Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Типовые узлы и механизмы электронного машиностроения. Учебное пособие
.pdf
Рис.2.8
Так, например, для частоты вращения n=250 мин
-1
должны работать
зубчатые пары с передаточными отношениями 27/54; 40/80; 70/35.
2.6. Блокировочные устройства
Блокировочные устройства предназначены для предотвращения
одновременного включения нескольких механизмов, совместная работа
которых недопустима. Механизмы блокировки весьма разнообразны, они
могут быть механическими, электрическими, гидравлическими,
комбинированными.
Для коробок скоростей могут быть применены следующие
механизмы.
21
Механизм для переключения блоков зубчатых колес
Рис. 2.9
Для получения четырех скоростей между двумя валами I и II
расположены четыре зубчатых колеса и два блока зубчатых колес (рис.
2.9), перемещаемые на шлицах вала II вилками 1 и 3. У рукояток
переключения имеются диски с гнездами, которые связаны с фиксатором
2,помещенным в направляющие. При включении одной рукоятки вторая
запирается и не может быть включена
.
Механизм блокировки взаимно перпендикулярных валов
На валах помещены диски с вырезом. При вращении одного вала
другой находится в «запертом» состоянии (рис. 2.10)
б
а
Рис. 2.10
в
22
Замочная блокировка рукояток на параллельных валах
Работа механизма показана на рис. 2.10 б, в. Рукоятка 1 включает
механизм передачи, а рукоятка 2 находится в среднем (холостом)
положении (рис. 2.10 б). И наоборот, рукоятка 1 находится в холостом
положении, а рукоятка 2 включает механизм передачи (рис. 2.10 в).
Механизмы блокировки могут быть обеспечены электросхемой
станка с помощью электромагнитных муфт или с применением
гидравлики.
23
ГЛАВА 3. ПЕРЕДАЧА ВИНТ-ГАЙКА СКОЛЬЖЕНИЯ
3.1. Общие сведения
Передачи применяются для преобразования вращательного
движения в поступательное и получения большого выигрыша в силе.
Продольное усилие может достигать (5 — 10)
5
⋅10
Н, скорость
относительного перемещения гайки и винта 0,25 м/с, а длина перемещения
3 — 5 м.
Достоинства передачи: возможность получения относительно
медленного поступательного движения или получения больших усилий,
высокая точность перемещения, простота конструкции, низкая стоимость и
малые габариты.
Недостатками передачи являются низкий КПД и ограниченная длина
относительного перемещения.
В передачах “винт-гайка” применяются
резьбы: прямоугольная,
квадратная, трапецеидальная, упорная и треугольная (рис. 3.1):
а б в г д
Рис. 3.1 Виды резьб в передачах “винт-гайка”:
А - прямоугольная; б - квадратная; в - трапецеидальная;
г - упорная; д - треугольная
Трапецеидальная резьба нормирована ГОСТ 9484-73, упорная резьба
ГОСТ 10177-73.
3.2. Конструктивные элементы передачи
Основными конструктивными элементами передачи являются винт и
гайка. Для грузовых и ходовых винтов чаще используется трапецеидальная
резьба со средним шагом. Мелкая резьба используется в передачах
повышенной точности, крупная - для особо тяжёлых условий работы. При
больших односторонних нагрузках применяется упорная резьба, при
средних нагрузках - прямоугольная и квадратная резьбы.
24
Резьба винтов и гаек в зависимости от назначения может быть
правой и левой, однозаходной и многозаходной. Для самотормозящихся
передач применяется однозаходная резьба.
3.3. Геометрические характеристики
Основными геометрическими характеристиками, определяющими
прочность, устойчивость и износостойкость передачи, являются:
внутренний диаметр резьбы d1, шаг резьбы t, длина нарезной части l,
расчётная длина винта L, угол подъёмной винтовой линии
H, наружный диаметр гайки D и толщина фланца
Рис. 3.2 Схема передачи “винт-гайка”
δ (рисунок 3.2).
λ, высота гайки
Рис. 3.3 Рабочий профиль квадратной резьбы
Высота рабочего профиля резьбы:
a=(d-d
)/2. (3.1)
2
Для квадратной резьбы:
a=b=c=0,1 d
1
с округлением по ГОСТ 9484-73.
Ход резьбы S определяется по формуле
25
. (3.2)
S=z
⋅
λ
π
⋅
ρ
⋅
(b+c)=z⋅t,
(3.3)
где z-число заходов резьбы.
Угол подъёма винтовой линии
(3.4)
где d
tg
=t/
⋅d
-средний диаметр резьбы, d2=d-a;
2
,
2
3.4. Кинематические характеристики
Скорость относительного перемещения v гайки и винта:
v =z
⋅t⋅n /60
1000, м/с,
(3.5)
где n- частота вращения винта или гайки.
