Передача винт-гайка

Винтовые, шариковые, роликовые передачи, привода и механизмы

250 руб.

Описание товара

Винтовые, шариковые, роликовые передачи, привода и механизмы
1 Назначение и область применения винтовой передачи.

        Передача винт – гайка в отличие от основных видов механических передач, за ис-ключением зубчато – реечной передачи, позволяет преобразовывать вращательное движе-ние в поступательное, и наоборот, при этом в большинстве случаев применения данного вида передачи в машинах, а обеспечиваемая при этом точность перемещения позволяет создавать механизмы и агрегаты с программируемым приводом. Широкое применение передачи винт – гайка в различных областях техники объясняется следующими ее премуществами:
– компактностью и простотой изготовления,
– большим передаточным отношением, которое позволяет получить большой    выигрыш в силе и малую величину перемещения,
– высокой нагрузочной способностью и достаточно высокой жесткостью, что        позволяет использовать ее в качестве силовой передачи,
– возможность обеспечения самоторможения или не самоторможения, в   зависимости от величины угла наклона витков резьбы,
– плавностью и высокой точностью перемещения,
– высокой надежностью,
– бесшумностью.
Передача винт – гайка скольжения, обладая вышеперечисленными преимуществами, имеет и ряд недостатков, это, прежде всего, низкий КПД, обусловленный повышенным трением в передаче, а как следствие повышенным износом и невозможность ее использования при высоких скоростях (особенно это относится к самотормозящимся передачам). Кроме того при использовании передачи например в качестве механизма подачи кареток и суппортов технологического оборудования на значительные расстояния (5метров и более) она имеет жесткость ниже, чем зубчато – реечная передача.
Однако передача винт – гайка качения, в которой контакт винта и гайки осуществляется через промежуточные элементы, например шарики в значительной степени лишен указанных недостатков за счет значительного снижения трения, но при этом сложность изготовления и сборки такой передачи и соответственно ее стоимость существенным образом увеличивается.
Область применения передачи винт – гайка в различных областях техники определяется ее преимуществами и недостатками, при этом она может использоваться как силовая и как вспомогательная. В качестве силовой передача винт – гайка находи применение в следующих технических объектах:
– винтовые пресса (см. Рис. 62)
– тиски, подъемники, домкраты, съемники, сборочные приспособления для запрессовки деталей(см. Рис. 65, 66, 74, 85),
– запорная арматура (см. Рис. 70, 71, 75),
– поры, прижимы, замки, талрепы (см. Рис. 61, 79, 80),
– приводы поступательного и вращательного перемещения (см. Рис. 58, 67, 68, 84)
В качестве вспомогательной передача винт – гайка находи применение в следующих технических объектах:
– механизмы перемещения суппортов и кареток технологического оборудования,
и элементов приборов (см. Рис 39 – 42, 49, 57, 60, 61, 63, 72)
– пневмо – гдравлических двигателях (см. Рис. 81, 82, 83, 85)
– приводы перемещения различных механизмов и агрегатов самолета (см. Рис. 69)

2 Винтовая передача скольжения

      Передача винт – гайка скольжения, обладая высокой нагрузочной способностью и удовлетворительной точностью перемещения, проста в изготовления, и поэтому несмотря на низкий КПД, широко применяются в различных областях техники , в том числе в тяжело нагруженных и точных приводах, какими являются приводы столов и суппортов металлорежущих станков, приводы перемещения судовых рулей, и т. п. В качестве резьбы в таких приводах, как правило, используют одно – двухзаходную трапецеидальную резьбу с углом профиля 30 град. по ГОСТ 9484 – 60, который определяет номинальную величину ее геометрических параметров, при этом, на ходовые винты и гайки, применяемые для точных перемещений, устанавливаются: допуск на половину угла профиля витка резьбы, допуск на радиальное биение витка резьбы, допуск на отклонение шага резьбы, которые нормируются ТУ Д 22 – 2, согласно которым устанавливается пять классов точности ходовых винтов (0, 1, 2, 3, 4). Допуск на погрешность шага винта приведен в табл.1

                                                                                                       Таблица 1

          Допустимые отклонения половины угла профиля резьбы винтов приведены в табл. 2. Допустимая величина радиального биения наружного диаметра резьбы винтов приведена в табл. 3.Параметры шераховатости боковой поверхности сторон профиля трапецеидальной резьбы ходовых винтов и гаек приведены в табл. 4.

                                                                                                Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

         В качестве материала для изготовления ходовых винтов нормальной точности применяются углеродистые качественные стали 35, 45, 50, 60, 60Г, а для изготовления винтов повышенной точности применяются легированные конструкционные стали 35Х, 40Х, 40ХН, 18ХГТ, 12ХН3А,30ХГСА, 30ХВА, 40ХФА, 38ХМЮА. В качестве материала для изготовления гаек применяются чугуны СЧ15, СЧ18, СЧ20, СЧ25, СЧ30, СЧ35, оловянистые бронзы БрО4Ц7С5, БрО4Ц4С17, БрО5Ц5С5, БрО6Ц6С3, БрО10С10, БрО10Ф1, безоловянистые бронзы БрА9Мц2Л, БрА9Ж3Л, БрА10Ж3Мц2, Бр11Ж6Н6, а также пластмассы: полистирол, полиформальдегид, фторопласт – 4, капролон, полиамид 610, полиамид АК – 93/7, полиамид ПМ – 67.
При проектировании винтовой передачи скольжения выполняется ее расчет:
– на износостойкость резьбы гайки по удельному давлению,
– на прочность ходового винта по приведенному напряжению,
– на устойчивость для определения критической осевой нагрузки.


