3 Расчет элементов передачи «винт-гайка»

Цель проектирования: создание винтового механизма, обеспечивающего заданные технические характеристики, обладающего достаточной надежностью (износостойкостью, прочностью, жесткостью, устойчивостью), максимально возможным КПД. Он должен быть компактным, обладать минимальной массой, форма деталей должна обеспечивать минимальные затраты на изготовление, сборку, обслуживание и ремонт. Механизм должен быть безопасным, удобным в применении, требовать минимального обслуживания, быть эстетичным.

Основными деталями, от которых зависит работоспособность винтовых механизмов, является винт и гайка. Для всех механизмов порядок расчета винтовой пары примерно одинаков. Поэтому в данном пособии приведена последовательность расчета лишь одной из схем – винтового домкрата. Для других схем будут даны комментарии по особенностям расчета.

Исходные данные:

• Осевая нагрузка Q, кН;

• Ход винта L, мм;

• Материал винта и гайки;

• Условия работы: интенсивность использования, динамичность нагрузок, серийность изготовления, технологические возможности предприятия-изготовителя, возможность проведения технического обслуживания и ремонта при использовании, квалификация обслуживающего персонала и т.д.

Винт домкрата работает одновременно на сжатие и кручение. Кроме того:

• Для обеспечения износостойкости проверяется контактное давление в витках резьбы.

• Количество витков резьбы должно быть не менее 6 и не более 10-12 (из-за неравномерности распределения давления между витками резьбы).

• Должно быть обеспечено самоторможение винтовой пары.

• Винты должны проверяться на устойчивость.

3.1 Выбор типа резьбы и материалов винтовой пары

Проектирование винта начинается с выбора типа резьбы (см. п. 1.4) и материалов винтовой пары (см. п. 1.5).

Для уменьшения потерь на трение в винтовых механизмах применяют ходовые резьбы. Чаще всего применяют трапецеидальную резьбу со средними шагами.

Для высоконагруженных винтов домкратов и других механизмов с односторонним действием нагрузки целесообразно применять упорную резьбу, которая обеспечивает наименьшие потери на трение и более высокий КПД, но при этом надо помнить, что она сложнее в изготовлении.

Допускается применение метрической резьбы в следующих случаях:

• для небольших винтовых механизмов, если из-за небольшого размера невозможно подобрать соответствующие ходовые резьбы;

• для винтовых механизмов, в которых требуется повышенные силы трения в резьбе (например, в измерительных приборах, механизмах настройки и т.п.).

Материалы для винтовой пары приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Рекомендованные материалы для винтовой пары

Группа	Материал винта	Материал гайки	Допускаемое давление [q], МПа
I	Стали 45, 50, 40Х, 40ХГ, 65Г + закалка	Оловянистые бронзы: БрО10Ф1, БрО6Ц6С3 и т.п.	10…15
II	Стали 45, 50	Безоловянные бронзы: БрА9Ж3Л и т.п.	8…10
III	Стали 40, 45, 50	Чугуны СЧ 12-28, СЧ 15-32, СЧ 18-36	4…6
IV	Стали 40, 45	Стали Ст0 – Ст3	6