Иванов РК 1 ULTIMATE (Винт - гайка)

Посмотреть архив целиком

64. Передача винт-гайка: назначение, достоинства и недостатки, область применения.

Передача винтгайка предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот. В ней используют пары винт—гайка скольжения или качения.

Достоинствами передачи винт—гайка скольжения являются большой выигрыш в силе, высокая точность перемещений, ма­лые размеры, возможность обеспечения самоторможения, что позволяет широко использовать ее в грузоподъемных меха­низмах, например в винтовых домкратах, в механизмах подач станков и приводах роботов, а также в измерительных и регулировочных механизмах. Достоинства передачи винт-гайка качения — сравнительно высокий КПД, высокая жесткость (с предварительным натягом полугаек), малый из­нос в сравнении с передачами скольжения.

К недостаткам передачи винт-гайка скольжения следует отнести низкий КПД в передачах скольжения, невозможность получе­ния больших скоростей поступательного движения.

Недостатком передачи винт-гайка качения является сложность и дороговизна изготовле­ния.


65. Передача винт-гайка скольжения, области применения, пример конструкции, критерии оценки работоспособности. Материалы элементов передач. Вывод зависимости для проектного расчета.

Достоинствами передачи винт—гайка скольжения являются большой выигрыш в силе, высокая точность перемещений, ма­лые размеры, возможность обеспечения самоторможения, что позволяет широко использовать ее в грузоподъемных меха­низмах, например в винтовых домкратах, в механизмах подач станков и приводах роботов, а также в измерительных и регулировочных механизмах.

К недостаткам передачи винт-гайка скольжения следует отнести низкий КПД в передачах скольжения, невозможность получе­ния больших скоростей поступательного движения.

Передачи скольжения до сих пор находят широкое примене­ние вследствие сравнительной простоты конструкции и отрабо­танной технологии получения резь­бы. С целью повышения КПД в пе­редачах винт—гайка скольжения используют резьбы, имеющие пони­женный приведенный коэффициент трения. К ним относят­ся трапецеидальные и упорные резь­бы с углами рабочего про­филя соответственно 15 и 3°. Трапе­цеидальная резьба в основном диа­пазоне диаметров бывает мелкая, средняя и крупная. В передачах ис­пользуют в основном среднюю резь­бу. Мелкую резьбу применяют в ме­ханизмах, где требуется повышенная точность перемещений, например в микрометрах, крупную — когда передача плохо защищена от пы­ли и грязи и подвержена износу. Упорные резьбы применяют, ког­да на передачу действует односто­ронняя нагрузка, например в на­жимных устройствах прокатных станов.

В паре винт—гайка скольжения для повышения износос­тойкости и снижения склонности к заеданию материал одной из деталей должен быть антифрикционным. Поэтому обычно используют стальные винты в сочетании с бронзовыми, реже чугунными гайками. Для изготовления винтов применяют стали 45, 50 улучшенные, стали 65Г, 40Х с закалкой и после­дующей шлифовкой, стали 40ХФА, 18ХГТ с азотированием для уменьшения искажения формы и размеров винтов в ре­зультате закалки. Гайки выполняют из оловянистых бронз, например БрО10Ф1, в менее ответственных конструкциях из безоловянистого сплава ЦАМ 10-5, а при малых скоростях скольжения и нагрузках используют антифрикционный чу­гун.

Основной причиной отказа передач винт-гайка является износ резьбы. Для обеспечения сопротивления изнашиванию ограничивают давление в резьбе

где F – осевая сила, d2 – средний диаметр резьбы, H1 – рабочая высота профиля, z=Hг/P – число витков резьбы, приходящаяся на высоту гайки.

Эта формула неудобна для практического использования, т.к. резьбы геометрически подобны, то вводят коэффициенты (рабочей высоты винта) и (высоты гайки).


66. Сравнительная оценка передачи трением скольжения с передачей трением качения.