Число заходов для самотормозящихся винтов z=1, при отсутствии
требования самоторможения в зависимости от соотношения v и n число
заходов z =2...4.
Величина n при расчётах не должна превышать 200 мин
-1
.
Выбор схемы относительного движения винта и гайки зависит от
конструктивных особенностей проектируемого механизма. Чаще всего
применяются две схемы:
а) винт вращается, гайка перемещается поступательно;
б) гайка вращается, винт перемещается поступательно.
Эти схемы применяются в механических приводах, так как при этом
удобно передавать вращательное движение на винт или на гайку
от
двигателя.
3.5. Силовые характеристики
Максимальный суммарный крутящий момент М
определяется
смах
суммой статического и динамического моментов:
М
=ΣМст+М
смах
дин
.
(3.6)
Величина статических моментов зависит, с одной стороны, от
сопротивления в опорах механизма (подшипниках), а с другой - от
сопротивления в витках передачи “винт-гайка”.
Соотношение между крутящим моментом на винте М
и
хв
продольным усилием Р в общем виде определяется по формуле
М
=Р⋅(d
хв
где
ρ - угол трения (в расчётах принимается ρ=6°, что соответствует
/2)⋅tg(λ+ρ),
2
(3.7)
коэффициенту трения f
≈ 0.1);
tg
=f.
(3.8)
Для прямоугольной резьбы это соотношение имеет вид
М
=Р⋅[{(d2/2)⋅tg(λ+ρ)}+{0.33f
хв
(d3-d
3
)/(d2-d
1
2
1
)}],
(3.9)
где f - коэффициент трения в витках передачи.
26
Динамический момент зависит от углового ускорения винта
π
p
р(сж)
р(сж)
σ
ε
дин мах
Величина
где
и момента инерции механизма Jz.
ε
определяется по формуле
динмах
ε
динмах
=(
⋅ϕ/t
2
)⋅кд,
ϕ - угол поворота при разгоне ускоряемых масс;
t
-время разгона ускоряемых масс;
p
к
- коэффициент динамичности (3,5...6).
д
Коэффициент полезного действия непосредственно передачи “винтгайка”:
=tgλ/tg(λ+ρ).
η
(3.10)
3.6. Материалы винтов и гаек
Винты, как правило, изготавливаются без закалки из стали 40, 45, 50
или с закалкой в более ответственных конструкциях из стали У10А, 40Х,
40ХН, 50ХГ, 65Г и др.
Лучшими материалами для изготовления гаек являются оловянистые
бронзы: Бр ОФ10-1, Бр ОФ10-05, Бр ОЦ6-6-3.
При малых скоростях вращения применяется антифрикционный
чугун АВЧ-1, АВЧ-2,
АКЧ-1, АКЧ-2, а также серый чугун СЧ18-36.
3.7. Расчёт передачи
Критериями работоспособности передачи являются прочность,
устойчивость винта на продольный изгиб и износостойкость.
Внутренний диаметр винта должен удовлетворять условиям работы
винта на растяжение-сжатие. Условие прочности:
2
d
/4=1,25P/[σ]
π
1
.
(3.11)
Отсюда
(3.12)
где [
σ]
d
1
- допускаемое напряжение на растяжение или сжатие в
р(сж)
PK
=
][/4
σπ
)(3
сжр
,
зависимости от схемы работы передачи;
К
- коэффициент запаса (К3=1.25);
3
При расчётах принимается:
[
σ]
где
σ
- предел текучести;
т
n
- допускаемый коэффициент запаса (n1=3 — 3.5).
1
По этой методике расчёт d
=σ
т/n1
≈
/3 — 3.5,
т
проведён по величине P без учёта
1
(3.13)
крутящего момента. Для учёта крутящего момента для растянутых винтов
значение d
должно быть принято в 1,25 — 1,4 раза, а для сжатых - в 1,5 —
1
27
1,6 раза больше расчётного. Найденное значение округляется до
≤
⋅
ближайшей большей величины по ГОСТ и определяются d,
d2
и t.
Предварительно выбранные размеры винта проверяются на
прочность с учётом крутящего момента по эквивалентному напряжению:
σ
=
э
)(
22
22
1
ππτσ
хвсжр
23
)/16(3)/4(3 dMdР
⋅⋅+⋅=+
≤[σ]
1
р(сж)
.
(3.14)
Если винт испытывает напряжение изгиба
=32Ми/π⋅ d
σ
и
3
,
1
(3.15)
то
σ
=
э
2
1
23
1
πππ
хви
23
)/16(3)/32/4( dMdМdР
⋅⋅+⋅+⋅
≤[σ]
1
р(сж)
.