Чертеж ходового винта первого класса точности приведен на Рис 1

Рис 1 Чертеж ходового винта первого класса точности

Технология изготовления и сборки ходовых винтов и гаек скольжения

          Поскольку по своей форме ходовой винт имеет полную анологию с валом, а иногда он и конструктивно выполняется за одно целое с валом, то и технология его изготовления во многом схожа с изготовлением длинного не жесткого вала. Отличительной особенностью технологии изготовления ходового винта является нарезка резьбы и сборка длинных составных винтов. На неответственных ходовых винтах с НВ < 350 резьба нарезается за две операции (черновую и чистовую) фрезерованием методом вихревого нарезания или точением профильными резцами. Ходовые винты для точных передач (0, 1 класса точности) имеют высокую твердость НRС = 58 – 62, получаемую закалкой, поэтому резьба на них нарезается методом шлифования на резьбошлифовальных станках за 2 – 3 перехода в зависимости от размеров и класса точности винта. Базой для нарезки резьбы на коротких жестких ходовых винтах служат центровые отверстия. При нарезке резьбы на длинных нежестких ходовых винтах вводят дополнительную технологическую базу, в качестве которой используется наружная поверхность винта. Технология изготовления ходовых гаек в значительной степени аналогична изготовлению точных втулок с двумя базовыми цилиндрическими поверхностями и отличается только нарезкой точной внутренней резьбы.
Работоспособность винтовой передачи существенным образом зависит от взаимного положения винта и гайки, которое обеспечивается при сборке и зависит от точности изготовления деталей входящих в передачу. Предельная величина несовпадения оси винта и гайки определяется величиной зазора в посадке наружного диаметра ходового винта и внутреннего диаметра гайки.
Рассмотрим размерные цепи, определяющие собираемость винтовой пары, на примере привода пресса для пробивки отверстий в угловом прокате . Дыропробивной пресс состоит из станины 1, установленной на тумбе 2 с возможностью поступательного перемещения в направляющих 6 от шагового привода 3 выходным звеном которого, является ходовой винт 4, взаимодействующий с гайкой 5. Направляющие 6 установлены на тумбе 2 с возможностью регулировки в горизонтальной плоскости посредствам эксцентриковых осей 7

Рис 2 Размерные цепи А и γ определяющие собираемость винтовой передачи

 

Рис 3 Размерные цепи Б и φ определяющие собираемость винтовой передачи

В данном разделе полной версии статьи подробно рассматриваются
вышеуказанные размерные цепи, определяющие собираемость
винтовой передачи

Конструктивные особенности винтовой передачи  скольжения

       Для создания приводов с большой величиной осевого перемещения, например в продольно – фрезерных станках, ходовые винты делают сборными, поскольку ходовой винт длиной 8 – 10 м изготовить цельным практически не возможно используя типажное оборудование.Конструкция такого ходового винта показана на Рис 4. Предлагаемый ходовой винт содержит две секции 1 и 2 и шпильку 3, имеющую участок 4 с правой резьбой и участок 5 с левой резьбой. В секциях выполнены резьбовые отверстия 6 и 7, имеющие оси, пересекающиеся под прямым углом с осью винта. Шпилька снабжена хвостовиком со шлицевыми пазами 8, с которыми контактируют установленные в секциях 1 и 2 винты 9 (на разрезе А – А винты 9 условно не показаны).

Рис 4 Конструкция сборного ходового винта

В данном разделе полной версии статьи содержится 9 примеров ориги-нальных конструкций винтовых передач с описанием
их работы (см.Рис. в таб)

3 Гидростатическая винтовая передача

           При удовлетворительной нагрузочной способности передача винт – гайка скольжения, из – за большого трения в резьбе, имеет крайне низкий КПД, поэтому в тяжело на-груженных винтовых передачах применяются гидростатические винтовые передачи, в которых взаимодействие резьбовых поверхностей ходового винта и гайки происходит в условиях жидкостного трения.Поскольку сопряженные поверхности винта и гайки разделены масляным слоем, а коэффициент жидкостного трения весьма мал, их износ практически отсутствует.                            Гдростатическая передача фактически является беззазорной, так как зазор между сопряженными поверхностями винта и гайки заполнен масляным слоем, жесткость которого достаточно высока и не уступает жесткости передачи винт – гайка скольжения. Профиль резьбы в гидростатической передаче обычно трапецеидальный. Недостатком гидростатической передачи является ее сложность обусловленная наличием в гайке дополнительных каналов для подвода смазки и карманов на боковой поверхности витков резьбы для удержания смазки, а также обязательным наличием специальной гидроситсемы для подвода и циркуляции смазки в винтовой паре.

Рис 13 Схема гидростатической передачи винт – гайка показана.

          На Рис 13 показана схема гидростатичекой передачи винт – гайка. Она маслоподводящие каналы 3 и 4 для подвода смазки и канал 5 для ее отвода, а также наклонные каналы 6 и 7 для подвода смазки к карманам 8 и 9 расположенным набоковой поверхности витков резьбы гайки. Подвод смазки (масло под давлением 3 – 4МПа) осуществляется от гидросистемы содержащей насос Н предохранительный клапан КП фильтр Ф и дроссели Д1 и Д2 установленные на входе в маслоподводящие каналы 3 и 4. Слив масла в бае осуществляется по соответствующей магистрали через канал 5. Толщина масляного слоя в гидростатической винтовой передаче определяется величиной зазора между витками резьбы винта и гайки, минимальная величина которого существенным образом зависит от точности рабочей поверхности резьбы. Поскольку от толщины масляного слоя зависит жесткость передачи и потребный расход масла для смазки винтовой пары, зазор в передаче рекомендуется принимать минимально допустимым, равным hmin = 10 – 15 мкм. Для повышении нагрузочной способности гидростатической передачи высоту профиля ее резьбы вдвое увеличивают по сравнению с основной трапецеидальной резьбой по ГОСТ 9484 – 60 и ГОСТ 24737 – 81, и переходят на следующую большую градацию шага. Рекомендуемые параметры резьбы для гидростатической передачи винт – гайка приведены в таб. 5

                                                                                                            Таблица 5

Ширину кармана принимают равной b = (1/4 – 1/3)H, где Н высота профиля резьбы, при этом меньшие значения принимают для меньших диаметров резьбы.
При отсутствии осевой нагрузки ходовой винт находится под действием равных и противоположно направленных сил, создаваемых давлением масла на боковые поверхности резьбы и зазоры в резьбе между противоположными поверхностями витков одинаковы h1= h2 (см. Рис. 13). Если осевая нагрузка действует слева направо, тодавление масла в карманах 8 растет, а в карманах 9 уменьшается, что приводит к изменению величины зазоров в резьбе между противоположными поверхностями витков, зазор h1 уменьшается, а зазор h2 увеличивается (h2>h1). Разность давления между противоположными поверхностями витковрезьбы уравновешивает действие осевой нагрузки на винтовую передачу.
При проектировании гидростатической передачи винт – гайка на основании заданной осевой нагрузки и жесткости передачи, а также конструктивно выбранных параметров резьбы, рассчитывается зазор в передаче, расход масла, а также проверяется возможность при выбранных параметрах резьбы обеспечить нагрузочную способность и жесткость передачи. Рекомендации по выполнению расчетов винтовой гидростатической передачи приводятся в работах [3], [5], [6].

