22 Проектирование передач “винт – гайка”. Проектирование рычажных передач

Передача “винт – гайка”. Основные параметры и особенности расчёта

Механизмы винт — гайка используются для преобразования вра­щательного движения в поступательное. Для преобразования посту­пательного движения во вращательное эти механизмы применяются редко (механизм перемещения пленки фотоаппарата). Достоинства­ми таких механизмов являются высокая точность и плавность посту­пательного перемещения, простота конструкции и изготовления, компактность, надежность в работе, возможности получения само­тормозящей передачи и создания значительных усилий при малых перемещениях, а недостаток — большие потери на трение в винтовой паре, что обусловливает низкий КПД и повышенный износ.

Основными элементами механизмов винт — гайка являются винт 1 и гайка 2. Материалы винта и гайки должны обладать низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью и хоро­шо обрабатываться.

Винт представляет собой цилиндр, на части которого нарезана резьба. Изготавливают винты обычно из сталей 45 и 50, а в кинематических передачах — и из пластмасс. Гайка представляет собой втулку или корпус с резьбой в отверстии. Для уменьшения трения скольже­ния гайки изготавливают из пластмасс, оловянистых бронз типа БрОЦС6-6-3, латуни Л60...62. С целью уменьшения по­терь на трение применяют механизмы винт — гайка с трением каче­ния. В этой более сложной конструкции резьба заменена винтовыми канавками кругового профиля. Канавки на винте и гайке образуют замкнутую винтовую поверхность, ограничивающую по­лость, в которую помещаются шарики. Контакт между винтом и гай­кой осуществляется посредством шариков. При вращении винта ша­рики увлекаются в направлении его поступательного движения, попадают в отводной канал в гайке и снова возвращаются в полость между винтом и гайкой.

В механизмах винт — гайка применяют трапецеидальные, метриче­ские, прямоугольные и упорные резьбы. Наибольшее применение полу­чили прямоугольные, трапецеидальные и метрические резьбы. Прямо­угольную и трапецеидальную резьбы рекомендуют применять с шагом р > 1 мм, метрическую — в механизмах с мелкими шагами.

КПД винтовых механизмов рассчитывают по той же формуле, что и червячных передач. Наибольшим КПД обладает прямоугольная резьба, наимень­шим — метрическая.

В винтовых механизмах вращение винта или гайки осуществляют обычно с помощью маховика, шестерни и т. п. При этом передаточное отношение условно можно выразить отношением окружного перемещения маховичка к перемещению гайки (винта) :

где   ‑ диаметр маховичка (шестерни и т. п.);

 ‑ ход винта.

При малом и сравнительно большом можно получить очень большое i. Например, при  = 1 мм и  = 200 мм, i = 628.

Зависимость между окружной силой на маховичке и осевой силой Q на гайке (винте) запишем в виде

где  ‑ КПД винтовой пары.

При простой и компактной конструкции передачи винт ‑ гайка позволяет получить большой выигрыш в силе или осуществлять медленные и точные перемещения.

Основным критерием работоспособности этих резьб является износостойкость. В целях уменьшения износа применяют антифрикционные пары материалов (сталь ‑ чугун, сталь ‑ бронза и др.), смазку трущихся поверхностей, малые допускаемые напряжения смятия [ ]. Величина в ходовой резьбе

Для проектного расчета используют формулу:

где

 ‑ коэффициент высоты гайки

- коэффициент высоты резьбы

После расчета по формуле величину d₂ согласуют со стандартом.

Рычажные передачи

Рычажные передачи применяются в общем машиностроении для переда­чи и преобразования движений, перемещений, скорос­тей, силовых воздействий.

Такие передачи называются силовой механической проводкой (механическим приводом). В основном она применяется в сочетании с другими видами приводов (гидравлическими, электрически­ми и др.).

Основные преимущества рычажных передач — просто­та конструкции, малогабаритность, надежность в работе, уни­версальность, малые потери на трение и более высокий, чем у зубчатых передач, КПД. Рычажные механизмы преобразуют движение с высокой точностью, так как элементы их кинема­тических пар — простые поверхности (плоскость, цилиндр или сфера).

К недостаткам рычажных передач можно отнести ог­раниченность угловых и линейных перемещений, зазоры в шарнирах, снижающие точность передачи. Принципиальный недостаток силовой механической проводки — возможная по­теря устойчивости контура управления. По этой причине для обеспечения управления в контур включаются дополнитель­ные устройства — гидроусилители (бустера), загрузочные сис­темы и другие элементы гидромеханических или электроме­ханических систем. В результате усилие, действующее со сто­роны рабочего органа, полностью уравновешивается давлением гидросмеси, находящейся в цилиндре гидроусилителя, и на рычаг управления не передается.