Vis à billes. Calcul de l'engrenage à vis

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Vis à billes. Calcul de l'engrenage à vis
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Vidéo: Application guidage linéaire à billes 2024, Mars
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La transmission à vis appartient à la catégorie des mécaniques. Le but principal de cette opération est de convertir un mouvement de rotation en translation ou vice versa. Ce type de transmission se compose de seulement deux éléments - une vis et un écrou.

Description de l'appareil

Comme déjà mentionné, le mécanisme d'entraînement à vis est utilisé pour convertir le mouvement. Les exemples les plus courants d'utilisation de ce système étaient des dispositifs tels que des vérins, des presses, des machines à couper les métaux, des laminoirs, des équipements de levage, etc. Il convient également de noter que ce sont tous des exemples de conversion d'un mouvement de rotation en translation. Mais pour la procédure inverse, cet appareil est très rarement utilisé. Par exemple, le mécanisme de déplacement du film d'une caméra fonctionne sur le principe inverse de la conversion de mouvement.

engrenage à vis
engrenage à vis

Il y a plusieurs avantages de ce système: fonctionnement silencieux, engagement en douceur, conception simple, une grande force peut être obtenue.

Cependant, il y a aussi un certain nombre d'inconvénients: assez souvent, l'engrenage hélicoïdal colle et son efficacité, c'est-à-dire l'efficacité, est faible.

Appareil etespèce

Actuellement, il y a deux unités principales du système. Son premier type contient un écrou fixe et une vis mobile, et le second type, au contraire, a un écrou mobile et une vis fixe. La première catégorie de dispositifs comprend un vérin à vis, et le second groupe est utilisé, par exemple, dans les vis-mères des machines-outils et autres dispositifs.

calcul d'engrenage hélicoïdal
calcul d'engrenage hélicoïdal

Il existe également plusieurs types d'engrenages à vis:

  • Système coulissant.
  • Un système de roulement caractérisé par le fait que l'écrou a des rainures dans lesquelles des billes sont placées.
  • Les engrenages à rouleaux planétaires, qui sont considérés comme très prometteurs, car ils se distinguent par une précision et une rigidité élevées.
  • Type de transmission ondulatoire, il se distingue par des mouvements de translation assez faibles.
  • Transmission à vis hydrostatique caractérisée par un faible frottement, une faible usure et une précision assez élevée.

Découpage et calcul

Outre qu'il existe plusieurs types de système, il existe également plusieurs types de filetages pour écrou et vis. S'il est nécessaire d'assurer le moins de frottement entre les pièces, une vue rectangulaire est utilisée. Cependant, il est très important de noter ici que la fabricabilité de ce type de connexion est plutôt faible. En d'autres termes, il est impossible de couper un tel filetage sur une fraiseuse à fileter. Si nous comparons la résistance des fils rectangulaires et trapézoïdaux, le premier perd de manière significative. Pour cette raison, la distribution et l'utilisation de filetages rectangulaires dans les entraînements à vis sont sévèrement limitées.

vis à billes
vis à billes

Pour ces raisons, le type principal utilisé pour le dispositif de vis de transmission est devenu le filetage trapézoïdal. Ce type a trois types de pas - petit, moyen, grand. Le plus populaire est le système à hauteur moyenne.

Le calcul de la transmission à vis est réduit au calcul du rapport de démultiplication. La formule ressemble à ceci: U=C/L=pd/pK. C est la circonférence, L est le pas de la vis, p est le pas de la vis, K est le nombre de tours de la vis.

Vis à billes (BSC)

Vis à billes - c'est l'une des variétés d'entraînement linéaire, qui sert également à convertir le mouvement de rotation en translation. Cependant, il y a une différence ici, c'est que ce type de système se caractérise par très peu de friction.

vis à billes
vis à billes

Le rôle de la vis dans de tels systèmes est assuré par l'arbre, qui est généralement en acier très résistant. Sur sa surface, cet appareil présente des tapis roulants avec une forme spécifique. C'est un tel dispositif qui est capable d'interagir avec l'écrou. Cependant, leur travail ne s'effectue pas directement, comme c'est le cas dans un engrenage à vis classique, mais par l'intermédiaire de petites billes. Il utilise le principe du frottement par roulement.

Ce principe d'interaction fournit un coefficient de performance (COP) très élevé, ainsi que des caractéristiques de surcharge élevées.

