Ходовые винты для 3D принтера

О ходовых винтах для 3D-принтера

Ходовые винты для 3D-принтера используются в винтовых приводах координатных осей для преобразования вращения двигателя в поступательное перемещение стола, портала, платформы или другого подвижного узла. Винт работает совместно с гайкой соответствующего профиля и образует с ней резьбовую пару.

Для построения винтовых механизмов применяются трапецеидальные винты, работающие с совместимыми трапецеидальными гайками. При подборе пары необходимо согласовать профиль резьбы, номинальный размер, шаг или ход, направление и конструктивное исполнение сопрягаемых деталей.

Назначение ходового винта

При вращении винта относительно гайки между элементами пары возникает осевое перемещение. В зависимости от кинематической схемы вращаться может винт при неподвижной гайке либо использоваться другая компоновка привода.

• Преобразование вращения в поступательное движение координатного узла.
• Передача осевого усилия через сопряжение винта и гайки.
• Формирование подачи подвижной части при каждом обороте привода.
• Работа совместно с направляющими, которые воспринимают поперечные нагрузки и задают траекторию движения.

Трапецеидальная резьба

Трапецеидальная резьба имеет профиль, рассчитанный на передачу движения и осевых усилий в винтовых механизмах. Основными параметрами такой пары являются номинальный диаметр, шаг, ход и направление резьбы.

Обозначение типоразмера обычно включает диаметр и шаг резьбы. Однако при выборе необходимо учитывать конструкцию конкретного винта: в многозаходной резьбе шаг и ход не совпадают, поэтому только двух размерных значений может быть недостаточно для определения линейного перемещения за один оборот.

Шаг и ход винта

Шаг резьбы - это осевое расстояние между соседними одноименными точками витков. Ход показывает, на какое расстояние перемещается сопрягаемый элемент относительно винта за один полный оборот.

Для однозаходной резьбы ход равен шагу. В многозаходном исполнении ход больше шага и зависит от количества заходов. Этот параметр непосредственно влияет на линейное перемещение за оборот и должен учитываться при расчете кинематики оси.

Правая и левая резьба

Направление резьбы определяет направление относительного перемещения винта и гайки при заданном вращении. В большинстве механизмов применяется выбранная при проектировании схема, поэтому при замене направление установленного винта необходимо сохранять.

• Правая резьба обеспечивает одно направление осевого движения при заданном вращении.
• Левая резьба изменяет направление перемещения при тех же условиях вращения и применяется там, где этого требует кинематическая схема.

Правый и левый винты одинакового диаметра и шага не являются взаимозаменяемыми без соответствующей замены гайки и проверки работы привода.

Совместимость винта и гайки

Рабочие характеристики винтовой передачи зависят от правильного сопряжения обоих элементов. При подборе гайки недостаточно ориентироваться только на наружный диаметр винта.

• Профиль резьбы должен быть одинаковым у винта и гайки.
• Номинальный диаметр должен соответствовать размеру резьбовой пары.
• Шаг и ход должны соответствовать конструкции сопрягаемых элементов.
• Направление резьбы должно совпадать.
• Конструкция гайки выбирается с учетом способа крепления, нагрузки и требований к винтовой передаче.

Рабочая длина и компоновка оси

Длина ходового винта определяется не только требуемым перемещением подвижной части. Необходимо учитывать участки установки опор, соединения с приводом и другие конструктивные элементы за пределами полезного рабочего хода.

• Рабочий ход оси определяет минимальную длину участка, необходимого для перемещения.
• Опоры винта требуют дополнительного пространства по его концам.
• Соединение с двигателем должно соответствовать конструкции муфты или другого элемента привода.
• Монтажная компоновка должна исключать столкновение гайки, опор и других частей механизма на крайних положениях оси.

Что влияет на работу длинного винта

При увеличении длины винта возрастает значение его жесткости, схемы опор и частоты вращения. Длинный вращающийся элемент может быть чувствительнее к прогибу, несоосности и динамическим явлениям, поэтому параметры оси необходимо рассматривать в комплексе.

Увеличение диаметра само по себе не является универсальным решением. Конструкция винтового привода должна соответствовать требуемому ходу, скорости, нагрузке, частоте вращения и способу установки винта.

Ходовой винт в механике 3D-принтера

В 3D-принтерах винтовая передача может использоваться на одной или нескольких координатных осях. Конкретная схема зависит от конструкции оборудования: винт может перемещать стол, портал, каретку инструментального узла или другую часть механизма.

Особенно важно разделять функции привода и направляющих. Винт предназначен для создания осевой подачи, а поперечные нагрузки и моменты должны восприниматься предусмотренной конструкцией направляющей системой.

Что учитывать при выборе ходового винта

Для существующего 3D-принтера подбор начинают с параметров установленной винтовой пары. При проектировании новой оси дополнительно учитывают требуемое перемещение, нагрузку, скорость и компоновку опор.

• Профиль резьбы. Должен соответствовать применяемой гайке.
• Номинальный диаметр. Влияет на геометрию и конструктивные характеристики винтового узла.
• Шаг и ход. Определяют линейное перемещение относительно числа оборотов привода.
• Количество заходов. Необходимо учитывать при определении хода винта.
• Направление резьбы. Должно соответствовать гайке и кинематической схеме.
• Длина. Выбирается с учетом рабочего хода, опор и соединения с приводом.
• Рабочая нагрузка. Учитывается при выборе размеров и конструкции винтовой пары.
• Скорость вращения. Рассматривается вместе с длиной винта, схемой опор и требуемой скоростью линейного перемещения.

Как подобрать винт при замене

Если маркировка установленного винта известна, ее используют как исходный ориентир. При отсутствии обозначения необходимо определить параметры резьбы, длину и особенности соединения с остальными элементами привода.

• определите профиль и номинальный диаметр резьбы;
• измерьте или уточните шаг и ход;
• определите количество заходов и направление резьбы;
• сверьте параметры установленной гайки;
• определите рабочую и общую длину винта;
• проверьте конструкцию опор и соединения с приводом;
• оцените состояние всей винтовой пары при наличии люфта или заметного износа.

Монтаж и эксплуатация

Нормальная работа винтовой передачи зависит от взаимного положения винта, гайки, опор и направляющих. Перекос или несоосность создают дополнительное сопротивление движению и изменяют распределение нагрузки на резьбовые поверхности.

• винт, гайка и опоры должны быть установлены без принудительного перекоса;
• винтовая передача не должна компенсировать ошибки расположения линейных направляющих;
• рабочую поверхность резьбы необходимо защищать от пыли и абразивных загрязнений;
• в процессе эксплуатации контролируют состояние винта, гайки и изменение люфта;
• смазывание и периодичность обслуживания выбирают с учетом конструкции резьбовой пары и условий ее работы.