4.6. Передача винт-гайка

Передача винт-гайка используется для преобразования вращательного движения одного из звеньев в поступательное движение другого (рис. 4.44).

Рис. 4.44. Схема передачи винт-гайка

Винты в передаче делятся на грузовые и ходовые.

Грузовые винты используют в домкратах, винтовых прессах и нажимных устройствах.

Ходовые винты применяют в станках и измерительных приборах для установочных, рабочих и холостых перемещений.

Основное требование к передаче – износостойкость и длительное сохранение точности.

Достоинства передачи винт-гайка:

• простота конструкции;

• малые габаритные размеры при большой несущей способности;

• большое передаточное число;

• возможность изготовления с высокой точностью;

• самоторможение в передаче.

Основной недостаток передачи винт-гайка – низкий КПД. При использовании передачи качения КПД увеличивается, но такие передачи сложны и их стоимость выше.

В зависимости от вида трения в резьбе передачи делятся на переда­чи скольжения и передачи качения (рис. 4.45).

Рис. 4.45. Рабочие элементы передачи винт-гайка:

а – скольжения; б – качения

В передачах скольжения трение между элементами передачи осуществляется непосредственно, без промежуточных элементов, например шариков, роликов и т.д. Это трение может быть как «сухим», граничным, так и жидкостным, например в гидростатической винтовой паре, где в резьбу подается смазка под давлением.

В передачах качения между винтом и гайкой чаще всего используют шарики, которые для возврата после прохождения рабочего пути по резьбе перемещаются через перепускной канал между соседними витками гайки (рис. 4.46, а) или между первым и последним витками (рис. 4.46, б). Для устранения осевого люфта в шариковинтовой передаче часто ставят две гайки, между которыми создают натяг, например, с помощью прокладок.

В домкратах и винтовых прессах применяют упорную резьбу, в винтовых передачах обычно используют трапецеидальную резьбу.

Рис. 4.46. Схема шариковой винтовой пара качения:

а – с возвратом шариков между соседними витками гайки;

б – с возвратом шариков между первым и последним витками гайки

Передаточное отношение передачи винт-гайка

, (4.136)

где D – диаметр маховика;

р_h = p z – ход винта (см. рис. 4.44),

где р – шаг резьбы;

z – число заходов резьбы .

Ведущим звеном может быть как винт, так и гайка.

Скорость поступательного движения, мм/с, в зависимости от угловой скорости ω, рад/с, винта

. (4.137)

Материалы

Винты изготовляют из стали 45 или 50, а гайки – из оловянных бронз БрО10Ф0,5 и Бр6Ц6СЗ.

Тяжелонагруженные передачи качения изготовляют из хромистых сталей, закаленных до твердости 61 HRC (ХВГ, 8ХВ и др.).

Силовые соотношения в передаче винт-гайка

Окружная сила на маховике (см. рис. 4.44)

, (4.138)

где F_a – осевая сила на гайке (винте);

i – передаточное отношение передачи;

η – КПД передачи:

, (4.139)

где ψ – угол подъема винтовой линии (рис. 4.47);

f = tgφ′ - коэффициент трения (φ′ = arctg f).

Рис. 4.47. Развертка витка резьбы: R – давление между витками;

F_f – сила трения в резьбе

Критерии работоспособности и расчет передачи винт-гайка

Основным критерием работоспособности является износостойкость резьбы. Для уменьшения износа применяют антифрикционные пары материалов (сталь – бронза, сталь – чугун), смазку поверхностей, малые допускаемые напряжения смятия.

Резьбу проверяют на смятие. Рассчитывают среднее давление на поверхности витков из условия невыдавливания смазочного материала. Прочность тела гайки рассчитывают из условия прочности на растяжение. Винты проверяют на сжатие и устойчивость.

Расчет на износостойкость резьбы проводят по допускаемому давлению [р]_изн с последующей проверкой болта на прочность:

, (4.140)

где d₂ – средний диаметр резьбы;

H₁ – рабочая высота профиля резьбы;

Z_В – число витков гайки.

Для проектировочного расчета передачи

, (4.141)

где ψ_H – коэффициент высоты гайки (ψ_H ≈ 1,2 ... 2,5);

ψ_h – коэффициент рабочей высоты профиля резьбы (ψ_h = 0,5 – для трапецеидальной резьбы; ψ_h = 0,75 – для упорной резьбы).

Наружный диаметр гайки

D = 1,5d, (4.142)

где d – наружный диаметр резьбы.

Контрольные вопросы

1. В чем преимущества и недостатки передач винт-гайка? Назовите области их применения.

2. Преимущества и недостатки передач винт-гайка скольжения по сравнению с передачами качения.

3. При каких условиях передача винт-гайка будет самотормозящейся?

4. Что понимают под передаточным отношением в передаче винт-гайка?

5. В каком случае рассчитывают винт на устойчивость?

6. Для чего в шарико-винтовой передаче делают предварительный натяг?