На Рис 14 Конструкция винтовой гидростатической передачи с двумя полугайками позволяющая регулировать зазор в резьбе.

           На Рис 14 показана конструкция винтовой гидростатической передачи с двумя полугайками позволяющая регулировать зазор в резьбе. Она содержит ходовой винт 1, с которым взаимодействуют две полугайки 3 и 4 установленные в отверстии корпуса 2, а последний расположен во внутренней полости проушины перемещаемой каретки 6, кроме того в расточках выполненных на наружных торцах полугаек 3 и 4 запрессованы центрирующие втулки 5, отверстия которых с небольшим зазором обхватывают ходовой винт 1. Наружные торцы обеих полугаек 3 и 4 совместно с ответными внутренними поверхностями проушины каретки образуют упорные гидростатические подшипники масло к которым от гидростанции подводится через дроссели Д1 и Д2, а масло к полугайкам 3 и 4 подводится от гидростанции через дроссели Д3 и Д4.Наличие центрирующих втулок 5 и упорных гидростатических подшипников позволяет гайке состоящей из двух полугаек 3 и 4 самоустанавливаться в процессе работы по винту 1.

В данном разделе полной версии статьи содержится 5 примеров

конструктивного исполнения гидростатиченской

винтовой передачи (см. Рис. в таб.)

4 Винтовая передача качения

Как уже говорилось отличительной особенностью данного типа винтовой передачи является отсутствие непосредственного контакта резьбовых поверхностей винта и гайки поскольку они взаимодействуют друг с другом через промежуточные тела – шарики или ролики, что естественно приводит к замене трения скольжения на смешанное трение (трение качение и частично трение скольжения). Поэтому коэффициент полезного (КПД = 0,875 – 0,97), при высокой нагрузочной способности, жесткости и износостойкости передачи.

Рис 19 Конструктивная схема и общий вид ШВП

          Наиболее широкое распространение получили шариковые винтовые передачи (ШВП) конструктивная схема, и общий вид которой показан на Рис 19. Для нормальной работы передачи, шарики 3 должны иметь возможности перекатываться по винтовой до-рожке образованной винтом 1 и гайкой 2 и возвращаться назад в исходное положение, образуя при этом, единый замкнутый поток, для чего в ШВП предусматривается возвратный (циркуляционный) канал 4.

Рис 20 Варианты профиля поперечного сечения винтовых канавок в винте и гайке ШВП

                 Канавки в винте и гайке, по которым перемещаются в процессе работы передачи шарики, могут иметь круглый, овальный, прямолинейный и прямоугольный профиль. Наибольшее распространение в ШВП получил круглый профиль винтовых канавок (см. Рис. 20а), обладающий наименьшими контактными напряжениями, при одинаковой нагрузочной способности по сравнению с другими типами профиля канавки. Винты и гайки с таким профилем винтовой канавки не вызывают сложности при изготовлении и обладают высокой износостойкостью при их надлежащей защите от попадания в зону контакта с телами качения пыли и грязи. Для устранения зазора и создания натяга в передачу вводятся дополнительные конструктивные элементы позволяющие осуществить смещение винта относительно гайки в осевом направлении. Овальные (арочные) канавки(см. Рис.20б) не только обладают достоинствами круглого профиля, но и имеют дополнительные преимущества, основным из которых является возможность получения натяга в передаче без дополнительных устройств. Для этого в передаче с арочным профилем канавки применяются шарики увеличенного диаметра. Призматический профиль канавки (см. Рис. 18в) является наиболее технологичным, обладает меньшим трением, но из – за больших контактных напряжений значительно уступает по нагрузочной способности круглому и арочному профилю канавок.Прямоугольный профиль винтовых канавок(см. Рис. 18г) имеет самый высокий КПД из существующих винтовых пар, но вызывает сложности при шлифовании, что ограничивает область его применения.

        Возвратные каналы для циркуляции шариков могут выполняться, как в гайке, таки в винте. Чаще всего обводной канал выполняется в гайке, поскольку, при его размещении в винте, несмотря на значительные уменьшения радиального габарита гайки, увеличивается ее длина, определяющая величину поступательного перемещение ШВП, а также значительно усложняется конструкция ходового винта.

Рис 21 Поперечное сечение винтовой канавки ШВП
качения со смещенным арочным профилем

        Для повышения нагрузочной способности передачи винт – гайка качения могут использоваться винтовые канавки на винте и гайке с увеличенной площадью контакта с шариками. На Рис 21 показано поперечное сечение винтовой канавки передачи винт – гайка качения, которая при работе в составе агрегата находится под действием увеличенных нагрузок при движении перемещаемого суппорта технологического оборудования в одном направлении (при рабочем ходе) и испытывает намного меньшие нагрузки при движении в противоположном направлении (при холостом ходе). В этом случае арочный профиль канавки в винте 1 и гайке 2 имеет односторонне смещенную форму, позволяющую увеличить площадь контакта шариков 3 с винтом 1 и гайкой 2 при движении в рабочем направлении и уменьшить при движении в холостом направлении. Это достигается увеличением наружного диаметра винта dв2 и уменьшением внутреннего диаметра гайки dг1 в направлении действия увеличенной нагрузки и уменьшения наружного диаметра винта dв1 и увеличения внутреннего диаметра гайки dг2 в противоположном направлении.