Application et développement des vis à billes

La vis à billes est le plus souvent utilisée dans l'industrie comme la fabrication d'avions, dans la science des fusées pour déplacer les gouvernailssurfaces dans les véhicules. La plus large gamme d'utilisation d'un tel système peut être observée dans l'ingénierie de précision, en particulier dans les machines CNC.

L'histoire de cette vis est assez inhabituelle, car la toute première vis à billes la plus précise a été obtenue à l'aide d'une vis conventionnelle de faible précision. L'appareil avait l'aspect suivant: une petite structure de plusieurs écrous, tendus par un ressort, était montée sur la vis, après quoi elle était rodée sur toute la longueur.

engrenage hélicoïdal
engrenage hélicoïdal

Il est devenu possible de faire la moyenne des erreurs de pas de la vis et de l'écrou en déplaçant les éléments le long de la base, ainsi qu'en changeant la direction de la tension.

Avec des vis à billes

Pour obtenir une longue durée de vie de la vis à billes, il est nécessaire de suivre les règles de fonctionnement de ce système. Pour qu'il puisse maintenir tous ses indicateurs au bon niveau, y compris la précision, il est très important de surveiller la propreté de l'espace de travail de l'appareil. La vapeur en fonctionnement ne doit pas être exposée à des particules abrasives telles que poussière, copeaux, etc.

mécanisme d'entraînement à vis
mécanisme d'entraînement à vis

Le plus souvent, ces problèmes sont résolus en installant une protection ondulée en caoutchouc ou en polymère sur la vis avec l'écrou. Cela élimine complètement la possibilité de contamination. Si le système fonctionne en mode ouvert, ce problème peut être résolu d'une autre manière. Dans de tels cas, un compresseur est installé qui, sous haute pression, fournit de l'air purifié à la vapeur de travail.

Parce queÉtant donné que le système fonctionne sur le principe du frottement de roulement, il devient possible de précharger, ce qui permet de supprimer le jeu inutile des engrenages. Le jeu est l'écart qui se forme entre le mouvement de rotation et de translation au moment où il change de direction.

Qualité de transmission

Comme tout autre système, celui-ci a ses avantages et ses inconvénients.

Les inconvénients de l'appareil incluent le fait qu'il existe un risque de transmission inverse si l'angle de fonctionnement de la vis à billes est trop grand. Cela se produit parce qu'il y a trop peu de frottement pour que l'écrou ne se bloque pas lorsqu'il est soulevé. Il transfère la force linéaire en couple. De plus, l'utilisation de tels systèmes de transmission sur des appareils portables n'est pas recommandée.

types d'engrenages à vis
types d'engrenages à vis

L'avantage est que le faible pourcentage de frottement entraîne une faible dissipation, ce qui, à son tour, augmente considérablement l'efficacité de l'ensemble du système. Selon cet indicateur, la vis à billes est supérieure à tout autre analogue de la transmission, qui est engagée dans la transformation du mouvement de rotation en translation. L'efficacité maximale des vis à billes les plus courantes dépasse 90 %. À titre de comparaison, disons que les engrenages métriques ou hélicoïdaux les plus proches ont une efficacité maximale de 50 %.

Parce qu'il n'y a pratiquement pas de glissement dans la vis à billes, cela a un effet positif sur l'augmentation de la durée de vie de la vis à billes et sur l'économie, car les temps d'arrêt pour réparation, lubrification ou remplacement de pièces sont considérablement réduits. Ces appareils sont donc les plusrentable.

Fabrication et précision

Les vis à billes les plus précises ne peuvent être obtenues qu'en meulant le matériau. Il existe une autre façon d'obtenir une vis - c'est le moletage. Le coût sera bien inférieur à celui du meulage, mais l'erreur de produit sera d'environ 50 microns par course de 300 mm. Notez que les pièces rectifiées les plus précises se caractérisent par une erreur de 1 à 3 microns par 300 mm, et certaines encore moins. Pour obtenir une ébauche pour la future vis, le matériau doit subir un processus d'usinage grossier, après quoi il est durci et rectifié à l'état requis.

La vue instrumentale de la vis à billes a le plus souvent une précision allant jusqu'à 250 nm par centimètre. Pour fabriquer de tels produits, il est nécessaire de passer par le processus de fraisage et de broyage. Il est nécessaire de réaliser ces opérations sur des équipements de très haute précision. La matière première de ces vis est l'Invar ou les alliages d'Invar.

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