hiwin R20-05T3-FSI (Тайвань) с зазором, класс С7, длина 400 мм — 8–10 тысяч рублей.

Качество ШВП определяет точность перемещения, что особенно важно для стационарных станков и систем со следящим управлением и позиционированием. Изготовление специальных прецизионных передач требует ответственного подхода. Не стоит экономить на точности и эффективности своего производства, но и переплачивать за ноу-хау тоже незачем.

* Материал не является публичной офертой. Информация о ценах приведена для ознакомления и актуальна на июнь 2020 года.