Виды винтовых передач

Винтовые передачи могут быть:

· скольжения (рис.13а);

· качения (когда гайка содержит канавки с помещенными туда шариками) (рис.13б);

· планетарными роликовыми (перспективные передачи, обладающие большой точностью и жесткостью);

· волновые (для очень малых поступательных перемещений);

· гидростатические (с малыми трением, износом и повышенной точностью).

Передачи типа «винт – гайка» применяют в подъемных механизмах, в станках (механизмы подачи рабочих инструментов), в измерительных приборах (механизмы для точных перемещений, микрометрические и дифференциальные винты), в прокатных станах (регулировочно–установочные механизмы подшипников, нажимные винты), в винтовых процессах.

Винтовые механизмы принципиально ничем не отличаются от резьбовых соединений, но так как они применяются для передачи движения, то трение в резьбе должно быть минимальным.

Рисунок 13 - Передача:

а) с трением скольжения, б) с трением качения

Наименьшее трение между винтом и гайкой обеспечивает прямоугольная резьба (рис. 16), однако ее не технологичность, то есть невозможность нарезания на резьбофрезерных станках, и небольшая прочность по сравнению с трапецеидальной резьбой делают ее применение крайне ограниченным. Поэтому для передаточных винтов применяют главным образом трапецеидальную резьбу (рис. 17) с мелким, средним и крупным шагами и упорную резьбу.

Наибольшее распространение получила трапецеидальная резьба со средним шагом. Трапецеидальную резьбу с мелким шагом используют при относительно небольших перемещениях; трапецеидальную резьбу с крупным шагом – при тяжелых условиях эксплуатации. Профиль трапецеидальной резьбы позволяет использовать ее в механизмах с реверсивным перемещением.

Для передач с большими односторонними нагрузками (прессы, домкраты, нажимные устройства в прокатных станах и др.) применяют упорную резьбу (рис. 18).

Резьба винтов и гаек передач бывает правой или левой, однозаходной или многозаходной.

Материалы винтов должны обладать высокой износостойкостью и хорошей обрабатываемостью, а более нагруженные – высокой прочностью. Винты, не подвергаемые закалке, изготовляют из сталей 45, 50, А50, а винты, подвергаемые закалке, выполняют из сталей У10, У65, 40Х, 40ХГ и др. Материал гаек – бронзы оловянные БрОФЮ– 1, БрОЦС–6–6–3 и др.

Для червяков рулевого управления автомобилей, механизмов наводки ракет и ходовых винтов станков используют шариковые винты. Канавки шарикового винта 3 (рис.19, I) и гайки 2 в осевом сечении имеют полукруглую форму. Непрерывный замкнутый поток шариков 4 заполняет винтовое пространство между желобами по всей длине гайки. Пройдя его, шарики переходят в округленный трубчатый канал 1, по которому они возвращаются в рабочую зону винтовой пары.

Рисунок 19 - Шариковая пара «винт-гайка»: исполнение I и II  

Коэффициент полезного действия шариковой винтовой пары много выше, чем обычной, вследствие резкого снижения трения в резьбе.

Для полного устранения зазоров в шариковой паре «винт – гайка» на винте устанавливают одновременно две шариковые гайки 2 (рис. 19, II), между которыми помещают стальную пружину 5. Пружина, создавая предварительный натяг между винтом 3, шариками и гайками, устраняет все зазоры в передаче.

Рабочие поверхности такой передачи закаливают до твердости НRC60 и выше. Винты изготавливают из сталей ХВГ, 7ХГ2ВМ с объемной закалкой. Материал гаек – стали 9ХС, ШХ15, ХВГ с объемной закалкой и др.

Передаточное отношение винтовой передачи равно:

U = C/L = pd/pK, (14)

где С – длина окружности, по которой перемещается точка приложения силы;

L – ход винта, p – шаг винта, К – число заходов винта.

Расчет передачи винт–гайка на прочность

Как показывает опыт, неудовлетворительная работа винтовых передач чаще всего вызывается износом резьбы.

Поэтому основным расчетом всех винтовых передач является расчет на износ, в результате которого определяют диаметр винта и высоту гайки. Проверяя среднее давление р в резьбе, полагают, что все витки резьбы нагружены равномерно.

Рисунок 20 – Расчет передачи винт-гайка на износостойкость

Расчет передачи на износостойкость ведут из условия не выдавливания смазочного материала, предполагая, что вследствие приработки нагрузка по виткам резьбы распределяется равномерно:

p_изн = F_a/Az_в = F_a/ (pd₂×H₁×z_в) ≤ [p]_изн , (15)

где F_a – внешняя осевая сила;

А – площадь рабочей поверхности витка;

d₂ – средний диаметр резьбы;

Н₁ – рабочая высота профиля резьбы;

z_b – число витков в гайке высотой Н: z_е = Н/р (здесь р — шаг резьбы); [p]_изн - допускаемое давление (выбирается по табл. 2).

Таблица 2 - Допускаемое давление в резьбе для пары «винт-гайка»

Материал винтовой пары	[p]изн,Мпа
Закаленная сталь—бронза	10 - 12
Незакаленная сталь—бронза	8 - 10
Закаленная сталь—антифрикционный чугун АЧВ-1, АЧК-1	7 - 9
Незакаленная сталь—антифрикционный чугун АЧВ-2, АЧК-2	6 - 7
Незакаленная сталь—чугун СЧ20, СЧ25

Примечание. При редкой работе, а также для гаек малой высоты значение [p]_изнможет быть повышено на 20%.

Для проектного расчета полученную формулу целесообразно преобразовать, заменив z на (H/p_p), обозначив ψ_H = H/d₂ -коэффициент высоты гайки, ψ_h = h/p_p - коэффициент высоты резьбы.

Тогда (рис.20):

, (16)

Принимают ψ_h = 0,5 для трапецеидальной и ψ_h = 0,75 для упорной резьбы; ψ_h = 1,2 - 2,5 в зависимости от конструктивных соображений (большие значения для резьб меньших диаметров). Полученное значение d ₂согласуется со стандартом.

После расчета резьбы сильно нагруженные винты, например винты домкратов, проверяют на прочность, принимая [s] = 0,3s_т, и на устойчивость.

Дата добавления: 2014-11-25