Устройство и назначение, достоинства и недостатки.

Винтовые механизмы

 

Студент:
гр. Эбд-22		Немирова Е.К.
Научный руководитель:		Садриев Р.М.

 

 

Ульяновск

 

Содержание

Введение

1.Устройство и назначение, достоинства и недостатки…………………………4

2.Силовые соотношения в винтовой паре передачи………………………………10

3.Самоторможение в передаче винт-гайка…………………………………………….11

4. Расчет передачи винт-гайка на прочность…………………………………………12

5.Расчет передачи винт-гайка скольжения…………………………………………...13

Заключение

Список использованной литературы.

 

 

Введение

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к винтовым передачам с самоустанавливающейся гайкой, и может применяться, в частности, в нагруженных передачах винтовых подъемников. Винтовой механизм содержит ходовой винт, гайку с четырьмя полусферическими отверстиями, шарики, входящие в эти отверстия, крышку с четырьмя ответными пазами-полуотверстиями для размещения в них выступающих из гайки свободных половин шариков, подвижной части в виде трубы с фланцем, к которому болтами прикреплена крышка. Подвижная часть имеет отдельное устройство, исключающее проворачивания фланца подвижной части при перемещении вдоль ходового винта. Технический результат – повышение надежности механизма при эксплуатации.

 

Устройство и назначение, достоинства и недостатки.

Передача винт-гайка (рис. 1) состоит из винта 1 и гайки 2, сопри­касающихся винтовыми поверхностями.

Передача винт-гайка предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное (при больших углах подъема винтовой линии, порядка > 12°). При этом вращение закрепленной от осевых перемещений гайки вызывает поступательное перемещение винта, или вращение закрепленного от осевых перемещений винта приводит к по­ступательному перемещению гайки. Когда угол подъема больше угла трения, эту передачу можно использовать для преобразования поступательного движения во вращательное.

 

Рис. 1. Передача винт-гайка

Различают два типа передач винт-гайка:

- передачи трения скольжения или винтовые пары трения скольжения (рис. 1-3);

- передачи трения качения или шариковые винтовые пары (рис. 4) Ведущим элементом в передаче, как правило, является винт, ведомым - гайка. В передачах винт-гайка качения на винте и в гайке выполнены винто­вые канавки (резьба) полукруглого профиля, служащие дорожками ка­чения для шариков.

Конструктивно передача винт-гайка может быть вы­полнена:

- с вращательным движением винта и поступательным движением гайки (см. рис. 1);

- с вращающимся и одновременно поступательно перемещающимся винтом при неподвижной гайке (см. рис. 2);

- с вращательным движением гайки 1 и поступательным движением винта 2 (см. рис. 3).

Передачи винт-гайка находят применение в устройствах, где требует; получать большой выигрыш в силе, например в домкратах, винтовых прес­сах, нагрузочных устройствах испытательных машин, механизмах металлорежущих станков или в измерительных и других механизмах для точных делительных перемещений.

 

Рис. 2. Винтовой домкрат: 1—винт; 2 — гайка; 3 —стопорный

винт; 4 — рукоятка; 5 — чашка домкрата; 6— шип, 7 — корпус

 

Рис. 3.Передача винт-гайка: 1 — гайка; 2 — винт

Рис. 4. Передача винт-гайка с трением качения

 

В зависимости от назначения пе­редачи винты бывают:

- грузовые, применяемые для создания больших осевых сил. При знакопеременной нагрузке имеют трапецеидальную резьбу, при боль­шой односторонней нагрузке — упорную. Гайки грузовых винтов цель­ные. В домкратах (рис. 2) для большего выигрыша в силе и обеспечения самоторможения применяют однозаходную резьбу с малым углом подъема;

- ходовые, применяемые для перемещений в механизмах подачи. Для снижения потерь на трение применяют преимущественно трапецеи­дальную многозаходную резьбу.

- установочные, применяемые для точных перемещений и регули­ровок. Имеют метрическую резьбу. Для обеспечения безлюфтовой пере­дачи гайки делают сдвоенными.

Большое внимание в винтовых передачах, применяемых в металлорежущих станках и приборах, уделяют устранению мертвого хода, возникающего при изменении направления движения. Наличие мертвого хода объясняется зазором в резьбе вследствие неизбежных ошибок при изготовлении и износа в течение эксплуатации. Для устранения мертвого хода винтовые механизмы снабжают специальными устройствами. При этом различают два способа выборки зазора в резьбе - осевое, применяемое для трапециедальных резьб и радиальное смещение гайки - для треугольных резьб. Первый способ достигается установкой двух раздвигаемых гаек, например, пружиной, второй - разрезной гайки, втягиваемой цанговым зажимом.