Рис 22 Размеры винтовой канавки ШВП

              По аналогии с шарикоподшипниками соотношение радиусов шарика r2 и желоба r1для полукруглого и арочного профиля с двухточечным контактом равно: r1 /r2 = 0,95 – 0,97 (см. Рис 22а), а для арочного профиля с четырехточечным контактом равно; r1 /r2 = 0,83 – 0,87 (см. Рис 22б), при этом, угол контакта а в большинстве случаев равен 45°.
В качестве материала для изготовления ходовых винтов ШВП применяются следующие стали: 8ХФ, 8ХФВД, ХВГ, 2Г2ВН, 2ХВс закалкой до твердости 58- 62НRCисталь20Х3МВФ с азотированием, для изготовления гайки – стали: 9ХС, ШХ15, ХВГс закалкой и стали 18ХГТ, 12ХН3А, 12ХН14А с цементацией, для изготовления вкладышей, обеспечивающих циркуляцию шариков применяются – стали: 9ХС и 40Х с закалкой.
Ввиду того, что в отличии от винтовой передачи скольжения, ШВП в большой номенклатуре изготавливаются серийно отечественными и зарубежными производителями, расчеты, выполняемые разработчиком при проектировании агрегата или механизма с поступательно перемещающимся выходным звеном, сводятся к определению типоразмера ШВП, устанавливающего диаметр, шага и длину винта. Кроме того, исходя из конкретных требований по точности перемещения, предъявляемых к проектируемому механизму, устанавливается класс точности ШВП.

7. Расчет и выбор типоразмера шарико – винтовой передачи

Исходными данными для расчета параметров ШВП являются:
–  Fa,осевая нагрузка, действующая на ШВП,
–  Lh,ресурс работы ШВП в составе проектируемого объекта в часах,
–  величина перемещения выходного звена проектируемого механизма, определяющая длину винта  ШВП,
–  N, допустимая мощность приводного двигателя ШВП,
–  точность позиционирования перемещаемой ШВП каретки или суппорта

Последовательность выполнения расчета:
1. Расчет динамической грузоподъемности ШВП
2. Расчет предельно допустимой длины ходового винта
3. Расчет предельно допустимой скорости вращения ходового винта
4. Установление дискретность перемещения гайки
5. Выбор класса точности ШВП
6. Расчет мощности приводного двигателя ШВП
7. Установление требований по жесткости ШВП

В данном разделе статьи приводятся формулы для выполнения вышеуказанных расчетов: рисунки к ним и рекомендации по выбору
типоразмера и класса точности ШВП (см. Рис. в таб.)

8 Конструктивные особенности ШВП

         Возвратный канал ШВП может выполняться как в гайке, так и в винте, однако чаще он делается именно в гайке, что обусловлено простотой конструкции последнего. Чаше всего возвратный канал выполняется в виде изогнутой трубки (см. Рис. 19), при этом на-правление шариков в трубку и их выход из нее осуществляется или самой трубкой или специальными отражателями, устанавливаемыми в теле гайки.

Рис 31 Конструкция ШВП, в которой возвратный канал выполнен в виде встроенной в тело гайки разъемной призматической вставки.

         На Рис 31 полазана конструкция ШВП в которой возвратный канал выполнен в виде встроенной в тело гайки разъемной призматической вставки с цилиндрической канавкой криволинейной формы. Она содержит винт 1 и гайку 2, взаимодействующие посредствам шариков 3, которые циркулируют по винтовой канавке, образованной винтом и гайкой и возвратному каналу 5 выполненному во вставке 4. Призматическая вставка 4, расположенная в продольном пазу 8, выполненном вдоль оси гайки 2, состоит из двух частей, в которых выполнены криволинейные полуканавки 5, образующие возвратный канал имеющий цилиндрическую форму, кроме того во вставке 4 имеется два прямоугольных
выступа 6, посредствам которых она удерживается от продольного перемещения, по-скольку они обхватывают перемычку 10 в пазу 8 гайки. Для гарантированного перехода шариков 3 из винтовой канавки образованной винтом 1 и гайкой 2 в возвратный канал 5 вставка 4 снабжена отражателем 9. Гайка 2, имеющая наружную цилиндрическую поверхность, монтируется в отверстие корпуса агрегата подлежащего перемещению. При вращении винта 1 шарики 3 перекатываются по винтовой канавке и наталкиваются на отражатель 9, который направляет их в возвратный канал 5 выполненный во вставке 4, проходя по которому они совершают два поворота и снова попадают в винтовую канавку образованную винтом и гайкой.

В данном разделе полной версии статьи приводится 18 примеров
конструктивного исполнения ШВП и РВП с описанием

их работы (см. Рис. в таб.)

 

9 Планетарная передача качения с резьбовыми роликами

            Отличительной особенностью роликовинтовых передачи качения является использование в качестве промежуточных тел качения резьбовых роликов, которые расположены в пространстве между винтом и гайкой или установлены в сепараторе. Резьбовой ролик выполняется с треугольной резьбой выпуклого профиля при угле профиля 2α=π /2 и имеет с винтом или гайкой сопряжение, аналогичное сопряжению с винтом или гайкой шариков, диаметр D которых на     40 % больше среднего диаметра резьбы роликов, а их число равно числу витков резьбы ролика.

Рис 50 Конструктивная схема планетарной ролико – винтовой
передачи качения

           Конструктивная схема планетарной передачи винт – гайка с резьбовыми роликами (ПРВП) показана на Рис 50, Она содержит ходовой винт 1, гайку 2 с многозаходной резьбой, резьбовые ролики 3, цапфы 4 которых шарнирно установлены в сепараторах 5, выполненных в виде колец. На концах гайки 2 запрессованы втулки 7 с зубчатыми венцами внутреннего зацепления, которые зацепляются с зубчатыми венцами 6 выполненными на концах винтовых роликов 3.
Работает ПРВП следующим образом. При вращении винта 1 ролики 3 обкатываются по резьбовой поверхности гайки 2 и при определенном подборе углов подъема резьбы роликов, винта и гайки, последняя перемещаться в осевом направлении.
Диаметр роликов устанавливается из условия исключения их выкатывания из гайки, которое требует чтобы выполнялось следующее условие: dр = dг/nг,где – число заходов резьбы гайки. Количество роликов и центральный угол между ними φ также не может быть произвольным. Минимально возможный центральный угол между роликами определяется по следующей формуле: φmin = 2π/(nг±nв ); где знак минус соответствует одинаковому направлению резьбы гайки и ролика, а знак плюс – разному. При неправильно выбранных параметрах ПРВП может иметь место проскальзывание роликов, что ведет к периодическому изменению передаточного отношения, недопустимому в точных передачах, используемых а программируемых приводах машин и оборудования, например в металлорежущих станках с ЧПУ. Постоянство передаточного отношения ПРВП обеспечивается при условии что:     nг= nв и одинаковом направлении резьбы роликов и винта.

