Обычно винтовые механизмы служат для приобразования вращательного движения в поступательное со значительным уменьшением скорости. Реже применяют их для приобразования наступательного движения во

8 Винтовые механизмы.

Обычно винтовые механизмы служат для приобразования вращательного движения в поступательное со значительным уменьшением скорости. Реже применяют их для приобразования наступательного движения во вращательное. В этом случае винт не должен быть самотормозящимся. Основными деталями винтовых механизмов является цилиндр с наружной резьбой(винт) и кольцо с внутренней резьбой (гайка)

Резьбой называют поверхность получающуюся при перемещении некоторого профиля по винтовой линии.В зависимости от числа элиментов профиля различают одно и много заходные резьбы. В зависимости от числа элементов резьбы могут быть правыми и левыми. В зависимости от характера движения винта и гайки механизмы подразделяют на четыре группы

С вращающейся гайкой и поступательно движущимся винтом

С вращающимся винтом и поступательно движущейся гайкой

С неподвижным винтом и гайкой, находящимся в винтовом движении

С неподвижной гайкой и винтом, находящимся в винтовом движении

Последний вариант обеспечивает наибольшую точность движения и широко используется в измерительных приборах. По назначению винтовые механизмы делят на силовые и кинематические.

Силовые предназначены для силовых (значительных) нагрузок. Они должны иметь высокий КПД и достаточную прочность элементов передачи резьбы. Кинематические механизмы применяют для точных перемещений углов прибора и регулирования взаимных расположений деталей. Кинематические механизмы должны иметь достаточную прочность преобразования движения, в них должны отсутствовать мёртвые ходы за счёт зазоров в резьбах, т.е. должны быть минимальными накопления и циклическая погрешность. В винтовых механизмах применяют резьбы различных видов. Метрическую применяют для крепёжных деталей и кинематических винтовых механизмов. Резьбу трапецеидальную применяют исключительно для винтовых механизмов, чаще в силовых конструкциях, если осевая сила может действовать в любом направлении. Винтовые механизмы с трапецеидальными резьбами имеют боле высокий КПД чем метрическими, но ограничены минимальным размером d=8мм. Кроме того, трапецеидальная резьба обеспечивает большую точность осевого перемещения ведомого звена. Метрическая резьба имеет меньшие погрешности (в радиальном направлении) винта или гайки. Условия изготовления делают целесообразным применение в точных механизмах с мелкими шагами (<1мм) только метрической резьбы, а с большими – трапецеидальной.

Резьбу упорную используют для тяжело нагруженных винтовых механизмов с осевыми силами, действующими в одном направлении.Профиль резьбы несимметричен по отношению к торцевому сечению

Угол профиля 3° и 30°

Резьбу прямоугольную применяют с большим числом заходов (более 3-х) в оптико-механических и других приборах. Она нестандартна и не обеспечивает взаимного центрирования деталей, технологически более трудоёмка и менее прочна. При использовании винтовых механизмов,основной задачей является определение момента (М) действующую на вращающуюся деталь (винт или гайки) для преодоления осевой нагрузки Q. Если развернуть один виток резьбы,получим клиновый механизм с углом клина,равным углу подъёма резьбы. Если осевое перемещение винта за

один полный оборот S_h=ns

n-число заходов или параллельных витков резьбы

угол подъема резьбы

На резьбу действует сила нормального давления, или нормальная реакция f’N-сила трения

Спроектировать все силы на координаты оси,получим: Р –окружное усилие

Из этой формулы видно, что КПД прежде всего зависит от угла подъёма винтовых линий,и следовательно числа заходов. При увеличении числа заходов КПД повышается. В отличии от многих других механизмов (рычажных,зубчатых и др.) в винтовых механизмах ведущее звено (как правило) имеет вращательное движение, а ведомое поступательное. При определённых условиях возможна передача движения в обратном направлении. Такие механизмы называется несамотормозящимися

Действующая осевая сила Q может вызывать поворот винта относительно гайки.В этом случае момент от возникающих в резьбе сил трения f ‘N меньше, чем раскручивающий момент, возникающий от осевой силы Q. Минимальное значение угла -----,при котором самоторможение отсутствует может быть определено следующим образом.Спроектируем все силы на оси n и

Т.о. винтовой механизм будет самотормозящимся если, ψ<ρ и нетормозящимся при ψ>ρ. Для снижения угла трения (повышения КПД) трение скольжения в винтовой паре заменяют трением качения. Винтовые пары с трением качения образуют шариками, расположенными между винтовыми дорожками винта и гайки.

Для обеспечения вращения в одном направлении шарики должны возвращаться в исходное положение. С этой целью в конструкциях шарикового механизма предусматривается рециркуляционные устройства

Угол трения в такой передаче

Где К=0,03-0,08мм d_ш- диаметр шарика _к- угол контакта

Шариковые механизмы нашли широкое применение в устройствах, работающих без смазки и обеспечивающий малый коэффициент трения покоя, высокий КПД (до 0,98) незначительный износ, стабильную точность перемещения, возможность движения под действием силы тяжести (несамотормозящийся механизм.).Прочностной расчет элементов винтовых механизмов проводит для предотвращения поломки винта, а при значительных длинах винта для предотвращения потери устойчивости. В поперечном сечении винта действует нормальное напряжение растяжения (или сжатия), возникающее от осевой силы Q

И касательное напряжение от вращающего момента М

Где К - коэффициент, зависящий от профиля резьбы (для метрических К =1,3, для трапецеидальных К=1,25). Если винт работает на сжатие, то его допустимая длина из условия устойчивости при продольном изгибе.

К₁=0,5-2 коэффициент учитывающий жесткость конструкции опорных узлов. С увеличением жесткость К₁ возрастает коэффициент устойчивости

Целесообразно выбирать /

В винтовых механизмах целесообразно применять смазку т. к это обеспечивает высокий К.П.Д.

Если на рабочих боковых поверхностях резьбы давление будет превышать допустимое, смазочный материал будет выдавливаться и К.П.Д. резко уменьшиться, возникнут на поверхности задиры. Поэтому элементы резьбы винтовых механизмов проверяют на износостойкость.

[q]Мпа

Сталь по чугуну 4-5

Сталь по антифрину чугуну 10-12

Сталь по бронзе 7-9

Закаленная сталь на бронзе 10-12

При значительных нагрузках Q резьба должна быть проверена на срез, смятие и изгиб.

При деформации среза

mP- толщина ниток резьбы в сечении среза

m- коэф, зависящий от продольной резьбы

m=0.64 для метрической

m=0,78 для трапециидальной

F_с= площадь среза

[τ] – допустимые напряжения среза

При деформации смятия

где Fсм – площадь сжатия; [ ] – допустимые напряжения сжатия

При деформации изгиба

где w – момент сопротивления; [ ] – допустимые напряжения изгиба

Кинематические механизмы предназначены для точного перемещения отдельных узлов приборов, регулировки их взаимного положения а также используется в качестве отсчётных устройств.

Передаточное отношение идеального винтового механизма может быть определено как отношение поступательного перемещения винта или гайки к соответствующему вращательному

Для увеличения перемещения во многих узлах прецизионных приборов применяющих дифференциальные винтовые механизмы с малым передаточным отношением

1-2 соосные винты

3-гайка (ведущее звено)Линейное перемещение выходного звена (винта2) за один оборот гайки будет Р₁ –Р_{2 а} передаточное отношение

Для уменьшения мёртвых ходов в винтовых механизмах применяют гайки с упругим поджатием или вводят специальные пружины, обеспечивающие постоянное направление осевых сил в механизме.

Дата добавления: 2015-08-29