 

Достоинства и недостатки передачи винт-гайка скольжения.

Основные достоинства:

1. возможность получения большого выигрыша в силе;

2. высокая точность перемещения и возможность получения медленного движения;

3. плавность и бесшумность работы;

4. большая несущая способность при малых габаритных размерах;

5. простота конструкции.

 

Недостатки передач винт-гайка скольжения:

1. большие потери на трение и низкий КПД;

2. затруднительность применения при больших частотах вращения.

 

Достоинства и недостатки шариковинтовой передачи.

Основные достоинства:

1. малые потери на тре­ние. КПД передачи достигает 0,9 и выше;

2. высокая несущая способ­ность при малых габаритах;

3. возможность получения малых и точных перемещений;

4. отсутствие осевого и радиального зазоров (то есть мертвого хода);

5. высокий ресурс.

 

Недостатки.

1. Требование высо­кой точности изготовления, слож­ность конструкции гайки.

2. Требо­вание хорошей защиты передачи от загрязнений.

 

Применение.

Шариковинтовые передачи применяют в механизмах точных перемещений, в следящих системах и в ответственных силовых передачах (станкостроение, робото­техника, авиационная и космическая техника, атомная энергетика и др.). При вращении винта шарики вовлекаются в движение по винтовым канавкам (см. рис. 4), поступательно перемещают гайку и через перепускной канал возвращаются обратно. Перепускной канал выполняют между соседними или между первым и последним (рис. 4) витками гайки. Таким образом, перемещение шариков происходит по замкнутой внутри гайки траектории.

В станкостроении применяют трехвитковые гайки. Пе­репускной канал выполняют в специальном вкладыше, который встав­ляют в овальное окно гайки. В трехвитковой гайке предусматривают три вкладыша, расположенные под углом 120° один к другому и смещен­ные додлине гайки на один шаг резьбы по отношению друг к другу. Таким образом, шарики в гайке разделены на три (по числу рабочих вит­ков) независимые группы. При работе передачи шарики, пройдя по вин­товой канавке на винте путь, равный длине одного витка, выкатываются из резьбы в перепускной канал вкладыша и возвращаются обратно в ис­ходное положение на тот же виток гайки.

Шариковинтовые передачи выполняют с одной или чаще с двумя гайками, установленными в одном корпусе. В конструкциях с двумя гайками наиболее просто исключить осевой зазор в сопряжении винт-гайка и тем самым повысить осевую жесткость пере­дачи и точность перемещения. Устраняют осевой зазор и создают пред­варительный натяг путем относительного осевого (например, с помо­щью прокладок) или углового смещения двух гаек.

По конструкции винт представляет собой цилиндрический стер­жень цельной (см. рис.2) или сборной конструкции с резьбой.

Резьба образуется путем нанесения на цилиндрический стержень винто­вых канавок с сечением определенного профиля.

По форме профиля резьбы делят на треугольные (рис. 5, а), прямо­угольные (рис. 5, б), трапецеидальные (рис.5, в), упорные (рис. 5, г), круглые (рис.5, д).

 

 

Рис. 5. Профили резьб: а — треугольная;

б — прямоугольная; г — упорная; д — с круговым профилем

 

Винтовая линия образуется, если прямоугольный треугольник АА_ХС (рис.6) огибать вокруг прямого кругового цилиндра.

 

 

Рис. 6. Схема образования резьбы

 

Винтовую линию образует навиваемая на цилиндр гипотенуза АС тре­угольника, при этом один из катетов, совпадающий с плоскостью основа­ния цилиндра по длине, равен длине окружности основания , а второй катет — шагу винтовой линии.

На рис. 6, б показана резьба треугольного профиля. При перемеще­нии плоской фигуры, например треугольника abc (см. рис. 6, б), по вин­товой линии так, чтобы ее плоскость всегда проходила через ось О—О, бо­ковые стороны этой фигуры (ab и be) описывают поверхность резьбы.

Винтовая линия (и соответственно резьба) может быть правой и ле­вой.