Достоинствами передачи винт—гайка скольжения являются большой выигрыш в силе, высокая точность перемещений, ма­лые размеры, возможность обеспечения самоторможения, что позволяет широко использовать ее в грузоподъемных меха­низмах, например в винтовых домкратах, в механизмах подач станков и приводах роботов, а также в измерительных и регулировочных механизмах. Достоинства передачи винт-гайка качения — сравнительно высокий КПД, высокая жесткость (с предварительным натягом полугаек), малый из­нос в сравнении с передачами скольжения.

К недостаткам передачи винт-гайка скольжения следует отнести низкий КПД в передачах скольжения, невозможность получе­ния больших скоростей поступательного движения.

Недостатком передачи винт-гайка качения является сложность и дороговизна изготовле­ния.


67. Основные параметры и типы резьб, применяемые в резьбовых передачах.

Чтобы увеличить КПД в передачах применяют трапецеидальные и упорные резьбы

Трапецеидальная резьба

d – наружный диаметр резьбы винта

d3 – внутренний диаметр резьбы по впадине

d2 – средний диаметр

H1 – рабочая высота профиля

P - шаг

Упорная резьба

d – наружный диаметр резьбы винта

d3 – внутренний диаметр резьбы по впадине

d2 – средний диаметр

H1 – рабочая высота профиля

P - шаг


68. Материалы и виды термических обработок, применяемые для изготовления основных элементов резьбовых передач.

1) углеродистые стали (для легко нагруженных деталей), легированные стали (для тяжелого нагружения)

2) Спецстали (жаропрочные, работающие в агрессивных средах, вакууме)

3) Цветные сплавы (латунь, бронза, дуралюмин)

Согласно ГОСТ 17594-87 существует 12 классов прочности резьбовых деталей.

Если класс прочности 4.6, то σв=4*100 МПа, σт=4*6*10 МПа

Если класс прочности 5.8, то σв=5*100 МПа, σт=5*8*10 МПа

Допускаемые напряжения при статическом нагружении:

1) растяжение

S – коэффициент запаса, при точном расчете и контролируемой затяжке 1.2…1.5.

Меньшие значения для резьб большого диаметра и наоборот.

2) кручение (срез)

В паре винт—гайка скольжения для повышения износос­тойкости и снижения склонности к заеданию материал одной из деталей должен быть антифрикционным. Поэтому обычно используют стальные винты в сочетании с бронзовыми, реже чугунными гайками. Для изготовления винтов применяют стали 45, 50 улучшенные, стали 65Г, 40Х с закалкой и после­дующей шлифовкой, стали 40ХФА, 18ХГТ с азотированием для уменьшения искажения формы и размеров винтов в ре­зультате закалки. Гайки выполняют из оловянистых бронз, например БрО10Ф1, в менее ответственных конструкциях из безоловянистого сплава ЦАМ 10-5, а при малых скоростях скольжения и нагрузках используют антифрикционный чу­гун.


69. Причины выхода из строя резьбовых передач. Критерии расчета передач трением качения и трением скольжения.

Основным критерием расчета является изнашивание.

Критерии расчета:

1) Расчет из условия износостойкости

где F – осевая сила, d2 – средний диаметр резьбы, H1 – рабочая высота профиля, z=Hг/P – число витков резьбы, приходящаяся на высоту гайки.

Эта формула неудобна для практического использования, т.к. резьбы геометрически подобны, то вводят коэффициенты (рабочей высоты винта) и (высоты гайки).

2) Если не допущена обратимость движения то проверка выполняется на условие самоторможения.

Ψ<φ1

3) Если стержень работает на сжатие выполняют проверку винта на устойчивость

- A – площадь сечения винта по внутреннему диаметру, [σ]сж – допустимое напряжение сжатия.

φ – коэффициент понижения допускаемого напряжения, который выбирают по таблице в зависимости от гибкости винта.

- гибкость, где l – длина неопорного участка (за расчетный принимают крайнее положение гайки, когда винт нагружен по максимальной длине).

- радиус инерции сечения, J – момент инерции сечения, , μ – коэффициент приведенной длины, учитывающий способ закрепления концов винта.

