Введение

    Метрологическое обеспечение (МО) промышленного производства играет важную роль в современных  условиях. Это обуславливается причинами, отражающими общие тенденции  развития народного хозяйства. Растут требования к качеству и достоверности (точности) измерений, необходимых для создания изделий высокого качества. Измерительная информация буквально пронизывает весь цикл проектирования и производства продукции. А именно данные о свойствах материалов, определяющие надежность, долговечность деталей, узлов, машин, результаты испытаний, по которым совершенствуются, «доводятся» конструктивные и технологические решения. Результаты измерений, необходимые для эффективного управления технологическими процессами, результаты контроля, по которым принимаются решения о реальном качестве продукции, целесообразности ее выпуска.

    Получение и использование недостоверных  измерительных данных приводит к  нарушению производственного цикла, снижению эффективности производства, к неоправданным экономическим  потерям, снижению качества разрабатываемой и выпускаемой продукции.

    Взаимосвязь качества измеряемой информации (точности, достоверности результатов измерений, испытаний, контроля) и качества выпускаемой  продукции убедительно подтверждается практикой. Там, где широко и правильно применяют современные достижения метрологической науки, там выше культура производства, технический уровень выпускаемых изделий.

    В условиях автоматизированного производства и широкого использования робототехнических  систем, особо большое значение приобретают вопросы МО. Это связано с тем, что результаты измерений, контроля качества и количества сырья, материалов, полуфабрикатов, деталей и узлов является единственной информацией, необходимой для управления технологическими процессами, производством. Единственный недостоверный результат измерений или контроля способен дестабилизировать работу системы управления, привести к массовому браку.

    На  современном этапе развития производства МО превратилось в активный и реальный инструмент, обеспечивающий создание эффективных технологических процессов, высокопроизводительных, современных машин, внедрение гибких автоматизированных производств, достоверную оценку и контроль качества готовой продукции. Именно поэтому, важным резервом в решении проблемы выпуска качественной продукции является совершенствование МО промышленного производства.

    В настоящее время перед отечественной  промышленностью стоит задача освоения новых эффективных конструкций  передач винт-гайка. В точных приводах различных отраслей промышленности широкое применение нашли шариковинтовые передачи (ШВП). ШВП отличаются высоким коэффициентом полезного действия (КПД), высокой точностью. Они, также относительно дешевые в изготовлении. Однако постоянно растущие требования к передачам винт-гайка в составе привода выявили определенные ограничения ШВП в частности по редукции, предельной скорости, грузоподъемности, долговечности и жесткости. В качестве альтернативы ШВП появились другие виды передач винт-гайка, в том числе роликовинтовые передачи (РВП).

    РВП – это планетарная передача винт-гайка качения с резьбовыми роликами. РВП обладают реверсивностью, т.е. вращательное движение винта преобразуется в поступательное перемещение гайки и наоборот.

    Сравнительный анализ, а также опыт проектирования и эксплуатации показывает, что РВП по ряду своих технико-эксплуатационных характеристик превосходят другие виды передач винт-гайка. Так их нагрузочная способность и жесткость в 2-3 раза выше, чем у ШВП, они способны воспринимать ударные нагрузки, сохраняют свою работоспособность в широком интервале температур и в условиях загрязненности и обледенения. Имеют высокую стабильность выходного перемещения на низких скоростях. Позволяют конструктивно просто устранить люфт в сопряжениях, имеют достаточно высокий КПД и широкие возможности для выбора величины, передаточных функций, что расширяет их кинематические возможности, позволяют получить высокую точность выходного перемещения при умеренных требованиях к точности изготовления элементов и т.д.

    Передача  с короткими роликами обладает большой долговечностью и жесткостью. Она может быть использована при высоких и весьма высоких скоростях (в пределе до 5 метров в секунду), при длинах перемещений на несколько метров, при высоких и весьма высоких нагрузках в станках, роботах, прессах и т.п.

    Передача  с длинными роликами обеспечивает самую  высокую удельную грузоподъемность, долговечность, жесткость при малых  длинах перемещений. Она может быть использована в приводах станков, роботов, измерительных машин.

    За  рубежом РВП с короткими роликами типа «Transrol» выпускаются серийно с 60-х годов. В нашей стране разработаны усовершенствованные конструкции РВП с короткими роликами и новые эффективные РВП с длинными роликами (РВПД). На ПТО ВАЗ в настоящее время ведется производство РВП типа «Transrol».

    Также во Владимирском Государственном Университете при кафедре «Метрология и стандартизация» создано МГП «Контакт», которое занимается разработкой конструкций РВП различных типов, в частности РВПД, исследованием их характеристик, разработкой методики их проектирования. В связи с тем, что технический уровень РВПД (по диапазону выбора стабильного передаточного числа, грузоподъемности, долговечности, жесткости, приведенному моменту инерции ) превышает мировой уровень, МГП «Контакт» больше ведет разработок по РВПД. Вместе с тем, следует отметить, что у РВПД область перемещения ограничена малыми и средними длинами перемещения, а необходимость изготовления резьбовых роликов с минимальной разноразмерностью приводит к увеличению стоимости РВП, так как трудоемкость изготовления выше на 30 %, чем ШВП.

