Передача Винт-Гайка / Лекция 9_Передача Винт-Гайка
.pdf
Передачи винт-гайка. Расчет на устойчивость
Длинные винты, подверженные сжимающей нагрузке, проверяют на устойчивость (продольный изгиб). За расчетное принимают крайнее положение гайки, когда винт подвергается сжатию на максимальной длине.
Условие устойчивости винта по Эйлеру
≤ π 2 EJ F S(µl)2 ,
где µl – приведенная длина (µ – коэффициент приведения, l – для двухопорных винтов
– расстояние между опорами, п для винтов, у которых второй опорной служит гайка, – расстояние между опорой и серединой гайки);
S – коэффициент безопасности, принимаемый обычно равным 3…4; J – приведенный осевой момент инерции сечения винта
|
4 |
|
|
|
d |
|
J = |
πd1 |
|
0.4 |
+0.6 |
|
|
|
|
|||||
64 |
|
d1 |
, |
|||
|
|
|
|
|
||
где d и d1 – диаметры резьбы винта соответственно наружный и внутренний. |
||||||
Формула Эйлера применима при µl ≥100i или приближенно µl ≥25d1, где i = J / A |
|
– радиус инерции сечения винта. |
1 |
|
|
21
Расчет на прочность и устойчивость
Винты любой длины можно проверять по объединенному условию прочности и
устойчивости по формуле
σ = F ≤ϕ[σсж],
A1
где [σсж]– допускаемое напряжение на сжатие; φ – коэффициент понижения
допускаемого напряжения в зависимости от гибкости стержня µl/i:
22
Передачи винт-гайка качения
Передачи винт–гайка качения применяют в механизмах точных перемещений, в следящих системах и в ответственных силовых передачах.
КПД передач качения (без предварительного натяга) достигает 0,9. Силы трения в передачах зависят от скорости.
В резьбе в большинстве случаев полностью выбирается зазор и создается предварительный натяг, обеспечивающий высокую осевую жесткость.
Основное применение из передач винт–гайка качения имеют шариковые передачи.
На винте и в гайке выполняют винтовые канавки, которые служат дорожками качения для шариков.
Шариковые передачи применяют в широком диапазоне размеров. В станкостроении их изготовляют централизованно по ОСТ 1-1-72-6—81.
Диапазоны длин в станках обычно до 2...3 м, наибольшие длины 7...8 м. Диаметр шариков обычно составляет 0,6 шага винта.
23
Передачи винт-гайка качения
Наибольшее распространение имеет полукруглый профиль канавок с радиусом, превышающим на 3...5
% радиусы шариков, и с углом контакта шариков α= 45° (рис. а).
Успешно применяют также профиль «стрельчатая арка» (рис. б), который труднее в изготовлении, но позволяет создать предварительный натяг подбором диаметров шариков.
При недопустимости осевых зазоров гайки с этим профилем делают сдвоенными и смещают одну относительно другой в осевом направлении прокладками (рис. в) или пружинами, иногда путем поворота.
24
Передачи винт-гайка качения
Впередачах с малым ходом гайку удлиняют настолько, чтобы при крайних ее положениях шарики не выходили за пределы резьбы гайки.
Вбольшинстве конструкций шарики перемещаются по замкнутой траектории в гайке. Выкатываясь из резьбы, они возвращаются в исходное положение по обводным каналам, которые выполнены в специальных вкладышах, вставленных в окна гайки. Шарики не выводятся из контакта с винтом, а переваливаются через выступ резьбы. Обычно на гайке предусматривают три вкладыша, и их располагают под углом 120° один к другому, причем шарики разделены на три независимо циркулирующие группы.
25
Передачи винт-гайка качения
Рабочие поверхности закаливают до твердости 60 HRCэ и выше. Винты изготовляют из сталей: ХВГ и 7ХГ2ВМ с объемной закалкой,
8ХФ с закалкой при индукционном нагреве и 20ХЗМВФ с азотированием.
Для гаек применяют стали 9ХС, ШX15, ХВГ с объемной закалкой и цементуемые стали 18ХГТ, 12ХН3А и др.
Передачи требуют высокой точности изготовления.
Для обеспечения точности позиционирования (установки узлов в заданное положение) колебания момента сил трения в резьбе должны быть минимальными.
Передачи винт-гайка требуют хорошей защиты от загрязнений, которая преимущественно обеспечивается гармоникообразными мехами и пластмассовыми уплотняющими гайками с двумя — тремя выпуклыми витками по профилю канавок. Уплотняющие гайки крепятся к каждому торцу основной гайки.