Если гибкость >100, то используют формулу Эйлера

, S – коэффициент запаса.

4) Сильно нагруженные винты рассчитывают на эквивалентные напряжения

5) Проверяют опору гайки на смятие, если гайка стоит примерно так:

Причины выхода из строя:

1) под действием контактных напряжений даже при хорошей смазке возникает при длительной работе выкрашивание – результат износа, эти повреждения определяют гарантированный расчетный ресурс передачи

2) смятие рабочих поверхностей, дорожек и тел качения. Причина – повышения допустимой нагрузки

3) преждевременное изнашивание вследствие повышенного скольжения в контакте тела качения с винтом и гайкой возникает вследствие попадания абразивных частиц, как снаружи, так и изнутри вследствие выкрашивания => ставят уплотнительные гайки из пластмассы для очистки резьбы

4) потеря устойчивости.


70. Самоторможение резьбовой передачи.

Сила Ft находится из многоугольника сил, где Ψ— угол подъема винтовой линии; φ — угол трения, равный arctg(f) (f — коэффициент трения). Стрелка показывает направ­ление движения гайки. Из рисунка следует

Окружная сила трения в треугольной резьбе больше, чем в прямоугольной. Если окружная сила трения для витка прямоугольного профиля Ft = Ff, то для витка треугольного про­филя


Где , α – угол профиля резьбы; - приведенный коэффициент трения в резьбе.

- приведенный угол трения, тогда

Условие самоторможения резьбы Ψ<φ. Для треугольной метрической резьбы это условие имеет вид Ψ<φ1, где φ1 — приведенный угол трения. В реальных резьбовых соединениях это условие выполняется, даже если используется резьба с крупным шагом. Для нее угол подъема Ψ винтовой линии по среднему диаметру резьбы меняется в пределах 2°30'...3°30', а приведенный угол трения φ1 изменяется в пределах от 6° (при f~0,1) до 16° (при f~ 0,3). Таким образом, все крепежные резьбы самотормозящиеся.


71. Момент завинчивания в резьбовой передаче. Распределение силы и крутящего момента вдоль оси винта.

Резьбовые соединения собирают завинчиванием винтов (га­ек) с помощью гаечных ключей. Момент Тзав, который созда­ется гаечным ключом, преодолевает момент трения в резьбе Тр и момент трения Тт на торце гайки (головки винта) о неподвижную поверхность детали:

Момент трения в резь­бе Тр определяют исходя из взаи­модействия элемента витка резь­бы гайки с витком резьбы винта. Рассмотрим прямоугольную резь­бу. На рис. показана сис­тема сил, действующих при за­винчивании гайки, F — осевая сила в винте, Ft — окружная си­ла, приложенная к гайке на сред­нем диаметре d2, FN — сила, действующая на гай­ку со стороны опорной поверхно­сти резьбы. Сила трения Fтр, про­порциональна нормальной силе FN и направлена в сторону, проти­воположную движению гайки.

Сила Ft находится из многоугольника сил, где Ψ— угол подъема винтовой линии; φ — угол трения, равный arctg(f) (f — коэффициент трения). Стрелка показывает направ­ление движения гайки. Из рисунка следует

Тогда момент в резьбе Тр при условии приложения силы Ft на среднем диа­метре d2

Окружная сила трения в треугольной резьбе больше, чем в прямоугольной. Если окружная сила трения для витка прямоугольного профиля Ft = Ff, то для витка треугольного про­филя


Где , α – угол профиля резьбы; - приведенный коэффициент трения в резьбе.

- приведенный угол трения, тогда

Момент трения Тт на торце гайки вычисля­ют, принимая, что равнодействующая сил трения приложена по среднему диаметру кольцевой опорной поверхности с наружным диаметром, равным размеру под ключ а, и внутренним диаметром, равным диаметру отверстия под винт с d0.

Распределение нагрузки (осевой силы) между витками резьбы может быть равномерным в случае, если отсутствуют зазоры (податливость резьбы выше податливости тела винта).

Задача Жуковского (абсолютная погрешность шага равна 0):