Трапецеидальные винты - это винты с трапецеидальной резьбой. Трапецеидальная резьба это разновидность резьбы с профилем в виде трапеции с углом 30 градусов. Эта резьба используется в передачах типа «винт-гайка», как ходовая, так как профиль резьбы позволяет выдерживать большие нагрузки на срез и деформацию, а так же обеспечить долговременную работу до износа.
Трапецеидальные винты бывают однозаходными и многозаходными и характеризуется такими величинами, как шаг резьбы и ход резьбы. Шаг резьбы – это расстояние между двумя ближайшими резьбовыми нитками, а ход резьбы – расстояние, на которое сдвигается гайка за один оборот винта. В случае однозаходной резьбы ход равен шагу, а в случае многозаходной – произведению шага на количество заходов. Однозаходная резьба является самотормозящей – нагрузка, приложенная к гайке, не заставит крутиться винт, многозаходная обычно не обладает свойством самоторможения.
Обозначение однозаходной трапецеидальной резьбы (ГОСТ 9484-81) состоит из букв Tr, наружного диаметра и шага.
Обозначение многозаходной трапецеидальной резьбы (ГОСТ 24739-81) состоит из букв Tr, наружного диаметра, хода и шага (рис. 2.23 и 2.24). Варианты нанесения обозначения на рис. 2.23, а и 2.24, а предпочтительней.
Обычно трапецеидальные винты изготовляют накаткой на специальных станках и их класс точности С7 или С8 (соответственно +-50 или +-100 микрон погрешности хода на 300мм длины). Винты более высокого класса точности возможно изготовить резанием или резанием с последующей шлифовкой.
Люфт в паре «винт-гайка»
Люфт винтовой передачи можно определить как расстояние, на которое можно сместить винт и гайку друг относительно друга без взаимного вращения. Если вы наденете накрутите гайку на трапецеидальный винт и попробуете с усилием пошатать гайку вдоль оси винта, то, скорее всего, почувствуете, как гайка поддается под вашими усилиями - это и есть люфт. Люфт бывает осевым и радиальным, но важен для рассмотрения только осевой - так как именно осевые перемещения негативно влияют на точность и повторяемость станка. Люфт проявляет свои вредные свойства прежде всего при смене направления движения - пока станок движется в одном направлении, промежуток между гайкой и винтом постоянно выбран за счет сил трения и не вносит погрешности. В случае использования обычной гайки, без выборки люфта, трапецеидальный винт может повернуться на достаточно большой угол без касания гайки. Это означает утрату заданной позиции. Причем зазор в передаче будет увеличиваться по мере износа - именно по этой причине большинство гаек, используемых в ЧПУ станках, имеют механизмы выборки люфта (обычно в виде разреза). Радиальный люфт обычно никак себя не проявляет при движении, но тоже является нежелательным. Аналогично, может быть выбран с помощью разрезных гаек или увеличением длины гайки
Итак, какие способы выборки люфта сущестуют?
Никак не выбирать
Если нагрузка на узел винт/гайка нагрузка будет однонаправленная, то люфт можно и не выбирать, он сам выберется силами трения (или силой тяжести в случае вертикальной работы). Например при нарезании резьбы резцом на токарном станке резьба режется за много проходов, но поскольку движение при нарезании всегда идет в одну сторону, то величина люфта не играет никакой роли, он выбирается автоматически.
Изготовление гайки с плотной посадкой
При изготовлении гайки с плотной посадкой возможно добиться того, что люфта не будет, но когда он появится в процессе износа, то для его устранения гайку надо будет менять на новую.
Перекос гайки
Регулировка перекосом очень старый способ регулировки. Как понятно из названия, осуществляется он перекосом гайки, тогда в двух противоположных краях гайки выбирается зазор (отмечено кружочком). Достаточно просто в изготовлении, но имеет не очень большой ресурс – вся нагрузка приходится лишь на небольшие участки резьбы.
Разрезная вдоль гайка
Гайка разрезается вдоль и ее половинки смыкаются на ходовом винте. Для регулировки этим способом нужно, чтобы витки резьбы не касались дна ответных частей, тогда при сжатии половинок полугаек боковые части трапеций резьбы садятся плотнее и выбирается зазор. Такие разрезные гайки и полугайки можно увидеть на ходовых винтах универсальных токарных станков, там они применяются в качестве размыкающихся маточных гаек. При этом способе разрезания узел имеет самый большой ресурс, так как осевое усилие распределяется на максимальную площадь резьбы.
Разрезная поперек гайка
Половинки гайки стягиваются или распираются относительно разреза, выбирая люфт, а затем фиксируются относительно друг друга.
Так же существует вариант прямоугольной капролоновой гайки с частичным разрезом, причем если разрезать, как на левом рисунке, то из-за равномерности удельной нагрузки на обе половинки ресурс такой гайки выше, чем как при способе разреза на правом рисунке.
Разрезная поперек гайка с пружиной
Существует вариант выборки люфта с помощью натяжения половин гайки пружиной. Это способ работает только для небольшой нагрузки, так как при превышении усилия пружины она сжимается и узел начинает люфтить. Пружину с большим усилием в данном случае не поставить, так как возрастут потери на трение и увеличится износ винтовой пары.
В случае наличия нескольких пар таких гаек, можно попробовать подобрать пары полугаек с наименьшим люфтом, исключив из конструкции пружину вообще.
Пара винт/гайка с трапециевидной резьбой работает на трении скольжения, имеет большую площадь контакта и как следствие – высокую жесткость и низкий КПД. На нагруженных винтах большого размера заметно присутствие характерного «эффекта страгивания» (рывок в начале движения). Трение ограничивает скорость вращения винта и значит скорость передачи, а так же требует более мощного двигателя. Из-за эффекта самоторможения трапвинт хорошо подходит для перемещения нагрузки по вертикали.
Примеры применения трапецеидального винта
- 3D-принтеры (обычно ось Z)
- движение подачи на станках (например, регулировочные и ходовые винты);
- движение на манипуляторе;
- регуляция движения на подъемных механизмах и вилочных автопогрузчиках;
- движение затвора при запирании литьевых машин;
- движение перемещения на сборочных контейнерах;
- вертикальное движение при работе с прессом.
Подводя итоги, можно сказать, что в задачах, где критичны габариты винта и гайки, не требуется высокой производительности, режима работы 24/7, больших скоростей, нужно самоторможение - трапвинт хорошо справится.
