Лекция 11

ПЕРЕДАЧА ВИНТ-ГАЙКА.

Передачи винт-гайка предназначены для преобразования

вращательного движения в поступательное. По виду трения бывают передачи скольжения и качения. По характеру движения звеньев их разделяют:

- на передачи с вращающимся винтом и ведомой гайкой, которая перемещается поступательно;

- и передачи с вращающейся гайкой и ведомым винтом, который двигается поступательно.

Передачи винт-гайка при значительной несущей способности имеют малую массу и размеры, позволяют с малым вращающим моментом создать большую осевую силу и обеспечивают высокую точность требуемого закона движения. Они отличаются простотой конструкции, высокой надёжностью и КПД, большой долговечностью из-за малого износа, возможностью самоторможения.

В передачах винт-гайка скольжения используются стандартная трапецеидальная или упорная резьба. Эта пара должна обладать высокой износостойкостью и сопротивлением к заеданию. Поэтому обычно используются стальные винты и бронзовые гайки. Для винтов применяют углеродистые, или легированные стали с последующей термообработкой и шлифовкой. Для гаек – антифрикционные бронзы. В качестве смазки используют Литол-24, ЦИАТИМ-221 и др. пластичные смазочные материалы.

Расчёт передачи винт-гайка скольжения.

Исходными данными в ТЗ являются: величина L и время t перемещения гайки или винта, а также сила F_a с учётом К_д. Основным видом выхода из строя этих передач является износ, поэтому в качестве критерия работоспособности принимается износостойкость.

При проектном расчёте на износостойкость определяют средний диаметр резьбы

,

где [p] – допускаемое давление между витками резьбы;

γ=1,2-1,5 – коэффициент высоты гайки Н_г (γ=Н_г/d₂).

После вычисления среднего диаметра d₂(D₂) по ГОСТу находят все параметры резьбы: внутренний и наружный диаметры d₃(D₁), d(D) диаметры, шаг Р и рабочую высоту профиля Н₁. Угол подъёма резьбы равен

tgγ=Pz/(πd₂),

где z – число заходов.

Прочность витков резьбы на срез и смятие не проверяют, так как >>[p].

Частота вращения винта и скорость перемещения гайки

.

Далее проводят проверочный расчёт стержня винта на прочность при его нагружении осевой силой и вращающим моментом с учётом усталостного характера повреждения.

Для проверки прочности стержня винта на сложное напряжённое состояние определяют коэффициент запаса прочности в опасном сечении

,

где [n]=1,3-1,5 - допускаемый коэффициент запаса прочности; n_σ, n_τ – коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям

,

где - рабочие напряжения сжатия (растяжения) и кручения

;

- предельные напряжения для сечения винта

;

,

где К,К^* - коэффициенты снижения пределов выносливости;

- пределы ограниченной выносливости для нормальных и касательных напряжений; R_σ,R_τ-коэффициенты асимметрии цикла; - коэффициенты чувствительности материала к асимметрии цикла нагружения.

Для определения предельных напряжений необходимо знать циклограмму приложения силы F_a по величине и направлению, так как от этого зависят значения Т и коэффициентов .

Кроме того, при сжатии винт проверяется на устойчивость F_{a кр}/F_a>[n_у],

где [n_у]=2,5-5 – допускаемый запас устойчивости;

F_акр - критическая сила, определяемая по формуле Эйлера.

Передача винт-гайка качения (ШВП) состоит из винта и гайки со специальными винтовыми канавками, в которых перемещаются шарики. Для их непрерывной циркуляции концы рабочей части резьбы в гайке должны быть соединены возвратным каналом. Для силовых ШВП применяют полукруглый профиль канавок с двухточечным контактом с углом контакта 45^о. Прямолинейный профиль (треугольный, трапецеидальный) является более технологичным, но он обладает сравнительно низкой несущей способностью.

Высокий КПД и надёжность ШВП в значительной степени зависят от конструкции и качества изготовления перепускного канала. Винты выполняют из сталей типа ХВГ, а гайки и шарики из - ШХ15 с соответствующей термообработкой до твёрдости не ниже 63 HRC_э.

При проектном расчёте ШВП из условия устойчивости определяют внутренний диаметр резьбы винта

,

где l-длина сжатого участка винта; μ-коэффициент длины винта, зависящий от условий его закрепления.

Далее согласно ТЗ находят диаметр окружности расположения шариков D_pw и диаметр шариков D_w, H_г и l.