26
Роликовая планетарная передача винт-гайка
В роликовых планетарных передачах винт — гайка для обеспечения трения качения между резьбой винта 1 и резьбой гайки 4 катаются резьбовые ролики 3, которые одновременно являются сателлитами планетарных зубчатых передач с внутренним зацеплением. Углы подъема резьбы на гайке и роликах одинаковы. Для этого резьба гайки делается многозаходной с числом заходов (целое число), равным отношению средних диаметров резьбы и роликов. Это обеспечивает
невыкатывание роликов из гайки. На роликах нарезана треугольная резьба с выпуклым профилем, обеспечивающим точечный начальный контакт.
На концах роликов нарезаны зубья, которые сцепляются с зубьями на венцах 2, запрессованных в гайку по ее концам. Эти зацепления исключают возможность проскальзывания роликов. Ролики направляются сепараторами 5.
Число заходов винта берется равным числу заходов гайки. В связи с малым шагом и большим передаточным числом передачи удобно встраиваются в машины, не требуя специальных редуцирующих передач от приводного электродвигателя.
Роликовые планетарные передачи винт — гайка обладают большей несущей способностью и
жесткостью, чем шариковые. Поэтому роликовые 27 передачи следует считать перспективными.
Передачи винт-гайка. Гидростатические пары винт-гайка
В связи с тем, что в передачах винт–гайка скольжения практически невоз-можно осуществить гидродинамическую смазку, применяют гидростатические пары винт– гайка. На рабочих поверхностях витков гайки посередине их высоты делают выточки, которые не имеют выхода к торцам гаек (перекрываются мастикой или клеем). Ширина выточек составляет 1/3...1/4 высоты профиля. Через отверстия в выточки подводится масло под давлением. Масло проходит через отдельные дроссели для каждой (правой и левой) стороны витка. Давление масла в выточках меньше, чем в сети; оно определяется соотношением гидравлических сопротивлений в дросселях и в зазорах.
При действии на пару осевой нагрузки зазоры с одной |
|
|
стороны витков (по направлению силы) уменьшаются, но |
|
|
при этом сопротивление вытеканию масла увеличивается и |
|
|
давление в соответствующей канавке повышается. С другой |
|
|
стороны витков в связи с увеличением зазора давление |
|
|
масла падает. Таким образом возникают гидравлические |
|
|
силы, которые уравновешивают внешнюю силу и стремятся |
|
|
к выравниванию зазоров. |
|
|
По условию одинаковой несущей способности с обычными |
|
|
передачами винт–гайка давление масла выбирают порядка 4 |
|
|
МПа, а высоту профиля резьбы – в 2 раза большую, чем у |
|
|
обычной трапецеидальной резьбы. |
|
|
Достоинства гидростатических пар винт–гайка: малое |
|
|
трение, отсутствие изнашивания, отсутствие зазора при |
28 |
|
ра-боте передачи (гидравлический натяг), повышенная |
||
|
Передачи винт-гайка. Волновые передачи винт-гайка
Для превращения вращательного движения в медленное поступательное удобно применять волновые передачи винт–гайка.
Вэтих передачах винт тонкостенный, деформируемый в радиальном направлении.
Врезультате деформирования винта вращающимся генератором, имеющим форму эллиптического цилиндра, винт входит в зацепление с резьбой гайки и обкатывается по ней. Так как периметр резьбы винта меньше длины окружности резьбы гайки, то винт смещается в осевом направлении на величину шага, деленного на передаточное число фрикционной волновой передачи вращательного движения.
При типичных для волновых передач передаточных числах порядка 100 можно получить линейные перемещения на один оборот генератора, равные нескольким микрометрам или сотым миллиметра.
Можно выполнять винт жестким, а гайку гибкой, деформируемой охватывающим генератором.
29
Передачи винт-гайка.
Задача.
Рассчитать винт домкрата, нагруженный по схеме на рисунке, а также определить его КПД.
Исходные данные:
резьба самотормозящая, упорная;
грузоподъемность Fa=150000 Н, l=1000 мм, винт – сталь 35, гайка – чугун, подпятник 1 шариковый.
Решение.
1. Определяем диаметр винт по условию износостойкости (по напряжениям смятия):
принимаем для пары незакаленная сталь-чугун [σсм]=6 МПа; для упорной резьбы ψh=0.75; коэффициент высоты резьбы примем средний ψh=1.8:
d2 = 
150000 / (π 1.8 0.75 6000000) = 77 10−3 м.
По стандарту выбираем резьбу 85×12: d=85 мм, d1=64.2 мм, d2=76 мм, h=9 мм, p=?? мм.
30