Винт гайка. 8_винт-гайка. 64. Передача винтгайка назначение, достоинства и недостатки, область применения

• Название: 64. Передача винтгайка назначение, достоинства и недостатки, область применения
• Анкор: Винт гайка
• Дата: 08.11.2022
• Размер: 1.73 Mb.
• Имя файла: 8_винт-гайка.doc
• Тип: Документы; #777056

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



Передача винт—гайка 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=H_г/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 σ_в=4*100 МПа, σ_т=4*6*10 МПа

Если класс прочности 5.8, то σ_в=5*100 МПа, σ_т=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=H_г/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 F_t 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 F_t = 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 f0,1) 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 Т_зав, который созда­ется гаечным ключом, преодолевает момент трения в резьбе Т_р и момент трения Т_т на торце гайки (головки винта) о неподвижную поверхность детали:



Момент трения в резь­бе Т_р 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, F_t — окружная си­ла, приложенная к гайке на сред­нем диаметре d₂, F_N — сила, действующая на гай­ку со стороны опорной поверхно­сти резьбы. Сила трения F_тр, про­порциональна нормальной силе F_N и направлена в сторону, проти­воположную движению гайки.



Сила F_t 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 Т_р при условии приложения силы F_t на среднем диа­метре d₂



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




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

- приведенный угол трения, тогда





Момент трения Т_т 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 d_0.







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):


72. Виды трения и КПД резьбовых передач. Пути повышения КПД.

Существуют следующие виды трения:

трение без смазочного материала (а, б) редко встречается в машинах, лишь при работе в условиях вакуума, весьма низких или высоких температурах;

трение со смазочным материалом: граничное (в), полужидкостное (г), жидкостное (д).



Среди трения со смазочным материалом различают:

Граничное трение происходит по тончайшим масляным пленкам, образовавшимся в результате адсорбции.

Полужидкостное трение — смешанное трение, при кото­ром трущиеся поверхности не полностью разделены слоем жидкого смазочного материала и происходит касание отдельных микронеровностей.

Жидкостное трение возникает между слоями смазочного материала, находящегося между трущимися поверхностями.

КПД резьбовой пары определяют из условия , где А_пол – полезная работа, А_затр – работа, затраченная на завинчивание гайки.

Рассмотрим поворот гайки на малый угол dγ, при котором силы считаем постоянными.







Тогда КПД резьбовой пары .

Чтобы увеличить КПД необходимо либо уменьшить φ₁, т.е. уменьшить коэффициент трения f, изготовив гайку и винт из антифрикционных материалов (φ₁ < Ψ для ходовых резьб), либо увеличить Ψ, т.е. повысить заходность резьбы (если резьба должна быть самотормозящейся, то φ₁ > Ψ).
73. Методы расчета основных элементов резьбовой передачи на прочность.

Расчет тела винта, нагруженного силой затяжки и моментом трения в резьбе:

За счет растяжения в теле винта возникает напряжение



За счет существования вращающего момента в резьбе возникает напряжение τ.

Для расчета такого напряженного состояния применим энергетическую теорию прочности:



где - нормальные напряжения, - максимальные касательные напряжения, - момент в резьбе, - момент сопротивления кручению.

Тогда, подставив эти значения, получим



Т.к. все резьбы геометрически подобны, то



Проверочный расчет на срез и смятие проводят в тех случаях, когда одна из деталей с резьбой выполнена из материала менее прочного, чем у другой детали.



Срез резьбы винта происходит по диаметру d₁, т.е. для резьбы винта



Срез резьбы гайки происходит по диаметру d, т.е. для резьбы гайки



где H – высота гайки, k=P'/P – коэффициент полноты резьбы, k_m – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по виткам резьбы из-за ошибки шага.

Напряжение смятия в резьбе



где z=H/P – число витков резьбы гайки; - напряжение смятия для менее прочной детали резьбовой пары.

Расчет тела 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.
74. Расчет винтов на устойчивость, методика расчета.

- 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.
75. Принцип схематизации опор винта в резьбовых передачах при расчете его на устойчивость. Пример такой схематизации.

Такой расчет называется расчет по коэффициенту понижения допускаемого напряжения, в нем применяется принцип схематизаций опор винта, для нахождения коэффициента приведенной длины, который в свою очередь необходим для нахождения коэффициента допускаемого напряжения, сейчас последует расчет.

- 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.


76. Приведенная длина винта резьбовой передачи при расчете его на устойчивость.

Коэффициент μ - это число, показывающее, во сколько раз следует увеличить длину шарнирно опертого стержня, чтобы критическая сила для него равнялась критической силе стерж­ня длиной l в рассматриваемых условиях закрепления (Определение из сопромата).

μl – приведенная длина стержня, где l – длина неопорного участка (за расчетный принимают крайнее положение гайки, когда винт нагружен по максимальной длине), используемая при расчетах, в зависимости от способа закрепления винта:



Расчет можно проводить двумя методами.

1) расчет по коэффициенту понижения допускаемого напряжения

- 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.

2) метод Эйлера определения критической силы

S – коэффициент запаса.
77. Гибкость винта. Определение гибкости винта и ее влияние на величину критической силы, действующей вдоль оси 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.





- следовательно, при увеличении гибкости критическая сила снижается.

78. Использование объединенного условия прочности и устойчивости сжатых стержней в расчетах резьбовых передач.

Расчет тела винта, нагруженного силой затяжки и моментом трения в резьбе:

За счет растяжения в теле винта возникает напряжение



За счет существования вращающего момента в резьбе возникает напряжение τ.

Для расчета такого напряженного состояния применим энергетическую теорию прочности:



где - нормальные напряжения, - максимальные касательные напряжения, - момент в резьбе, - момент сопротивления кручению.

Тогда, подставив эти значения, получим



Т.к. все резьбы геометрически подобны, то



Проверочный расчет на срез и смятие проводят в тех случаях, когда одна из деталей с резьбой выполнена из материала менее прочного, чем у другой детали.



Срез резьбы винта происходит по диаметру d₁, т.е. для резьбы винта



Срез резьбы гайки происходит по диаметру d, т.е. для резьбы гайки



где H – высота гайки, k=P'/P – коэффициент полноты резьбы, k_m – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по виткам резьбы из-за ошибки шага.

Напряжение смятия в резьбе



где z=H/P – число витков резьбы гайки; - напряжение смятия для менее прочной детали резьбовой пары.

Расчет тела 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.