глава ПЕРЕДАЧИ, ПРЕОБРАЗУЮЩИЕ ВРАЩЕНИЕ В ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ

В ряде случаев использования машин необходимо преобразование вращательного движения в возвратно-поступательное. Таких механизмов создано множество, однако здесь кратко рассматриваются лишь некоторые из них, встречающиеся в основном в общем машиностроении, станках, автомобилестроении и автомобильном хозяйстве.

ПЕРЕДАЧА ВИНТ-ГАЙКА

Передачи от гайки к винту (или наоборот) используются в домкратах, прессах, а также в механизмах точных перемещений в металлообрабатывающих станках, регулировочных устройствах, различных установочных приспособлениях и т.п. Это в основном силовые передачи, работающие периодически, реже непрерывно. Такие передачи находят применение также в измерительной технике и различных приборах, работающих только кинематически.

Геометрические соотношения в резьбах и теория винтовой пары.

Из различных типов резьб (рис. 11.1) именно прямоугольные и трапециевидные резьбы используются чаще всего в передаче винт—гайка. При этом стержень, на котором нарезана наружная резьба, условно называем винтом, а деталь с внутренней резьбой — гайкой. Резьбы, используемые в передачах, часто называются ходовыми. В качестве крепежных предпочтительнее использование треугольных резьб.

Угол профиля треугольной трапециевидной или упорной метрической резьбы — 30°, а прямоугольной — 0°. Для всех резьб (или нарезок) различают следующие диаметры: d—наружный, г/, — внутренний и d2 — средний. Кроме того, важны размеры: s — шаг резьбы; Н — теоретическая высота; И — рабочая высота.

Если z—число заходов резьбы (подобно числу заходов червяка), то линейное перемещение за один оборот винта, называемое ходом

Типы резьб, используемые в передачах

Рис. 11.1. Типы резьб, используемые в передачах:

а — прямоугольная; б — трапециевидная симметричная; в — трапециевидная несиммст ричная или упорная (силовая)

Схема нагружения стержня винта

Рис. 11.2. Схема нагружения стержня винта

винта — а угол подъема резьбы р, определяется

Упорные и ходовые винты и гайки чаще делаются однозаход- ными.

На рис. 11.2 представлен участок полувитка резьбы винта трапециевидной (или, вернее, треугольной) нарезки; в каждой частице полувитка действуют соответствующие силы; АР„ — нормальная к профилю, которая раскладывается на составляющие АР = АРпcos(a/2) и АРГ. Сумма всех радиальных составляющих по окружности на гайке каждого витка ZaРг = 0, так как они ее растягивают и уравновешиваются.

В свою очередь, сила АЯдаст составляющие: A^cosp — направленную вдоль оси винта, и AFp = A^sinP — действующую тангенциально и направленную против хода завинчивания (здесь Р — угол подъема резьбы). Кроме того, появляются дополнительные составляющие вследствие возникающих элементарных сил /АРп трения в резьбе, а именно, APj-=f АРп$п$ — осевое и А /у =/A/5,cosp — окружное усилие в месте контакта резьбы гайки и винта.

Тогда полная осевая сила по всей окружности каждого витка получится как разность (или сумма) осевых составляющих от элементарной нагрузки и элементарной силы трения;

Аналогично окружная сила получится как сумма слагаемых элементарных составляющих от нормальной нагрузки и силы трения:

Отношение окружной силы к осевой

Обозначим //cos(a/2) через /' — приведенный коэффициент трения (здесь/—действительный коэффициент трения в резьбе), и, заменивего через тангенс приведенного угла трения

получим

Или окружная сила[1] F= />tg(p + (p/). Тогда момент сопротивления ввинчиванию, возникающий в резьбе,

Представляет интерес КПД винтовой пары, который определяется как отношение работы осевой силы на перемещении zs за один оборот винта к работе окружной силы за этот же оборот:

Это выражение аналогично формуле КПД червячных передач, однако КПД резьбовой пары значительно меньше.

Для треугольной резьбы, если Р = 1,5...4°, /~ 0,1..0,15 и <р~8...12°, получаем значение г|мв« 0,2...0,23.

Для прямоугольных, трапециевидных и упорных резьб КПД значительно больше и при хорошем смазывании возрастает.

Если произвести аналогичное исследование при отвинчивании, то получим отношение , а КПД . Оче

видно, пока ф'>Р, обеспечивается самоторможепт. d pwjdwu.

В прямоугольных и трапециевидных резьбах КПД оказывается более высоким (0,3...0,45), поэтому они чаще и используются в домкратах, ходовых винтах станков и т.п.

В механизмах винт—гайка иногда условно вводится понятие передаточного числа. Это отношение окружного перемещения гайки к ходу винта

Если нарезка выполнена на сравнительно большом диаметре, одно- заходная с малым шагом, то получается значительное передаточное число и. Например, d2 = 100 мм, a z = 1 и S — 1,5 мм, то и = 210. Это своеобразное кинематическое передаточное число. Отношение осевой силы к окружной фактически оказывается своеобразным динамическим передаточным числом

Чем лучше смазывание кинематической пары винт—гайка, тем меньше потери на трение в резьбе, а значит большие значения и и й, а соответственно и КПД.

  • [1] Для более строгого рассуждения следовало бы выделить на витке элементарнуюплощадку и провести интегрирование по площади окружности витка, т.е. взять двойнойинтеграл по изменениям угла от 0 до 2к и по радиусу от внутреннего до наружногоразмеров резьб. При этом получим такой же результат, если учесть равномерностьраспределения нормальной нагрузки.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >