Для расчета осевой деформации при натяге и увеличения для этой цели номинального диаметра шарика можно пользоваться приближенными формулами, где нормальная сила предварительного натяга, диаметр шарика.
Для перемещения узлов тяжелых станков применяют гидростатические передачи винт — гайка. Между витками передачи создается масляный слой. Этим исключается износ пары, и КПД передачи повышается. Жесткость масляного слоя при определенных условиях может превысить контактную жесткость обычной передачи. При замене дросселей гидравлическими регуляторами жесткость слоя можно повысить более чем в 5 раз. Гидростатическая передача винт — гайка фактически является беззазорной, так как давление существует с обеих сторон витков. Передача обеспечивает высокую равномерность движения. Механизмы малых перемещений: упруго-силовой; термодинамический; магнитострикционный.
В качестве модификации обычной винтовой передачи в станках применяют механизм в виде короткого винта (червяка) и длинной гайки (рейки).
Характерную для металлорежущих станков группу механизмов представляют собой устройства для малых перемещений (микроподач) при финишной обработке. Эти механизмы могут обеспечить очень малые подачи или импульсные перемещения (до десятых долей микрометра), благодаря чему достигается высокое качество обработанной поверхности и точность обработки.
Наибольшая ошибка перемещения, вызванная деформацией кручения и растяжения (сжатия), где модули упругости 1-го и 2-го рода; площадь поперечного сечения и полярный момент инерции сечения винта; длина перемещения и шаг винта.
Применение обычных конструкций ходовых винтов в приводе точных перемещений столов с частыми изменениями направления движений не всегда обеспечивает требуемую точность из-за зазоров в паре. Кроме того, потери на трение в винтовой паре достаточно велики. Поэтому в станках с программным управлением и в прецизионных станках, где требования точности имеют первостепенное значение, получила распространение шариковая пара качения.
Шарики катятся по канавкам ходового винта и гайки. Для обеспечения чистого качения шарики постоянно циркулируют, попадая при движении винта в специальный желоб, который направляет их к другому концу гайки. Расчет шариковой передачи винт — гайки ведут из условия контактной прочности тел качения (по формулам Герца). Допускаемое напряжение при твердости контактирующих поверхностей порядка. При расчетах следует учитывать, что соотношение; радиусов шарика и канавки, что обеспечивает достаточно высокий КПД передачи.
В передачах качения создают предварительный натяг, который повышает точность и жесткость передачи, но увеличивает нагрузку в механизме. Его создают с помощью пружины, либо за счет применения шариков большего размера, чем номинальный.
Возможность выполнения этой пары с высокой точностью и большое передаточное отношение позволяют использовать винтовую пару также и для отсчета величины перемещений. Типичные конструкции ходовых винтов показаны. Обычно применяют пару скольжения с трапецеидальным профилем резьбы с углом, который более технологичен и допускает применение разъемных маточных грек. Для высокоточных ходовых вин, применяют также прямоугольную резьбу. Пару винт — гайка рассчитывают по допускаемым давлениям витках, так как должна быть обеспечена высокая износостойкость пары. Значение выбирают в пределах для точных ходовых винтов и для обычных случаев. Более высокие значения допускаемых удельных давлений относятся к бронзовым гайкам.
Прочность ходовых винтов обычно не определяет его размеров, однако длинные ходовые винты должны быть проверены на устойчивость в отношении продольного изгиба. Для точных ходовых винтов рассчитывают ошибки в перемещении, возникающие в результате деформации винта.
При действии на винт осевой силы крутящего момента он растягивается (или сжимается) и скручивается. В результате при некотором числе оборотов винта гайка переместится на длину, отличающуюся от расчетной на величину деформации данного участка винта.
При определении ошибки, вызванной деформацией кручения, можно считать, что эта ошибка во столько раз меньше шага винта, во сколько раз угол закручивания меньше угла радиан.
Поэтому допускаемые напряжения, выбираемые по общим правилам, занижаются и составляют, например, для роликовых направляющих точных станков (координатно-расточных, шлифовальных) 100—150 МПа.
С точки зрения контактной жесткости направляющие скольжения и шариковые направляющие качения примерно равноценны. Но на жесткость направляющих качения сильное влияние оказывает предварительный натяг: Направляющие качения позволяют осуществлять малые установочные перемещения с высокой точностью. При достаточно высокой жесткости привода (выше 30—40 Н/мкм) погрешность установки характеризуется величинами порядка 0,1—0,2 мкм. При малой жесткости привода точность установки понижается.
Для повышения долговечности направляющих всех типов и уменьшения влияния их износа на точность обработки применяют разнообразные методы, и в первую очередь следующие использование износостойких материалов (легированных термообработанных сталей и чугунов); смазку направляющих; компенсацию износа (применение регулируемых планок и клиньев для направляющих скольжения); применение защитных устройств от попадания пыли и стружки (щитки, уплотнения); выбор рациональных конструктивных форм и размеров.