Рис 51 Профиль модифицированной резьбы выполненный в виде ломаной линии

Для исключения кромочных контактов между сопрягаемыми витками гайки и роликов и сопрягаемыми витками роликов и винта профиль витка ролика должен быть выпуклым,что технологически выполнить достаточно сложно, но профиль можно выполнить в виде ломаной линии АГ состоящей из трех прямых отрезков (см. Рис 51). Средний отрезок БВ является основным, а два крайних отрезка АБ и ВГ являются вспомогательными и позволяют исключить кромочные контакты сопрягаемых витков, при этом:
− угол профиля αА витка ролика, образованный двумя первыми вспомогательными отрезками прямой ,должен быть меньше угла профиля α,
− угол профиля αБ витка ролика, образованный вторыми вспомогательными  отрезками прямой, был больше угла профиля α.

           При этом, для обеспечения контакта сопрягаемых витков ролика и гайки и сопрягаемых витков роликов и винта был в средней по высоте витков зоне, должно выдерживаться следующее соотношение размеров:
(dР2-dРА)≈(dРБ-dР2), где dР2– средний диаметр резьбы роликов.
Кроме того виток ролика не должен иметь заострения, и его основание должно быть прочным на изгиб, а длина основного отрезка прямой профиля витка ролика должна не-значительно изменяться из-за износа витков ролика во время эксплуатации, поэтому должно выполняться следующее соотношение между углами витка ролика: (α-αА)≈(αБ-α).
Такая форма профиля резьбы роликов ПВРП позволяет исключить кромочный    контакт между сопрягаемыми витками гайки и роликов и сопрягаемыми витками роликов и винта профиль витка ролика и существенно повысить нагрузочную способность передачи.
Расчеты конструктивных параметров планетарной ролико – винтовой передачи приводятся в работах [1] и [5]
Основным преимуществом ПРВП по сравнению РВП является более высокая нагрузочная способность, обеспечиваемая большим количеством точек контакта (150 – 300), а также достаточно высокая кинематическая точность, позволяющая использовать передачу в программируемых приводах, и высокий КПД (93%). Сдерживает более широкое применение ПРВП сложность конструкции по сравнению РВП и трудоемкость изготовления.

10 Конструктивные особенности ПРВП

       Рассмотрим примеры конструктивного исполнения ПРВП.На Рис 52 показана конструкция ПРВП со встроенным устройством для регулировки осевого положения роликов. Она содержит ходовой винт 1, резьбовые ролики 2, выполненные с зубчатыми венцами на концах, две полугайки 3 и 4, с запрессованными в их отверстия со стороны противоположных тоцев зубчатыми венцами 5, находящихся в постоянном зацеплении с зубчатыми венцами резьбовых роликов 2. Цапфы роликов 2 установлены с возможностью вращения в отверстия сепараторов 6, осевое положение которых зафиксировано стопорными кольцами 7. Обе полугайки 3 и 4 расположены в отверстии корпуса 8 и зафиксированы от поворота шпонкой 9, а с торцев поджаты крышками 10 и 11. Устройство для регулировки осевого положения роликов состоит из двух колец 12 и 13 расположенных между полугайками 3 и 4, при этом обращенные друг к другу торцы этих колец имеют винтовую форму. Кольцо 12 зафиксировано от поворота в отверстии корпуса 8 шпонкой 9, а на наружной цилиндрической поверхности кольца 13 выполнен зубчатый венец, зацепляющийся с шестерней 14, которая закреплена на валике 15, установленном в отверстии, выполненном совместно в корпусе 8 и крышке 10. Для регулировки осевого натяга в передаче ослабляют крышку 11, а затем вращают валик 15 , шестерня 14 которого, находясь в зацеплении с зубчатым венцом кольца 13, поворачивает последнее, а за счет наличия винтовых поверхностей на торцах колец 13 и 14 происходит осевой смещение полугаек 2 и 3, в результате чего возникает осевой натяг в передаче.

Рис 52 Конструкция ПРВП со встроенным устройством для регулировки осевого
положения роликов.

В данном разделе статьи приведено 3 примера конструктивного
исполнения ПРВП (см. Рис. в таб.)

      11 Перспективные конструкции ПРВП

Наиболее трудоемкой в изготовлении деталью ПРВП является гайка, особенно при малом диаметре внутренней резьбы, поскольку для ее шлифования необходимо использовать 5(ти) координатный прецизионный станок с ЧПУ, поэтому конструкция передачи исключающая гайку с точной внутренней резьбой достаточно актуальна.

Рис 55 Конструкция безгаечной ПРВП

         На Рис 55 показана конструкция безгаечной ПРВП. Она содержит ходовой винт 1, и взаимодействующие с ним винтовые ролики 5, на обеих концах которых выполнены зубчатые венцы Ж и проточки Г, в которых установлены с осевым зазором дополнительные кольца 10, а на торцах винтовых роликов 5 выполнены сферические лунки Д с радиусом Rn, в которых расположены шарики 11 с радиусом Rш, одновременно находящиеся в сферических лункахЕ крышек 3 и 4 с таким же радиусом Rn (Rn>Rш). Зубчатые венцы Ж винтовых роликов 5 находятся в постоянном зацеплении с зубчатыми венцами колец 12, которые установлены с радиальным зазором в отверстии стакана 2, при этом их осевое перемещение ограничено торцами К колец 10 и торцами И крышки 4 или полуколец 9, последние введены в конструкцию безгаечной ПРВП для выполнении ее сборки. Для регулировки осевого зазора (натяга) в передаче предусмотрено кольцо 13 устанавливаемое при сборке и настройке передачи между торцем стакана 2 и крышкой 4.
Работает ПРВП следующим образом. При вращении ходового винта 1 взаимодействующие с ним винтовые ролики 5 вращаются вокруг собственной оси за счет сил трения в резьбе, которая не совпадает с резьбой винта по углу наклона винтовой линии, при этом со стороны ходового винта на каждый винтовой ролик действуют осевая и радиальная силы. Осевые силы с винтовых роликов 5 через шарики 11 и крышки 3 (4) передаются корпусу передачи, который, при этом, перемещается в осевом направлении. Радиальные силы, действующие на винтовые ролики 5, уравновешиваются дополнительными кольцами 10, а последние за счет сил трения вращаются относительно собственной оси. Кольца 12 находящиеся в зацеплении с зубчатыми венцами Ж винтовых роликов 5, синхронизируют их движение, не позволяя им проскальзывать отставая при этом друг относительно друга. Рассмотренная конструкция ПРВП, несмотря на отсутствие гайки, обеспечивает высокую нагрузочную способности и кинематическую точность.

В данном разделе статьи приведено 3 примера перспективных
конструкций ПРВП (см. Рис. в таб.)

12 Дифференциальные винтовые передачи.

        Дифференциальная винтовая передача состоит из двух винтовых передач с различными параметрами резьбы, которые могут быть выполнены на основе:
– винта с двумя участками резьбы последовательно расположенными на одном     винте, взаимодействующими с двумя гайками, при этом одна гайка неподвижн      закреплена, а вторая зафиксирована от вращения (см. Рис 59а),
–  двух винтов различного диаметра, при этом, винт меньшего диаметра    взаимодействует с внутренней резьбой винта большего диаметра, а последний взаимодействует с неподвижно закрепленной гайкой (см. Рис. 59б),
– винта и двух гаек, расположенных одна внутри другой, при этом,внутренняя      гайка,взаимодействующая с винтом, зафиксирована от вращения и имеет     дополнительную наружную резьбу, взаимодействующую с резьбой наружной гайки, которая зафиксирована от осевого перемещения (см. Рис. 59в).

Рис 59 Основные типы винтовых дифференциальных механизмов

          Дифференциальный винтовой механизм, показанный на Рис 59а содержит винт 1с резьбами 2 и 3, имеющими различные параметры, неподвижно закрепленную в станине 6 гайку 4, взаимодействующую с резьбой 2 винта 1 и гайку 5, взаимодействующую с резьбой 3 винта 1, которая выполнена в виде втулки, расположенной в отверстии станины 6 и зафиксированной от вращения шпонкой 7. Дифференциальный винтовой механизм, показанный на Рис 59б содержит винта 1 большего диаметра во внутренней резьбе 3 которого размещается винт 2 меньшего диаметра, связанный с ползуном 5, при этом винт 1 взаимодействует с неподвижно закрепленной в станине 6 гайкой 4. Дифференциальный винтовой механизм, показанный на Рис 59в содержит винт 1 зафиксированный от осевого перемещения в станине 5 крышкой 6 и взаимодействующий с внутренней резьбой гайки 2, установленной в поступательно перемещающейся каретке 8 , которая зафиксирована от вращения шпонкой 7, при этом своей наружной резьбой гайка 2 взаимодействует с резьбой наружной гайки 3, зафиксированной от осевого перемещения крышкой 4.

В данном разделе полной версии статьи приведено 4 примера конструкции дифференциальных винтовых передач (см. Рис. в таб.)

13 Телескопические винтовые передачи

      Телескопическая винтовая передача представляет собою комплект соосно расположенных одна в другой винтовых пар, в которых каждая секция (винт, или гайка), кроме винта наименьшего диаметра выполняется полой, а величина общего перемещения телескопической передачи равна сумме перемещений входящих в нее винтовых передач.
H = n1 t1 + n2 t2 + n3 t3 + nk tk
Где:
– H, общая величина перемещения телескопической винтовой передачи,
n1, n2, n3, nk, количество рабочих витков резьбы первого, второго, третьего и k– го винтов
t1, t2,t3, tk, аг резьбы первой, второй, третьей и k– той винтовой передачи,
Рассмотрим принцип работы и конструктивные особенности телескопического винтового механизма показанного на Рис 64.

