СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Передача винт-гайка — это механизм, который применяется для преобразования вращательного движения винта в линейное движение гайки и наоборот. Основным преимуществом этой передачи является то, что она обеспечивает высокую точность перемещения. Кроме того, данный механизм обладает большой силой и высокой скоростью, что делает его идеальным выбором для применения в областях, где необходимо обеспечить точность и высокую производительность.

Рассмотрим общие сведения о передачи винт-гайка, области ее применения, механику, критерии работоспособности, а также различные расчеты данной передачи, такие как:

1. 
   Расчет на износостойкость
   
2. 
   Расчет винтов на прочность
   
3. 
   Расчет на устойчивость
   

1. 
   ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
   

Передача винт - гайка представляет собой кинематическую винтовую пару, которую используют в различных машинах и приборах для преобразования с большой плавностью и точностью хода вращательного движения в поступательное. Различают передачи скольжения, работающие на движение с трением скольжения, и передачи качения, работающие преимущественно на движение с трением качения. В передачах скольжения используют резьбы различного профиля. В передачах качения между витками винта и гайки размещены тела качения – шарики.

Механизмы с использованием данной передачи часто применяют в качестве подъемных и нагружающих устройств, так как с их помощью можно сравнительно просто получать большие усилия (500 - 1000 кН) при малых перемещениях.

Простейший механизм (рисунок 1, а) содержит два звена; стойку — неподвижную гайку 1 и подвижное звено — винт 2, обладающее винтовым движением. Механизм используют на практике для создания силы. В механизмах, показанных на рисунках 1(6, в) оба звена, составляющих винтовую пару, подвижны. В первом из них вращение гайки вызывает поступательное перемещение винта, а во втором — вращение винта приводит к поступательному перемещению гайки. Эти две схемы передач распространены на практике, так как передача вращательного движения на гайку или винт не вызывает технических трудностей.

---

Рисунок 1 – Распространённые виды механизмов

Используют механизмы с резьбой различных профилей. В силовых механизмах большее распространение получила трапецеидальная резьба, в механизмах приборов — метрическая резьба, а в механизмах и устройствах прессов и прокатных станов — упорная резьба.

Достоинства механизмов: простота конструкций, плавность и точность хода, большое передаточное отношение, возможность самоторможения, возможность создания больших осевых сил, значительный выигрыш в силе, возможность получения медленного поступательного перемещения с высокой точностью и малые габариты при высокой несущей способности.

Недостатками передач скольжения являются повышенные потери на трение, изнашивание и низкий КПД. Передачи качения лишены этих недостатков, но их конструкция сложнее, а стоимость значительно выше.

Ходовые винты изготовляют из высокоуглеродистых сталей 40, 45, 50, 40ХН, 50ХГ, 65Г и др. с закалкой до твердости более 50 НИС. Гайки изготовляют из оловянистых бронз Бр010Ф1, БрО6Ц6СЗ и др. при высоких скоростях вращения (0,1 - 0,25 м/с), а при малых скоростях вращения используют антифрикционные чугуны марок АВЧ-1, АВЧ-2, АК.Ч-1, АК.Ч-2 или серые чугуны марок СЧ15, СЧ20.

2. МЕХАНИКА, КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И РАСЧЕТЫ ПЕРЕДАЧ

Скорость относительного перемещения гайки и винта (в м/с):



где z - число заходов винта;

Р - шаг резьбы;

n - частота вращения (в мин^-1) гайки или винта.

Число заходов z=1 назначают для самотормозящихся винтов, для несамотормозящихся механизмов принимают .

Вращение винта или гайки в механизмах осуществляется обычно с помощью маховика (рукоятки), шестерни и т. п. Зависимость между окружной силой на маховике и осевой силой на винте найдем из равенства работ на маховике и винте:



где - КПД механизма;

---

и - окружное перемещение маховика и осевое перемещение винта (гайки)

Передача винт - гайка позволяет с малым вращающим моментом создать большую силу (получить выигрыш в силе) или осуществить медленные точные перемещения.

Первое из указанных свойств реализуют в домкратах, прессах и других устройствах, второе - в различных механизмах (регулировочных, подачи станков, управления механизацией крыльев летательных аппаратов и т. д.).

Коэффициент полезного действия механизма найдем как отношение работы на завинчивание винта без учета сил трения (f = 0 и р = 0) к работе с учетом сил трения. Тогда, имея в виду, что момент на маховике равен моменту трения в резьбе, найдем:



где β = P/(πd₂) — угол подъема резьбы;

p = arctg f — угол трения (f — коэффициент трения в резьбе)

Из этой формулы видно, что КПД передачи возрастает с увеличением угла подъема р и уменьшением коэффициента трения в резьбе.

Для увеличения угла подъема применяют многозаходные винты. Ход резьбы в этом случае S = Рz (Р и z — шаг и число заходов резьбы). Однако винты с углом β > 25° на практике не применяют, так как дальнейшее увеличение β не дает существенного повышения КПД. Обычно η = 0,7.

Для повышения КПД механизмов стремятся уменьшить коэффициент трения в резьбе за счет изготовления гаек из антифрикционных материалов (бронзы, латуни и др.), смазывания трущихся поверхностей и их тщательной обработки.

