Трапецеидальные винты — фундаментальные элементы линейных перемещений в станках, робототехнике и 3D-принтерах. Их эффективность определяется не только геометрией профиля, но и параметром хода (lead, или шаг перемещения). Ход винта — это расстояние, на которое гайка смещается за один полный оборот винта. В отличие от понятия шага, как статического расстояния между соседними витками резьбы, ход винта - это расстояние, динамически проходящееся за один оборот винта и всегда кратно числу заходов: L = P × Z, где P — шаг витка, Z — число заходов (1, 2, 4 и более).
Почему количество заходов критично?
Количество заходов напрямую влияет на скорость перемещения, нагрузку и точность.
- Однозаходные винты (Z=1): Минимальная L = P (обычно 2–10 мм). Идеальны для высокоточных позиционирований (классы C5–C7 по DIN 103). Низкая скорость, но высокая жесткость — до 300 кН осевой нагрузки. Применение: ЧПУ-станки, оптика.
- Многозаходные (Z=2–4): L до 50 мм/об. Увеличивают скорость в 2–4 раза, снижая частоту вращения мотора. Минус — пониженная долговечность и меньшая грузоподъемность (на 20–30% ниже). Подходят для скоростных осей в автоматике.
По стандартам ГОСТ 12624-74 (аналог ISO 2901-2904) и DIN 103, профиль трапеции имеет угол 30°, высоту витка h=0,5P + клиренс (0,1–0,3 мм). Количество заходов стандартизировано: Tr 10×2 (L=2 мм), Tr 20×4 (L=4 мм). Несоответствие приводит к биению до 0,05 мм и преждевременному износу.
Расчет и подбор
Для оптимального выбора используют формулу скорости: V = (L × n)/60, где n — об/мин. Пример: винт Tr 16×5 (L=5 мм) при 1000 об/мин дает V=83 мм/с. Нагрузка динамическая Fд = (T × 2π × η)/L, η=0,9–0,95 (КПД).
Таблица типового количества заходов (ГОСТ/ISO):
При подборе учитывают радиальный люфт (0,01–0,1 мм), материал (сталь 45, бронза — для гайки) и смазку. Для 3D-принтеров популярны Tr 8×8 (высокая скорость, L=8 мм).
Преимущества и оптимизация
Правильный подбор числа заходов снижает энергозатраты на 15–25% и продлевает срок службы до 10 000 км хода. Современные решения — шарико-винтовые пары (ШВП) с L до 50 мм, но трапецеидальные дешевле (на 40%) и имеют самоторможение (угол трения >7°).
Ошибки: чрезмерная L вызывает вибрацию и нагрев; малая — перегрев мотора. Рекомендация: моделирование в CAD (SolidWorks) с учетом инерции.
В промышленной практике количество заходов — компромисс скорости, точности и цены. Аналоги по DIN/ISO взаимозаменяемы с ГОСТ, что упрощает импортозамещение.