Рис 64 Конструкция телескопического винтового механизма

       Он содержит корпус 1, внутри которого расположены телескопические направляющие 2, 3 и 4, зафиксированные от вращения шпонками 5 и телескопического винта со-стоящего из, расположенных соосно один внутри другого, ведущего винта 8, промежуточного винта 9 и ведомого винта 10, при этом винты 9 и 10 выполнены с внутренними полостями и внутренней резьбой взаимодействующей с резьбой предыдущего винта (внутренняя резьба 9 взаимодействует с резьбой винта 8, а внутренняя резьба винта 10 взаимодействует с резьбой винта 9). Наружной цилиндрической поверхностью винты 9 и 10 взаимодействуют с внутренней цилиндрической поверхностью направляющих 2 и 3, а в осевом направлении – с одной стороны с упругими прокладками 12 и 13, а с другой стороны с кольцами 14 и 16, закрепленными на торцах направляющих 2 и 3 и производящих их взаимную фиксацию в осевом направлении. На правых торцах винтов 8, 9 и 10 выполнены бурты, которые через упругие фрикционные прокладки 17, 18 и 19 контактируют с левыми торцами внутренних полостей винтов 9, 10 и направляющей 4, а между правым торцем подшипника 11 и промежуточным кольцом 21 установлена упругая фрикционная прокладка 16. Ведущий винт 8 установлен в расточке корпуса 1 на подшипнике 11, осевой люфт в котором регулируется за счет прокладки, устанавливаемой под крышку 20, а на цапфе 7 винта 8 посредствам шпоночного соединения закреплен приводной шкив 6
Работает телескопический винтовой механизм следующим образом. Вращение от приводного шкива 6 сообщается ведущему ходовому винту 8, по резьбе которого начина-ет перемещаться в осевом направлении, соединенный с направляющей 2 кольцом 14, про-межуточный винт 9, и его движение продолжается до тех пор, пока он не упрется в бурт винта 8 через упругую прокладку 17, установленную на винте. После этого начинается совместное вращение винтов 8 и 9, при котором по резьбе последнего, опирающегося на направляющую 2, начинает перемещаться в осевом направлении, соединенный с направляющей 3 кольцом 15 ведомый винт 10 и его движение продолжается до тех пор, пока он не упрется во фрикционную прокладку 18 промежуточного винта 9. Далее начинается совместное вращение винтов 8, 9 и 10, при котором по резьбе последнего, опирающегося на направляющую 3, начинает перемещаться направляющая 4 и движется до тех пор, пока не упрется во фрикционную прокладку 19 ведомого винта 10. При обратном вращении приводного шкива 6 вместе с ходовым винтом 8 по его резьбе начинает перемещаться соединенный с направляющей 2 промежуточный винт 9 и движется до упора в промежуточное кольцо 21 и упругую фрикционную прокладку 16. После этого начинается совместное вращение винтов 8 и 9, в результате которого происходит расцепление промежуточного винта 9 с ведомым винтом 10 и последний, будучи соединенным с направляющей 3, начинает перемещаться по резьбе винта 9 соединенного с направляющей 2 и движется пока не упрется через упругую фрикционную прокладку 12 во внутренний торец расточки направляющей 2. После этого начинается совместное вращение винтов 8, 9 и 10 в результате чего происходит расцепление направляющей 4 с ведомым винтом 10, после чего направляющая 4 по резьбе винта 10 соединенного с направляющей 3 начинает перемещаться и движется до тех пор пока не упрется через упругую фрикционную прокладку 13 в торец расточки направляющей 3. Упругие прокладки, веденные в конструкцию телескопической винтовой передачи при сцеплении винтов друг с другом или с направляющими скручиваются и за счет этого накапливают крутящий момент противоположный по направлению крутящему моменту вращающихся винтов, что препятствует заклиниванию винновых передач в момент трогания при расцеплении.

В данном разделе полной версии статьи приведено 3 примера конструкции телескопических винтовых передач (см. Рис. в таб.)

14 Винтовые механизмы поступательного перемещения

       Винтовой механизмы поступательного перемещения (ВМПП) включает в себя приводной двигатель, понижающий редуктор и винтовую передачу, винт которой является выходным звеном механизма. Вариант конструкции ВМПП выполненный на основе планетарной роликовой передачи с длинными роликами был рассмотрен в разделе 2.6.5 (см. Рис. 58). В последнее время при использовании в качестве привода различных агрегатов ВМПП, который иногда называют электроцилиндром, все чаще вытесняют гидравлические цилиндры, поскольку обладают высокой степенью надежности и не требуют наличия приводной гидростанции. Поэтому ВМПП успешно применяются в различных передвижных агрегатах типа подъемников,приводах управления запорной арматурой (вентилями, клапанами), а также в объектах военной и аэрокосмической техники. Понижающий редуктор ВМПП чаще всего выполняется на основе планетарной, или волновой передачи, позволяющих максимально сократить его габаритные размеры, а форму приблизить к цилиндрической, реже применяются червячные и цилиндрические передачи. Приводной двигатель может монтироваться как снаружи ВМПП, так и внутри его корпуса. В качестве выходной передачи ВМПП могут использоваться все рассмотренные типы винтовых передач. Рассмотрим примеры конструктивного исполнения различных ВМПП

Рис 67 Конструкция ВМПП с тремя независимыми режимами работы выходного звена – поступательным, вращательным и наладочным.

На Рис 67 показана конструкция ВМПП с тремя независимыми режимами работы выходного звена – поступательным, вращательным и наладочным. Он содержит сборный корпус состоящий из двух частей фланца 1 и стакана 2, гайку 3, установленную в стакане 2 с возможностью поступательного перемещения и взаимодействующий с ней винт 4, вы-полненный за одно целое с установленным на подшипниках 18 во фланце 1 выходным валом 17 волнового редуктора 16, волнообразователь которого установлен на валу электродвигателя 15. На поверхности отверстия стакана 2 выполнены продольные пазы 6, а в стенке гайки 3 сквозной радиальный паз в котором установлена с возможностью поступательного перемещения шпонка 5, кроме того, на наружной поверхности винта 4 выполнены продольные пазы 8. Гайка 3 выполнена за одно целое со штоком 9 являющимся выходным звеном механизма, в котором выполнено продольное отверстие в котором установлен вал 11 с шестерней 12 закрепленной на его левом конце, которая находится в зацеплении с зубчатой рейкой 13, выполненной на боковой поверхности шпонки 5, На правом конце вала 11 закреплена рукоятка 19, имеющая со стороны торца 10 штока 9 выступ 20, который при работе механизма находится в одном из трех углублений 21, 22, 23 выполненных на торце 10 штока 9.Углубление 22 соответствует расположению всего тела шпонки 5 в пазу 7 гайки 3. Углубление 23 соответствует положению, когда часть шпонки 5 находится в пазу 6 стакана 2, а часть – в пазу 7 гайки 3. Углубление 21 соответствует положению, когда часть шпонки 5 находится в пазу 8 винта 4, а часть – в пазу 7 гайки 3.С помощью проушины 24 ВМПП крепится к неподвижному основанию, а с помощью проушины 25 к перемещаемому объекту.