(3.16)
Чтобы передача “винт-гайка” имела достаточную
износоустойчивость, удельное давление “р” между витками винта и гайки
не должно превышать следующих значений (МПа):
Материал винтовой пары
Закалённая сталь-бронза...........................................………..................10 — 13
Незакалённая сталь-бронза........................................................……..….8 — 10
Закалённая сталь-антифрикционный чугун АВЧ-1 и АКЧ-1.…….........7 — 9
Незакалённая сталь-антифрикционный чугун АВЧ-2 и АКЧ-2.............6 — 7
Незакалённая сталь-
чугун СЧ18-36………….....……….........................5 — 6
Давление в витках передачи:
Р=2Р/πd
⋅Н=2Р/π⋅ψ⋅d
2
2
[р],
2
(3.17)
где Н-высота гайки;
ψ=Н/d
- коэффициент (обычно принимается равным для неразъёмных
2
винтов – 1,2...2,5 и для разъёмных винтов – 2,5...3,5).
Наружный диаметр гайки D определяется из условия прочности на
растяжение:
Наружный диаметр фланца D
1
][/4 dPD
σπ
определяется по условию сжатия:
1
][/4 DPD
σπ
сж
2
+⋅≥
p
.
2
+⋅≥
.
(3.18)
(3.19)
Толщина фланца:
δ=Ρ/(π⋅D
Значения [σ]
для чугуна [σ]
=35 - 45 МПа; для бронзы [τ]с=20 - 25 МПа; для чугуна [τ]
[σ]
сж
, [σ]сж, [τ]с принимаются: для бронзы [σ]р=35 - 45 МПа;
р
=20 - 25 МПа; для бронзы и чугуна по чугуну и стали
р
[τ]
.
с
(3.20)
=20 - 30
с
МПа.
Если винт работает на сжатие, то при гибкости λ⋅l=(μ⋅L/i)>60
необходима проверка винта на устойчивость (продольный изгиб). Здесь L длина винта, i -радиус инерции (i=d
/4), μ-коэффициент, учитывающий
1
28
закрепление винта в опорах. Он принимается равным 1,0, если оба конца
≤
р
р
р
λl<
⋅
≤ϕ[σ
закреплены шарнирно или один из них направляется гайкой; μ=2, если
один конец свободен, а другой направляется гайкой; и, наконец, μ=0.5,
если оба конца винта закреплены.
Условие устойчивости:
(3.21)
где n
σ
σ
сж
- коэффициент запаса, равный 3...4 (меньшее значение для длинных
2
к
/n2,
винтов);
- критические напряжения, величина которых определяется по
σ
кр
формулам
=π2⋅Ε(1/λl)2, МПа, при λl≥ 110,
σ
к
σ
=31,0-0,114λ l, МПа, при
к
110.
(3.22)
(3.23)
Длинный винт, работающий на сжатие, может быть проверен на
устойчивость также и по формуле Эйлера
2
Р≤(π
⋅EI⋅/ n
(μ⋅L)
2
Формула Эйлера применяется, когда μ ≥ 25d
2
).
(3.24)
или μ ≥ 100i, где i -
1
радиус инерции сечения винта
(3.25)
где F
i=
-площадь сечения винта по внутреннему диаметру;
1
/ FI
,
1
I-момент инерции сечения винта
I=(
4
πd
/64)≈0.05 d
1
4
.
1
(3.26)
Винт любой длины можно проверять по условию,
удовлетворяющему одновременно прочности и устойчивости
=(4Р/πd
σ
с
ϕ - коэффициент понижения допускаемого напряжения на сжатие
где
2
)
1
]сж,
(3.27)
(принимается по справочнику).
29
ГЛАВА 4. ПЕРЕДАЧА ВИНТ-ГАЙКА КАЧЕНИЯ
4.1. Схема передачи
Передача винт-гайка качения предназначена для преобразования
вращательного движения в поступательное и, наоборот, поступательного
движения во вращательное. По сравнению с передачей винт-гайка
скольжения она характеризуется значительно большим КПД, меньшим
износом, большей точностью хода, повышенной долговечностью.
В винтовых шариковых парах между рабочими винтовыми
поверхностями гайки 1 и винта 4 помещены стальные шарики 3 (
рис. 4.1).
Скорость перемещения шариков отличается от скорости ведущего и
ведомого звеньев. Поэтому для обеспечения непрерывной циркуляции
шариков концы рабочей части резьбы соединены возвратным каналом 2.
Рис. 4.1
Замкнутую цепь шариков условно делят на активную часть (рабочую
часть нарезки) и пассивную часть (возвратный канал).
Активная часть шариковой винтовой пары обычно составляет z=1 2,5 витка. При большем числе рабочих витков КПД шариковой пары
снижается из-за увеличения трения шариков одного о другой.
При вращении винта шарики, зажатые между винтовыми
поверхностями
винта и гайки, благодаря трению перекатываются по ним и
передают движение от винта к гайке, перемещающейся поступательно. От
проворачивания относительно своей оси гайка удерживается
направляющими или шпонкой, зафиксированной в корпусе.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]