4.3.7. Передача винт-гайка

Предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное или наоборот.

Вращение винта или гайки осуществляют обычно с помощью маховика, шестерни, шкива, рукоятки и т.п. (рисунок 4.15). При этом передаточное отношение условно можно выразить отношением окружного перемещения маховика S_M к перемещению винта (или гайки) S_B:

, (4.17)

где d_M – диаметр маховика;

р₁ – ход винта.

При малом р₁ и сравнительно большом d_M можно получить очень большое передаточное число u. Например, при р₁=4 мм, d_M=250 мм – u=196.

Зависимость между осевой силой F_a на винте (гайке) и окружной силой F_t на маховике (рукоятке) запишем в виде:

, (4.18)

где η – кпд винтовой пары.

Для u=196 и η=0,35 получим F_a=68,6 F_t. Если к маховику приложить усилие F_t=160H, то осевая сила составит F_a≈10980 H.

Рис. 4.15. Примеры применения передачи винт-гайка:

а) – в винтовых домкратах; б) – в клиновой задвижке

Таким образом, передача винт-гайка при простой и компактной конструкции позволяет получать большой выигрыш в силе или осуществлять медленные и точные перемещения.

Винты передачи делятся на грузовые, применяемые для создания больших осевых сил, и ходовые, для осуществления точных перемещений. Винты силовых передач имеют трапецеидальную, иногда прямоугольную резьбу, т.к. они имеют более высокий кпд. Для получения точных перемещений применяют винты с треугольной резьбой и мелким шагом.

Гайки винтовой пары применяют цельные, для грузовых механизмов, или составные, для механизмов точных перемещений.

Для увеличения кпд передачи и обеспечения ее износостойкости материалы винта и гайки должны представлять собой антифрикционную пару. Винты изготавливают из углеродистых или легированных сталей, а гайки – из бронзы, серого или антифрикционного чугуна.

Основным критерием работоспособности этих передач является износостойкость резьбы. Поэтому при проектном расчете резьба рассчитывается на износостойкость, а при проверочном производится расчет винта на прочность, а для длинных винтов, работающих на сжатие – и на устойчивость.

Достоинства: передачи винт-гайка: простота, компактность и технологичность конструкции, большая нагрузочная способность, плавность и бесшумность работы, возможность получения большого выигрыша в силе, медленного движения при высокой точности перемещений.

Недостатки заключаются в значительном трении в резьбовой паре, что вызывает повышенный ее износ, снижает ее кпд, а также необходимость применять для гайки дорогостоящие антифрикционные материалы.

4.3.8. Редукторы и вариаторы

Редуктор – это понижающая передача, заключенная в единый закры­тый корпус, выполненная в виде отдельного агрегата. Редукторы выпус­кают для привода определенной машины - специальные или без указания конкретной машины - общемашиностроительного применения.

Редукторы классифицируют:

• по типу передачи – зубчатые, червячные, зубчато-червячные;

• по числу ступеней – одно-, двух- и многоступенчатые;

• по типу зубчатых колес - цилиндрические, конические, коническо-цилиндрические;

• по расположению валов – горизонтальные, вертикальные.

Одноступенчатый цилиндрический горизонтальный редуктор (рис. 4.16) состоит из корпуса 1 закрытого крышкой 2. В корпусе на подшипни­ках качения установлены ведущий 3 и ведомый 4 валы с насаженными на них шестерней 5 и зубчатым колесом 6. Смазка деталей зацепления и под­шипников из общей масляной ванны окунанием и разбрызгиванием. Для контроля уровня масла на корпусе установлено маслоуказательное стекло 7; для выпуска масла - сливная пробка 8. На крышке 2 установлена пробка-сапун 9.

Основные характеристики редуктора, которые используют при его выборе: передаваемая мощность Р, передаточное число u, частота вращения быстроходного вала n₁ и межосевое расстояние а.

Редукторы имеют постоянное передаточное число. Если возникает необходимость бесступенчато изменять передаточное число в каких-то пределах, то применяют вариаторы (от варьировать – изменять).

Рис. 4.16. Зубчатый редуктор: а) - общий вид; б) - схема горизонтального редуктора; в) - схема вертикального редуктора

Вариатором называют механизм для плавного изменения передаточного числа (бесступенчатая передача).

Рис. 4.17. Схема двухконусного фрикционного вариатора

Вариаторы могут быть выполнены в виде открытой или закрытой передачи. При величине передаваемой мощности до 20 кВт широко используются фрикционные вариаторы,

На рис. 4.17 приведена схема двухконусного вариатора с параллельными осями. Изменение передаточного отношения происходит за счет перемещения с помощью винтового механизма 4 промежуточного цилиндрического катка 3, зажатого между рабочими поверхностями конических катков 1 и 2.

Основной кинематической характеристикой любого вариатора является диапазон регулирования Д, равный отношению максимального передаточного отношения к минимальному: .

Для рассмотренного вариатора , а , и диапазон регулирования определится: .