Теоретическое обоснование

П ередача винт-гайка (винтовой механизм) предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное. При этом как винт, так и гайка могут иметь либо одно из вышеназванных движений, либо оба движения одновременно. Например, в винтовом домкрате, изображенном на рис.1, винт совершает оба движения одновременно. Так, при вращении вертикального винта за рукоятку в неподвижной гайке винт получает поступательное перемещение и поднимает груз, опирающийся на чашку домкрата. F

Достоинства передачи винт-гайка:

- большой выигрыш в силе;

-

Рукоятка

возможность получения медленного движения

с высокой точностью перемещения;

-

Винт

компактность при высокой нагрузочной способности;

-

Гайка

простота конструкции и изготовления.

К недостаткам рассматриваемой передачи можно отнести

большое трение в резьбе, вызывающее её повышенный износ,

низкий К.П.Д. Рис.1

Винтовые механизмы применяют для поднятия грузов (домкраты), создания больших усилий (прессы, нажимные устройства и т.п.) и получения точных перемещений (измерительные приборы, регулировочные устройства, ходовые винты станков).

Существует два типа передач винт-гайка:

1. Передачи с трением скольжения – имеют наибольшее распространение ввиду простоты устройства. Винты передач делятся на грузовые и ходовые. Грузовые винты предназначены для создания больших усилий (домкраты, прессы и т.п.). При реверсивном движении под нагрузкой в них применяют трапецеидальную резьбу, а при больших односторонних нагрузках – упорную. В домкратах применяют в основном однозаходные резьбы для получения самотормозящей винтовой пары. Ходовые винты предназначены для получения точных перемещений. Для уменьшения трения они, как правило, имеют трапецеидальную многозаходную резьбу. Гайки грузовых винтов изготовляют цельными, а ходовых винтов – составными, чтобы устранять зазоры, образовавшиеся при сборке или в результате износа резьбы. Составная гайка имеет подвижную и неподвижную части: первая может смещаться в осевом направлении относительно второй, что и обеспечивает устранение зазора.

2. Передачи с трением качения или шариковые винтовые передачи применяют для получения перемещений высокой точности, где важно малое трение и полное отсутствие зазора в резьбе (например, приводы подач станков с программным управлением и др.).

Для уменьшения потерь на трение и износа резьбы, винты передач с трением скольжения делают стальными, а гайки – из бронзы, чугуна или латуни.

Таблица 1

Материал

Винты без термообработки

Сталь марок Ст5, Ст45, Ст50

Винты с закалкой

Сталь марок Ст 40Х, Ст 40ХГ, Ст 65Г

Гайки

Бронза марок БрОФ6,5-0,15, БРОЦС6-6-3, БрАЖ9-4

Гайки при работе с большими перерывами и при малых нагрузках

Антифрикционный чугун марок АЧВ-2, АЧК-2

и серый чугун марок СЧ18, СЧ20

Наиболее частая причина выхода из строя винтов и гаек – это износ их резьбы. Поэтому основным критерием работоспособности и расчёта передачи является износостойкость (проектировочный расчёт). Также передачу винт-гайка рассчитывают на прочность и устойчивость винта (проверочные расчёты).

Последовательность расчёта винтового домкрата:

1. В зависимости от условий работы и значения нагрузки Fвыбирают материал винта и гайки и принимают допускаемое напряжение [σ] для материала винта и допускаемое давление в резьбе [р].

2. Задаются конструкцией гайки (цельная или разъёмная) и принимают коэффициент высоты гайки Ψ_н. Затем определяют средний диаметр резьбы d₂ и по ГОСТ 9484-73 принимают размеры резьбы: d, d₁, d₂ и р. При выборе шага р надо ориентироваться на средние его значения. Крупный шаг рекомендуется только для высоконагруженных передач, а мелкий – при необходимости перемещений повышенной точности.

3. Определяют длину винта.

4. Проверяют условие самоторможения винта.

5. Определяют размеры гайки. Если по расчёту число витков в гайке z получилось больше 10, то необходимо изменить размеры резьбы или выбрать другие материалы.

6. Выполняют проектировочный расчёт на износостойкость.

7. Проверяют винт на прочность.

8. Проверяют винт на устойчивость.

9. Определяют общий К.П.Д. винтового домкрата.