    Все это достигается путем решения  проблем функциональной взаимозаменяемости передач. Проведенные исследования и опыт промышленности показывают, что изготовление деталей и сборочных  единиц с точно установленными геометрическими, механическими, электрическими и другими функциональными параметрами при оптимальной их точности и оптимальном качестве, создание гарантированного запаса работоспособности машин и приборов позволяет обеспечить взаимозаменяемость всех однотипных изделий, выпускаемых заводом, по их эксплуатационным показателям, т.е. по показателям качества функционирования (точности, производительности и т.д.).

    Проблема функциональной взаимозаменяемости решается в РВП с помощью следующих характеристик: кинематической точности, статической грузоподъемности, долговечности, жесткости, КПД и силе трения. Все перечисленные функциональные характеристики зависят от точности изготовления элементов передачи, которые позволяют обеспечить точность перемещения порядка 0.0001мм и менее.

    Такая характеристика, как кинематическая точность зависит от точности изготовления резьб (точность резьб в пределах мкм), которая позволяет обеспечить перемещение в долях мкм. Распределение  нагрузки по точкам контакта должно быть равномерным. Равномерность достигается с помощью обеспечения натяга, который позволяет устранить люфт в сопряжении, а следовательно добиться высокой точности.

    РВП имеет достаточно высокий КПД. Это  возможно достичь большим количеством  точек контакта, а следовательно  меньшим пятном контакта, которое в свою очередь делает меньше трение качения. От обеспечения жесткости передачи, а также от жестких допусков зависит собственная частота всей системы, которая равна 15-20 Гц, передачи 70-100 Гц. Это опять доказывает то, что передача должна быть точно изготовлена. Следовательно, должно стать более жестким требование к выбору средства измерения.

    Разработка  и постановка на производство новой  продукции осуществляется при условии  ее высокого технического уровня, как  правило, соответствующего высшей категории качества. К высшей категории качества относится продукция, которая по показателям технического уровня и качества превосходит лучшие отечественные и зарубежные достижения или соответствующие им. Для оценки качества продукции служит карта технического уровня и качества продукции. В карту уровня включают номенклатуру основных показателей качества, по которым ведется сравнение оцениваемой и базовой продукции с учетом лучших отечественных и зарубежных аналогов.

    Разнообразие  конструктивных схем и эксплуатационных характеристик РВП позволяет при проектировании создать конструкцию, наиболее полно удовлетворяющую поставленным требованиям.

    РВП следует применять в тех случаях, когда необходимо сочетать высокую  надежность, простоту конструкции, малую  массу и габариты, приходящиеся на единицу нагрузки, с обеспечением высокого качества работы привода в целом.

    РВП применяются в следующих отраслях.

1. Станкостроение:

• токарные и фрезерные станки с программным управлением;

• станки для автоматической заточки инструмента, шлифовальные станки.

2. Литейное оборудование:

• домкраты для перемещения электродов в печах по выплавке алюминия;
• оборудование для производства деталей литьем под давлением.

3. Авиационная промышленность:

• механизмы управления полетом;
• механизмы грузовых платформ и кранов в аэродромном оборудовании.

4. Нефтехимическое и химическое оборудование:

• клапаны для нефтепроводов;
• специальные клапаны и специальные машины для производства резины.

5. Грузоподъемное оборудование:

• лифты;
• домкраты;
• подъемники.

6. Точная техника:

• микроскопы;
• установки контроля дефектов.

1.Особенности конструкции  и принцип действия  роликовинтовых передач

1.1. Известные конструкции  передач винт-гайка

    Для преобразования вращательного движения в поступательное применяется передача винт-гайка скольжения, состоящая из винта и гайки. Передача позволяет получать высокие осевые усилия, имеет проекцию и компактную конструкцию. Основные недостатки: низкий КПД и быстрый износ при работе. Главным направлением устранения этих недостатков является разработка и применение конструкций передач винт-гайка с промежуточными телами качения.

    Наиболее  характерные конструкции РВП:

    а) планетарные передачи с короткими  резьбовыми роликами для преобразования вращательного движения в поступательное с высокой линейной скоростью (длина роликов соответствует длине гайки);

    б) планетарные передачи с длинными резьбовыми роликами для преобразования вращательного движения в поступательное с высокой редукцией (длина ролика соответствует длине винта);

    в) планетарные передачи с резьбовыми роликами для преобразования частот вращательного движения.

    Планетарная передача с короткими роликами типа «SR» (рис.1.1.), выпускаемая рядом зарубежных фирм серийно, напоминает по конструкции  роликовые подшипники и состоит  из винта 1 и гайки 3 с многозаходной  треугольной резьбой линейного профиля и резьбовых роликов-сателлитов 2 с однозаходной треугольной резьбой выпуклого профиля. Для предотвращения выкатывания роликов из гайки углы подъема резьбы на гайке и роликах одинаковы. Для предотвращения проскальзывания роликов вдоль витков резьбы гайки и для обеспечения положения осей роликов параллельно оси винта на концах роликов устроены зубчатые венцы 4, входящие в зацепление с зубчатыми венцами 5 гайки. Цапфы роликов установлены в сепараторах 6. Поскольку угол подъема резьбы роликов отличается от угла подъема резьбы винта, то при вращении винта резьбовые ролики катятся по резьбе винта и гайки, совершая планетарное движение, и вместе с гайкой перемещаются в осевом направлении относительно винта.