Тема 4.3 Винтовые механизмы Требования к знаниям и умениям студентов

Должны иметь представление: о принципе работы и устройстве винтовых механизмов, об области их применения; о свойстве самоторможения передачи винт-гайка.

Должны знать: достоинства и недостатки, классификацию передач винт-гайка; основные геометрические и силовые соотношения в передаче винт-гайка; к.п.д. передачи винт-гайка; материалы и виды разрушения элементов передачи; критерии работоспособности и расчета элементов передачи.

Должны уметь: давать сравнительную характеристику передач с парами скольжения и трения; производить расчёт элементов передач скольжения на износостойкость, прочность и устойчивость.

Содержание учебного материала

Устройство и принцип работы винтовых механизмов. Их достоинства, недостатки, область применения. Классификация винтовых механизмов. Материалы винтовой пары.

Методические рекомендации

Следует рассмотреть устройство и принцип работы передач винт-гайка. Передача винт-гайка состоит из винта и гайки, соприкасающихся винтовыми поверхностями. Рассмотрите принцип образования винтовой линии и винтовой поверхности, а также основные типы резьб. Передача винт-гайка предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное. При этом как винт, так и гайка могут иметь одно из названных движений, так и оба движения одновременно.

Далее перейдите к изучению достоинств и недостатков передачи.

Достоинства: большой выигрыш в силе; возможность получения медленного движения с высокой точностью перемещения; компактность при высокой нагрузочной способности; простота конструкции и изготовления.

Недостатки: большое трение в резьбе, вызывающее повышенный её износ; низкий к.п.д.

Передачи винт-гайка применяют для поднятия грузов (домкраты), создания больших усилий (прессы, нажимные устройства и т.п.) и получения точных перемещений (ходовые винты станков, измерительные приборы, делительные и регулировочные устройства).

Следует знать, что различают два типа передач винт-гайка: передачи с трением скольжения и передачи с трением качения. Передачи с трением скольжения имеют наибольшее распространение в виду простоты устройства. Обратите внимание, что винты передач делятся на грузовые и ходовые. Рассмотрите назначение передач с этими типами винтов, их область применения, а также применяемые в этих передачах типы резьб. Передачи с трением качения или шариковые винтовые передачи применяют для получения перемещений высокой точности, где важно малое трение и полное отсутствие зазора в резьбе.

Рассмотрите геометрию винтовой пары передачи, т.е. следующие параметры, которые характеризуют винтовую пару: профиль, шаг, ход, угол подъёма винтовой пары, наружный диаметр резьбы, внутренний диаметр резьбы, средний диаметр резьбы.

Следует рассмотреть зависимость между осевой силой в винтовой паре и окружным усилием для прямоугольной, а также для треугольной и трапецеидальной резьб.

Обратите внимание, что к.п.д. передачи винт-гайка зависит от угла подъёма винтовой линии резьбы и угла трения (для прямоугольной резьбы) или приведённого угла трения (для треугольной и трапецеидальной резьбы). Если угол подъёма винтовой линии резьбы меньше приведённого угла трения, то винтовая пара обладает свойством самоторможения, при котором груз, поднятый винтом, самопроизвольно опуститься не может.

Следует знать, что передаточное число передачи винт-гайка - это отношение длины окружности маховика, с помощью которого осуществляется вращение винта к ходу винта.

Обратите внимание, что материал винтов и гаек в передаче винт-гайка должен обладать высокими антифрикционными свойствами и износостойкостью. Отметьте, из каких материалов изготавливают винты и гайки.

Наиболее частая причина выхода из строя винтов и гаек – это износ их резьбы. Поэтому основным критерием работоспособности и расчёта передачи является износостойкость. Расчёт на износостойкость сводится к определению фактического среднего давления между витками резьбы вина и гайки и сравнению его с допускаемым значением. Рассмотрите условие износостойкости в предположении равномерного распределения нагрузки по виткам резьбы. Расчёт на износостойкость выполняют как проектировочный. Другими критериями работоспособности являются прочность и устойчивость винта. Эти расчёты выполняют как проверочные.

Для тяжелонагруженных винтов расчёт на прочность производят по опасному сечению винта, для установления которого строят эпюры продольных сил и крутящих моментов.

Сравнительно длинный и тонкий винт должен быть дополнительно проверен на устойчивость. Проверка сводится к сравнению расчётного коэффициента запаса устойчивости винта с допускаемым значением. Рассмотрите основные расчётные формулы.

[ 1 ] §§ 90-91; [ 2 ] §§ 3.44-3.45.