7.2 Проверка на износостойкость передачи винт-гайка

Работоспособность передачи по износу оценивается условно по среднему контактному давлению на рабочих поверхностях витков

(7.6)

где d₂ – средний диаметр резьбы, мм

h – рабочая высота профиля резьбы, мм;

z_В – число витков;

[р] – допустимое межвитковое давление в резьбе, МПа.

Значения допускаемых давлений [р] для пар винт-гайка из закаленной стали и бронзы составляют 10-13 МПа; незакаленной стали и бронзы 8-10 МПа; незакаленной стали и антифрикционного чугуна 6-7 МПа; незакаленной стали и серого чугуна 4-5 МПа. Для механизмов точных перемещений (делительных др.) значения [р] принимают в 2-З раза меньше, чем для механизмов общего назначения.

7.3 Проверка винта на устойчивость

Проверка винта на устойчивость осуществляется исходя из неравенства:

, (7.7)

где – осевая нагрузка, Н;

F_кр – критическая сила, определяемая по формуле:

, (7.8)

где J_пр – приведенный момент инерции сечения винта определяемый по формуле:

, (7.9)

d – наружный диаметр винта, мм;

d₁ – внутренний диаметр резьбы винта, мм;

E – модуль упругости, МПа;

 – коэффициент закрепления концов винта ( =1,5 если винт закреплен по концам шарнирно и =1,0 если винт закреплен консольно).

L- длина винта, мм

Коэффициент запаса устойчивости:

(7.10)

На рисунке 7.2 показаны варианты конструктивных решений установки невращающейся гайки в корпус.

В механизмах, к которым предъявляются жесткие требования компенсации износа с целью уменьшения «мертвого» хода (зазора между витками винта и гайки), применяют разрезные гайки (рисунок 7.3) или специальные устройства (например, пружинные), обеспечивающие радиальную или осевую выборку зазора [3,8,9].

Рисунок 7.2 - Невращающаяся гайка, установленная в корпус

Рисунок 7.3 - Разрезная гайка, обеспечивающая осевую выборку зазора

8 Направляющие

Различают направляющие для прямолинейного перемещения с трением скольжения и с трением качения. Конструктивно их выполняют открытыми или закрытыми [2,3,8,9].

Направляющие с трением скольжения бывают: с плоскими поверхностями и с цилиндрическими поверхностями.

На рисунке 8.1 приведены различные примеры конструктивного решения направляющих с плоскими поверхностями.

Рисунок 8.1 - Направляющие:

а – призматические с регулируемой планкой; б – типа «ласточкин хвост».

В цилиндрических направляющих роль направляющего элемента выполняет цилиндрическая поверхность деталей.

Рисунок 8.2 - Цилиндрические направляющие с устройством для предотвращения проворачивания

8.1 Трение в направляющих

В направляющих, изображенных на рисунке 8.1, сила трения определяется зависимостью :

, (8.1)

где Q – нагрузка на каретку,( поперечная сила), Н;

µ – коэффициент трения.

В призматических направляющих (рисунок 8.3) реакции R и R определяются из зависимости:

, (8.2)

Рисунок 8.3 Призматические направляющие

При движении каретки возникают силы трения F и F , определяемые по формуле

, (8.3)

где µ – коэффициент трения;

Q – нагрузка на каретку, Н.

При работе направляющих иногда происходит так называемое силовое заклинивание или резкое увеличение в направляющих сил трения в результате значительного смещения точки приложения внешних нагрузок.

При конструировании направляющих необходимо устранить возможность заклинивания. Условия заклинивания зависят от длины направляющей L, плеча приложения внешней силы l и коэффициента трения µ (рисунок 8.4).

Рисунок 8.4 - Схема к расчету зависимости L и l

Для призматических направляющих обычного типа зависимость выражается следующим соотношением:

, (8.4)

где µ – коэффициент трения;

L – длина направляющей, мм;

l – плечо приложения внешней силы, мм.

Значения величин коэффициентов трения скольжения см. таблицы 8.1 и 8.2.

Таблица 8.1

Значения коэффициентов трения

Материал трущихся поверхностей	По стали марки У8 незакаленной		По стали марки У8 закаленной		По латуни		По бронзе
	без смазки	со смазкой	без смазки	со смазкой	без смазки	со смазкой	без смазки	со смазкой
Сталь марок 30-50 Латунь Бронза Медь Алюминий	0,15 0,19 0,16 0,15 0,18	0,03 0,03 - 0,03 0,03	- 0,14 - 0,15 0,17	- 0,02 - 0,03 0,02	0,19 0,17 0,16 - 0,27	0,03 0,02 - - 0,02	0,18 - 0,20 - 0,22	0,15 - - - -

Таблица 8.2

Материал трущихся поверхностей	По алюминию		По чугуну
	без смазки	со смазкой	без смазки	со смазкой
Сталь марок 30-50 Латунь Бронза Медь Алюминий	0,17 - - - -	0,02 - - - -	0,15 - 0,21 - -	0,10 - - - -

Заклинивание системы может быть вызвано большим перепадом температур (температурное заклинивание). Для предохранения от температурных заклиниваний материалы трущихся деталей должны по возможности иметь одинаковые коэффициенты температурного расширения или между ними должен быть оставлен гарантированный зазор, величина которого компенсировала бы величины линейных расширений сопрягаемых деталей.

Для проверки правильности выбранной посадки для сопрягаемых деталей в направляющих необходимо производить проверочный расчет для минимальной и максимальной температур по формуле:

, (8.5)

где – минимальный зазор при данной температуре, мм;

D – наименьший диаметр или линейный размер охватывающей детали при данной посадке, мм;

D₁ – наибольший диаметр или линейный размер охватываемой детали, мм;

t₀ – начальная и t – конечная температура, °С;

и – коэффициенты линейного расширения материалов сопрягаемых деталей.

Для обеспечения долговечности направляющих выполняется проверка условия прочности масляного слоя:

, (8.6)

где [p]=5…10 МПа – допустимое давление для масляного слоя;

F – поперечная сила, действующая на направляющие, Н;

S – площадь соприкосновения направляющих и каретки, мм².