Работает механизм следующим образом. При нахождении выступа 20 рукоятки 19 в углублении 23 шпонка 5 вводится в паз 6 и таким образом соединяет между собою стакан 2 и гайку 3 с возможностью поступательного перемещения последней, поэтому при вра-щении вала электродвигателя 15 через волновой редуктор 16 вращение передается валу 17 и винту 4, вращение которого за счет взаимодействия с резьбой зайки 3 преобразуется в ее поступательное перемещение вместе со штоком 9, В зависимости от направления вращения вала электродвигателя 15 шток 9 выдвигается из отверстия стакана 2 или втягивается в него и перемещает в соответствующем направлении соединенный с ним посредствам проушины 25 объект. При нахождении выступа 20 рукоятки 19 в углублении 21 шпонка 5 вводится в паз 8 винта 4, и таким образом, соединяет между собою гайку 3 и винт 4, в результате чего гайка, отсоединенная от стакана 2 получая движение от электродвигателя 15 вращается вместе с винтом 4 и штоком 9, сообщая через проушину 25 вращательное движение перемещаемому объекту. При нахождении выступа 20 рукоятки 19 в углублении 21 все тело шпонки 5 размещается в пазу 7 гайки 3 и поэтому не препятствует взаимодействию резьбовых поверхностей гайки 3 и винта 4, что приводит к вращению гайки со штоком 9 относительно винта 4 и стакана 2. В таком режиме вручную осуществляется перемещение штока 9 на требуемую величину, т. е. наладка механизма.

В данном разделе полной версии статьи приведено 5 примеров
конструктивного исполнения винтовых механизмов
поступательного перемещения (см. Рис. в таб.)

 

15 Комбинированные винтовые механизмы

Достаточно часто объединение винтовой передачи с различными типами механизмов, особенно с кулачковыми, или видами зубчатых передач позволяет создавать устройства, обладающие новыми свойствами, которые получить при индивидуальном использовании винтовой передачи, или какого либо механизма очень проблематично, а иногда и невозможно. Такие комбинированные механизмы обычно используются для получения сложной траектории движения выходного звена, или для реализации изменяющегосяво времени режима работы. Рассмотрим примеры конструктивного выполнения комбинированных винтовых механизмов.

Рис 72 Конструкция комбинированного механизма состоящего из винтовой
и конической зубчатых передач, соединение которых позволяет
получить движение выходного звена по спирали.

      На Рис 72 показана конструкция комбинированного механизма состоящего из винтовой и конической зубчатых передач, соединение которых позволяет получить движение выходного звена по спирали. Он содержит корпус 1,в котором установлен червяк 2 зацепляющийся с червячным колесом 3, закрепленном посредствам торцевого крепления 4 и шпонки 5 на вертикальном валу 6, который установлен в корпусе 1 на опорном подшипнике 7. На цилиндрическом пояске корпуса 1 расположенным соосно отверстию под установку опорного подшипника 7 расположено коническое зубчатое колесо 12, зафиксированное от вращения винтами 13 и зацепляющееся с конической шестерней 11, удлиненная ступица 9 которой является гайкой, взаимодействующей с резьбой ходового винта 14, при этом, сама ступица 9 установлена в расточке консоли 8 вала 6, выполненной перпендикулярно его оси и зафиксирована от осевого перемещения стопорным винтом 10, который входит в кольцевую проточку на наружной поверхности ступицы – гайки 9. В ходовом винте 14 выполнена продольная канавка 17, в которую входит стопорный винт 18 установленный на ступице – гайке 9 шестерне 11, что при вращении последней препятствует вращению винта, но позволяет ему перемещаться в осевом направлении, относительно гайки 9. Между верхним торцем опорного подшипника 7 и нижним торцем консоли 8 вала 6, для регулировки бокового зазора в конической передаче, установлена мерная прокладка 19.На конце ходового винта 14 посредствам кронштейна 15 закреплен инструмент 16, который является выходным звеном механизма.
Работает механизм следующим образом. При вращении червяка 2 движение через червячное колесо 3 передается валу 6, при вращении которого вокруг своей вертикальной оси коническая шестерня 11, обкатываясь по неподвижному коническому колесу 12, начинает вращаться вместе своей ступицей – гайкой 9, которая при этом сообщает ходовому винту 14 осевое перемещение, а вместе с винтом перемешается и кронштейн 15 с инструментом 16. Таким образом, инструмент 16 совершает вращательное движение вместе с валом 6 и радиальное поступательное перемещения вместе с ходовым винтом 14, сложение которых обеспечивает движение инструмента по спирали. Параметры спирали определяются передаточным отношением конической передачи и шагом ходового винта.

В данном разделе полной версии статьи приведено 14 примеров конструкции комбинированных винтовых механизмов (см. Рис. в таб.)

 

ЛИТЕРАТУРА

1 Блинов Д. С. Планетарные роликовые механизмы, конструкция и методы расчета М. МГТУ 2006г.
2 Левит Г. А. Расчет и конструирование передачи винт – гайка качения Руководя-щие материалы М. ЭНИМС 1964г.
3 Левит Г. А. Расчет и конструирования гидростатической передачи винт – гайка Руководяще материала М. ЭНИМС 1966г.
4 Игнатьев Н. П. Основы проектирования. Азов 2011г
5 Козырев В. В. Конструкция роликовых передач и методика их проектирования. Владимир. ВГУ 2004г.
6 Павлов Б. И. Шарико – винтовые механизмы в приборостроении Л. – М Машино-строение 1968г.
7 Решетов Д. Н. Детали и механизмы станков М. Машиностроение 1972г.
8 Турпаев А. И. Винтовые механизмы и передачи М. Машиностроение 1982г.

 

Полная версия статьи, включающая 81 страниц текста и 85 чертежей, содержит следующие разделы:
− назначение и область применения винтовой передачи,
− винтовая передача скольжения,
− технология изготовления и сборки ходовых винтов и гаек скольжения,
− конструктивные особенности винтовой передачи скольжения,
− гидростатическая винтовая передача,
− винтовая передача качения,
− расчет и выбор типоразмера шариковой винтовой передачи,
− конструктивные особенности шариковой винтовой передачи ,
− планетарная винтовая передача с резьбовыми роликами,
− конструктивные особенности планетарной винтовой передачи с резьбовыми роликами,
− перспективные конструкции планетарной винтовой передачи с резьбовыми роликами,
− дифференциальная винтовая передача,
− телескопическая винтовая передача,
− винтовые механизмы поступательного перемещения,
− комбинированные винтовые механизмы.

 

Для приобретения полной версии статьи добавьте ее в корзину

Стоимость полной версии статьи 250 руб