3.3Расчет передачи винт-гайка скольжения

Варианты заданий для расчета передачи винт-гайка скольжения приведены в Приложении В.

Общие теоретические сведения

Винтовая передача состоит из винта и гайки. Механизмы «винт – гайка» используются для преобразования вращательного движения в поступательное. Для этой цели их применяют в домкратах, прессах, металлорежущих станках, прокатных станах, грузоподъемных механизмах, роботах, испытательных стендах и в других устройствах. Для преобразования поступательного движения во вращательное эти механизмы используются редко (механизм перемещения пленки фотоаппарата).

Винтовые передачи (рис. 12) бесшумны в работе, что достигается повышенной плавностью зацепления, просты по конструкции и в изготовлении и позволяют получать большой выигрыш в силе. К недостаткам следует отнести: относительно низкий КПД, склонность к заеданию, тихоходность передачи.

Рисунок 12 – Винтовая передача:

1 – винт, 2 – гайка

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. Наименьшее трение между винтом и гайкой обеспечивает прямоугольная резьба, 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 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.

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. 13, 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 13 – 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. 13, 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:

, (28)

где С – длина окружности, по которой перемещается точка приложения силы, L – ход винта, p – шаг винта, К – число заходов винта [9].