При проверочном расчёте определяют ресурс, исходя из динамической грузоподъёмности ШВП. Из условия контактной выносливости имеем

,

где К_Т=1-1,2 - коэффициент точности передачи; а₁ -коэффициент, связанный с вероятностью безотказной работы; а₂₃=0,5-2 - коэффициент свойств материала и условий работы; С_a – динамическая грузоподъёмность – это такая нагрузка, при которой винт или гайка ШВП совершают 1 млн. оборотов до разрушения.

Ресурс ШВП в час. определяется по формуле

.

Проверяется также условие статической грузоподъёмности

F_amax<C_a0.

Под статической грузоподъёмностью C_a0 понимают статическую нагрузку, при которой возникает общая остаточная деформация шариков и канавок, равная 0,0001 диаметра шарика.

Условие самоторможения , где k_c=1,5-3 – коэффициент, величина которого зависит от нагрузки и твёрдости контактирующих тел.

Роликовинтовые передачи РВП аналогичны ШВП, где в качестве тел качения используются резьбовые ролики. Так как угол подъёма резьбы на роликах равен углу подъёма резьбы на гайке, то при планетарном движении они не выскакивают из гайки. Ролики разделяются сепаратором.

Лекция 12

РЫЧАЖНЫЕ ПЕРЕДАЧИ.

Они служат для передачи и преобразования усилий, перемещений и скоростей. Силовые механические проводки обеспечивают дистанционную передачу управляющих воздействий в виде перемещений и усилий и включают в себя такие конструктивные элементы как тяги, качалки, рычаги. Их основными преимуществами являются: простота конструкции, малогабаритность, универсальность, высокий КПД и надёжность. Принципиальный недостаток РП – это возможная потеря устойчивости контура управления. По этой причине в контур включается бустер, давление в цилиндре которого уравновешивает усилие от руля, т.е. на рычаг управления оно не передаётся. Для того, чтобы пилот не терял «чувство управления» рычаг управления соединяется с нагрузочным устройством.

На рис.13 показана конструкция дифференциальной качалки, предназначенной для того, чтобы усилие от АПУ передавалось бы только в сторону рулевых поверхностей через звенья механической проводки и не передавались бы в сторону штурвала. Она состоит из 2-х качалок -внешней 4 (U – образной формы) и внутренней (рычага 6). Верхний конец внешней качалки установлен на кронштейнах 7, а к нижнему - присоединена тяга 1, на которую через звенья механической проводки предаётся усилие от штурвала. Внутренняя качалка 6 установлена на оси 5 внутри большой качалки и к ней присоединены две тяги: к верхнему концу - тяга 3 от АПУ, а к нижнему – выходная тяга 2, передающая усилие на рулевую поверхность.

Когда не работает АПУ, верхний конец внутренней качалки перемещаться не может. При отклонении тягой 1 внешней качалки 4 внутренняя качалка отклоняется вместе с ней как единое целое и перемещает выходную тягу 2. При работе только АПУ перемещается тяга 3 в т.В^,, а тяга 1 неподвижна, при этом внутренняя качалка повернётся вокруг своей оси на угол, заданный АПУ в т.С^,. Таким образом, перемещение от АПУ в сторону штурвала (тяги 1) не передаётся. При одновременной работе АПУ (тяга 3) и штурвала (тяга 1 в т.А^,) внутренняя качалка отклоняется на суммарный угол. Усилия на тяге 2 также суммируются.

Тяги выполнены в виде трубчатых стержней. Для шарнирного соединения с качалкой тяги на концах имеют стандартные наконечники типа «уха» или «вилки», которые

привариваются к концу тяг, или ввинчиваются в них. Регулировка длины тяг облегчает сборку механизма.

Радиусы R₁-R₄ выбираются из конструктивных соображений. Расчёт на прочность деталей механизма осуществляется по наибольшим расчётным усилиям. Сечение трубы (dxδ) тяги подбирается, исходя из условия её устойчивости. Работоспособность тяги оценивается по запасам прочности по разрушающим напряжениям при работе на устойчивость и растяжение.

Внутренняя качалка рассчитывается на сложный изгиб в опасном сечении А-А учётом боковой нагрузки, которая составляет 3% от основной. Для внешней качалки расчёт проводят по сечению Г-Г на изгиб и кручение. Расчёт также состоит в определении запасов прочности по разрушающей нагрузке.

Для проушин качалок определяют запасы прочности на разрыв и смятие.