Правая винтовая линия идет слева направо и вверх, левая — справа на­лево и вверх. Наиболее распространенной в машиностроении является правая резьба. Угол (рис. 6, а), образованный винтовой линией по сред­нему диаметру резьбы d₂ и плоскостью, перпендикулярной к оси винта, на­зывают углом подъема винтовой линии (резьбы):

где S — ход резьбы (рис. 7).

 

 

Рис. 7. Виды резьб: а — однозаходная; б — двухзаходная; в — трехзаходная

 

Длину катета А₁С (см. рис. 6, а) обозначают р и называют шагом вин­товой линии. Если по «параллельным» винтовым линиям перемещаются два или несколько рядом расположенных профиля, то они образуют многозаходную резьбу. По числу заходов резьбы делятся на однозаходную (см. рис. 7, а), двухзаходную (см. рис. 7, б), трехзаходную (см. рис. 7, в) и т. д. Наибольшее распространение имеет однозаходная резьба.

Для однозаходной резьбы р = S. Для многозаходной резьбы S = pz, где S — ход резьбы; р — шаг резьбы; z — число заходов.

Длинные винты путем свинчивания делают составными (рис. 8). В передаточных (грузовых и ходовых) винтах чаще применяют трапецеи­дальную резьбу со средним шагом. Резьбу с мелким шагом применяют для делительных перемещений повышенной точности, с крупным — при тяже­лых условиях работы силовой передачи.

 

Рис. 8. Составной винт

 

Для винтов, находящихся под действием больших односторонних нагру­зок, применяют упорную резьбу. Реже (для передаточных винтов) применяют прямоугольную резьбу.

Прямоугольная резьба, вследствие технологических трудностей ее изготовления, применяется крайне редко.

В некоторых случаях применяется также резьба круглого профиля (там, где имеется опасность повреж­дения острых кромок, например, в пожарном оборудовании, в цоколях электрических ламп).

Для шариковых винтовых пар применяют специальные профили резьб, одна из которых показана на рис. 4.

Конструкции винтов должны удовлетворять общим требованиям, предъявляемым к конструкции валов, т.е. не иметь резких переходов, кольцевых выступов большого диаметра и т. п.

Материалы винта и гайки должны представлять антифрикционную пару, т.е. быть износостойкими и иметь малый коэффициент трения. Выбор марки материала зависит от назначения передачи, условий рабо­ты и способа обработки резьбы.

Материал винтов — сталь 45, 50, Ст4, Ст5, У10, 40Х, 40ХГ, 40ХВГ, 65Г и др. В ответственных передачах для повышения износостойкости применяют закалку винтов с пос­ледующей шлифовкой резьбы.

Гайку в большинстве случаев выполняют в форме втулки 2 (рис. 1),иногда с фланцем для ее осевого крепления (см. рис. 2), цельной или разъемной конструкции (например, гайка, состоящая из двух частей, охва­тывающих ходовой винт в токарно-винторезном станке). В отдельных слу­чаях выполняют гайки более сложных конструкций (с компенсацией изно­са и т. п.).

Основной причиной выхода из строя передач винт-гайка является изнаши­вание гайки (реже винта). Для уменьшения трения и изнашивания резьбы гайки передачи изготовляют из бронз (БрО10Ф1, БрОбЦбСЗ, БрА9Ж4 и др.), а также в тихоходных передачах из серого (СЧ20, СЧ25) и антифрикционного чугунов АВЧ-1, АКЧ-1 и др. Для уменьшения расхода бронзы гайки делают из двух металлов: корпус гай­ки — из стали или чугуна; рабочую часть гайки — из бронзы, а иногда из баббита.

2.Силовые соотношения в винтовой паре передачи.

 

Для удобства рассмотрения сил в винтовой паре развернем виток резь­бы по среднему диаметру d₂ в наклонную плоскость, а гайку представим в виде ползуна (рис. 9).

Рис. 9. Силовые соотношения в винтовой передаче

Силы, возникающие в резьбе: F_a — осевая сила; F_t — окружная сила (F_t= 2T/d₂; F_f=fN, где f — коэффициент трения; N — нормальная реак­ция).

На рис. 9 R — равнодействующая сил N и F_f, угол между векторами сил R и N — угол трения. Зависимость между F_a и F_t найдем из уравнения равновесия гайки под дей­ствием сил F_t, F_a, R:

откуда получим соотношение модулей сил

(1)

Формула (1) справедлива только для прямоугольной резьбы. Для тре­угольной или трапецеидальной резьбы

(2)

где - приведенный угол трения; — угол профиля резьбы.