Title Here

5.3.1 Общие сведенья. Кинематические и силовые соотношения

5.3.2 Грузовой винтовой механизм

 

 

5.3.1 Общие сведенья. Кинематические и силовые соотношения

 

Передача винт — гайка предназначена для преобразования вращательного движения одного из элементов пары в поступательное перемещение другого. При этом как винт, так и гайка могут иметь либо одно из названных движений, либо оба движения вместе.

К достоинствам винтовых механизмов относятся: простота получения медленного поступательного движения и возможность большого выигрыша в силе, плавность, бесшумность, способность воспринимать большие нагрузки, возможность осуществления перемещений с высокой точностью, простота конструкций.

Недостатками винтовых механизмов являются: большие потери на трение и, как следствие, низкий к. п. д.

Винты в винтовых механизмах в зависимости от назначения разделяют на грузовые (домкраты, прессы) и ходовые (служащие для точной передачи движения в станках, измерительных устройствах). Определим кинематические соотношения в винтовой паре. На рис. 1 показана схема винтового механизма.

рис. 1

Винт вращается вокруг продольной оси и перемещается вдоль нее. Поступательное перемещение винта s определяется ходом резьбы и углом поворота ?


Скорость поступательного движения v = ds/dt и угловая скорость вращения винта ? = d?/dt равны производным от соответствующих перемещений по времени. Отсюда находим:

где v — в мм/с; ? — в рад/с.

Отношение линейного перемещения точки K обода колеса (рукоятки) (рис. 1) за один полный оборот ?D к ходу резьбы условно называют передаточным отношением винтовой пары . Например, для трапецеидальной резьбы Трап. 50X3 ГОСТ 9484 — 75 ход резьбы — 3 мм. При диаметре штурвала D = 600 мм условное передаточное отношение


Рассмотрим силовые соотношения в винтовой кинематической паре с прямоугольной резьбой (рис. 2, а).

рис. 2

Обозначим: F — осевая сила, действующая на винт; — реакция со стороны гайки на нарезку винта; (по касательной к поверхности нарезки) — сила трения. Развернем один виток нарезки на плоскость (рис. 2).

Напишем уравнения равновесия:
1.
Известно, что - — угол трения.

Решая уравнение (1), получим:


2.
Подставив значения и , получим

откуда


где r — средний радиус нарезки винта; — движущая сила, приложенная к рукоятке.

Коэффициент полезного действия винтовой пары . Для одного витка

тогда


Сокращая на 2? и подставляя значение момента , получим


Результаты не изменятся, если сделать неподвижной гайку и вращать винт. К. п. д. зависит от соотношения углов ? и ?: с увеличением ? к. п. д. возрастает, достигая максимума при ? = 45° — ?/2.

Если винтовой механизм обладает свойством самоторможения, то и к. п. д. меньше 50 %.

Самотормозящие винтовые пары применяются довольно часто, так как они гарантируют отсутствие движения под действием осевой силы. Например, в самотормозящих грузовых винтах (домкраты) поднятый груз не будет самопроизвольно опускаться.

 

5.3.2 Грузовой винтовой механизм

 

Примером конструкции грузового винтового механизма может служить домкрат.


Гайка запрессована в чугунный корпус. Винт вращается и перемещается поступательно. Вращение винта обеспечивается усилиями одного или двух рабочих. Рукоятка, к которой прикладывается усилие, проходит через отверстие к головке впита. На головке укреплена чашка, упирающаяся в груз. Для уменьшения трения между головкой винта и чашкой по кольцевой опорной поверхности уменьшают радиус опорной поверхности чашки или заменяют трение скольжения трением качения, вводя упорный шарикоподшипник.


На конце винта укреплена шайба, препятствующая полному вывинчиванию винта из гайки.

Винтовые механизмы в процессе проектирования рассчитывают на прочность винта и гайки, на износ рабочих поверхностей резьбы и на продольную устойчивость винта (при сжатии).

Внутренний диаметр винта домкрата определяется из условия прочности:

где ? = 1,25?1,3.

По значению d1 выбирают ближайший больший стандартный размер резьбы.

Винтовые передачи чаще всего выходят из строя вследствие износа скользящих друг по другу поверхностей витков резьбы.

Износостойкость винтовой передачи зависит от среднего давления на поверхностях витков, поэтому оно не должно превышать допускаемого:


где - кольцевая рабочая поверхность одного витка; z — число витков гайки; F — осевая сила.

Допускаемое давление [р] в резьбе для пары сталь — чугун 6—10 МПа, для пары сталь — бронза 8—15 МПа.

Высоту гайки определяют из расчета на износостойкость согласно условию . Определив число витков гайки

находят высоту гайки

h = Pz


где Р — шаг резьбы.

 

Иногда этот расчет называют также расчетом на невыдавливание смазки.

По исследованиям Н. Е. Жуковского о распределении нагрузки на витки гайки число витков гайки не должно превышать 10, т. е. z ? 10.

Кроме того, гайку рассчитывают на растяжение по кольцевому сечению


Помимо растяжения происходит кручение тела гайки, его приближенно учитывают, вводя коэффициент ?.

 

Предыдущий раздел

Главная

Содержание

Следующий раздел
 
Закрыть