Распространение получили шарико - винтовые механизмы (рисунок 2), в которых между витками винта и гайки размещают шарики. При вращении винта шарики движутся в направлении поступательного движения винта, попадают в обводной канал в гайке и возвращаются в полость между винтом и гайкой. Механизмы имеют коэффициент полезного действия , так как коэффициент трения качения невелик (f=0,005...0,01).



Рисунок 2 – Шариковинтвой механизм

Опыт проектирования и эксплуатации передач показал, что потеря их работоспособности связана главным образом с износом резьбы. В высоконагруженных передачах домкратов, прессов и других подобных устройств имеют место случаи потери устойчивости, реже разрушения винтов. Таким образом, критериями работоспособности передачи являются износостойкость, прочность и устойчивость.

---

3. 
   РАСЧЕТ НА ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ
   

При определении размеров передачи исходят из основного критерия работоспособности – износостойкости резьбы. Для обеспечения необходимой износостойкости ограничивают среднее давление р в резьбе допускаемым давлением [р]изн, МПа:



где d₂ и h - средний диаметр и рабочая высота профиля резьбы;

z_B - число витков;

[р] - допускаемое контактное давление; используется в расчете как критерий подобия, отражающий предшествующий опыт эксплуатации механизмов, зависит от материалов винта и гайки.

Допускаемые напряжения для пар материалов винт - гайка: закаленная сталь - бронза [р]=10...13 МПа; незакаленная сталь и бронза [р]=8...10 МПа; незакаленная сталь и антифрикционный чугун [р]=6...7 МПа; незакаленная сталь и серый чугун [р]= 4...5 МПа. Для механизмов точных перемещений (делительных и др.) значения [р] принимают в 2...3 раза меньше, чем для механизмов общего назначения. Вследствие износа и приработки распределение нагрузки между витками резьбы улучшается. Поэтому в механизмах применяют более высокие гайки, чем в резьбовых соединениях. Увеличением высоты гайки повышают работоспособность передачи.

В механизмах, к которым предъявляются жесткие требования компенсации износа с целью уменьшения «мертвого» хода (зазора между витками винта и гайки), применяют разрезные гайки (рис. 7.3) или специальные устройства (например, пружинные), обеспечивающие радиальную или осевую выборку зазора [3, 8, 9]

4. 
   РАСЧЕТ ВИНТОВ НА ПРОЧНОСТЬ
   

В процессе работы винт механизма работает в условиях растяжения и кручения. Поэтому условие прочностной надежности по допускаемым напряжениям имеет вид:

где σ_экв — эквивалентное напряжение;

[σ_р] — допускаемое напряжение при растяжении материала винта.

В связи с наличием зазоров в резьбе в схеме расчета на устойчивость принимают шарнирное закрепление концов винта (коэффициент приведения длины v = 1). Радиус инерции , (здесь J — осевой момент инерции сечения, , А — площадь поперечного сечения винта.

Напряжения растяжения (сжатия) и кручения определяются так же, как для резьбовых соединений (Wр— полярный момент сопротивления сечения):

---

а эквивалентное напряжение

4. 
   РАСЧЕТ НА УСТОЙЧИВОСТЬ
   

Потеря устойчивости длинных сжатых винтов может быть причиной разрушения передачи. Расчет на устойчивость проводится для длинных высоконагруженных винтов (домкратов и др.). Условие устойчивости винтов по допускаемым напряжениям имеет вид:



где φ — коэффициент уменьшения допускаемых напряжений, выбирается в зависимости от параметра гибкости.

При проверке на устойчивость различают винты малой, средней и высокой гибкости. При значениях гибкости λ ≤ 55 проверку на продольный изгиб можно не выполнять. Стальные винты при гибкости λ ≥ 100 проверяют на устойчивость по Эйлеру по величине критической силы.

При невыполнении условий прочности и устойчивости необходимо выбрать резьбу с большими диаметрами и повторить проверочные расчеты винта на самоторможение и устойчивость.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате изучения темы установлено, что:

1. 
   Передача винт — гайка — винтовая механическая передача, преобразующая вращательное движение в поступательное, или наоборот. В общем случае она состоит из винта и гайки. Винтовые передачи делятся на: передачи скольжения; передачи качения. Главные преимущества: простота конструкции, точность, плавность хода.
   
2. 
   Передача винт — гайка позволяет с малым вращающим моментом создать большую силу или осуществить медленные точные перемещения. Критериями работоспособности данной передачи являются: износостойкость, прочность и устойчивость
   
3. 
   Основной причиной выхода из строя винтов и гаек является большое изнашивание их резьбы. Поэтому при определении размеров передачи исходят из расчета на износостойкость резьбы по допускаемому давлению.
   
4. 
   В процессе работы винт механизма работает в условиях растяжения и кручения, поэтому эквивалентное напряжение должно быть меньше или равно допускаемому напряжению при растяжении материала винта.
   
5. 
   Расчет на устойчивость передачи винт-гайка позволяет определить ее способность сохранять равновесие и не подвергаться боковому смещению при работе под нагрузкой.
   

---

Смотрите также файлы

• Мутасов Д. И.rtf

• Этнический и расовый состав Северной Америки.pptx

• Полноприводный легковой автомобиль 2го.docx

• Дипломная работа по специальности Земельноимущественные отношения др 21. 02. 05 325 16 23 Нормоконтроль.docx

• пермский государственный национальный исследовательский университет колледж профессионального образования право на изображение гражданина в российском гражданском праве.docx