Определение сил в зацеплении червячной передачи.

Сила нормального давления на зуб колеса имеет три составляющих:

· – окружная сила, направлена по касательной к делительной окружности;

· – радиальная сила, направлена по радиусу от поля зацепления к оси колеса;

· – осевая сила, направлена вдоль оси колеса.

, Н;

, Н;

, Н.

.

Результаты вычислений сведем в таблицу 4.3:

Таблица 4.3.

Сводная таблица параметров червячной передачи

Проектный расчет
Параметр	, мм	m	, град	, град	q	Z	b, мм	d, мм	da, мм	df, мм	dam, мм
Червяк		6.3	47.5								----
Колесо	-----	----
Поверочный расчет
Параметр	, Мпа	, Мпа	, Мпа	, Мпа	, %	, %	Примечания
Червяк		-----		-----	----	-----
Колесо			53.4	4.5		91.5

 

4.4. Контрольные вопросы

1. Что такое коэффициент диаметра червяка?

2. Какие материалы применяются для червяка и червячного колеса?

3. Перечислить силы, влияющие на рабочие напряжения в контактном пятне зацепления.

4. Перечислить углы, определяющие конфигурацию зубьев червячного колеса.

5. Как связано число зубьев червячного колеса с передаточным отношением?

6. Что такое приведенный угол трения?

7. Что такое самоторможение?

8. Сформулировать условие самоторможения?

9. С чем связан нагрев червячного редуктора?

10. В чем преимущество червячной передачи перед прямозубыми?

5. РАСЧЕТ ПЕРЕДАЧИ ВИНТ-ГАЙКА

Лабораторная работа №5; 6. (4 часа)

Общие сведения.

Передачи винт-гайка предназначены для преобразования вращательного движения в поступательное. Их широко применяют в механизмах управления ЛА. Так, они используются в механизмах управления внутренними и внешними закрылками, предкрылками, рулями высоты и направления, в механизмах изменения стреловидности крыла, выпуска шасси и т. П. Передачи винт-гайка при значительной несущей способности имеют небольшие габаритные размеры и массу, позволяют с малым вращающим моментом создать большую осевую силу и обеспечивают высокую точность требуемого закона движения.

Передачи винт-гайка по характеру движения звеньев разделяют на:

· передачи с ведущим вращающимся винтом, совершающим одновременно осевое перемещение. Такие передачи применяют при незначительных перемещениях, например в измерительной Технике;

· передачи с вращающимся винтом и ведомой, поступательно перемещающейся гайкой (рис. 5.1.). Такая схема обычно используется в силовых передачах при больших перемещениях, например в механизме изменения стреловидности крыла самолета (рис. 5.1.). Такие передачи в механизмах управления ЛА обычно применяют одновременно с зубчатой передачей, понижающей частоту вращения винта;

· передачи с вращающейся гайкой и ведомым поступательно перемещающимся винтом (рис. 5.2.). Такие передачи применяется при небольших перемещениях и значительных осевых силax на винте, например в механизмах управления стабилизаторами-нервюрами ЛА.

Передачи винт-гайка по виду трения делятся на передачи скольжения и качения.

Передачи винт-гайка с трением скольжения.

Эти передачи при значительной несущей способности, небольших габаритных размерах и массе конструктивно просты и технологичны в изготовлении. Для механизмов управления ЛА важно, что при однозаходной резьбе такие передачи обеспечивают самоторможение.

Недостатками передач винт-гайка с трением скольжения являются низкий КПД (0.25 …0.40 при однозаходных резьбах) и невозможность использования ее при высоких скоростях поступательного движения гайки или винта, так как скорость скольжения витков гайки относительно витков винта в 10… 40 раз превышает скорость осевого перемещения, что ведет к повышенному износу и перегреву механизма.

В силовых реверсивных передачах винт-гайка скольжения, характерных для механизмов управления ЛА, чаще всего применяют трапецеидальную резьбу (рис. 5.3, а),обладающую высокой прочностью витков, технологичностью изготовления и меньшими по сравнению с метрической треугольной потерями на трение. Метрическую резьбу мелкого шага (рис. 5.3, б) применяют для получения точных перемещений в механизмах приборов.

Резьба характеризуется наружным , внутренним и средним диаметрами (d относится к винту, D – к гайке); шагом резьбы Р; теоретической высотой профиля Н; рабочей высотой профиля ; углом профиля ; числом заходов Z, ходом резьбы , углом подъема резьбы .

Для трапецеидальной резьбы профиль и основные ее размеры гостированы: ; Hi = 0,5 P; ; мм; мм.

Для метрической резьбы эти параметры даны в ГОСТ 8724-71. Для каждого диаметра резьбы указаны основной и мелкий шаги. Резьба ходовых винтов и гаек в зависимости от назначения передачи может быть правой и левой, одно- или многозаходной.

Ходовые винты передач винт-гайка скольжения изготовляют из сталей, обладающих высокой прочностью и износостойкостью. При числах твердости поверхности не более 350 НВ –из сталей 45, 50 и др.; при числах твердости не менее 50 HRC –из сталей 65Г, 45Х, 40ХН, 12ХНЗА и др. Для уменьшения потерь на трение гайки выполняют из антифрикционных оловянистых (БрОФЮ-1, БрОЦС6-6-3) и безоловянистых (БрАЖ9-4, БрАЖМцО-3-1.5) бронз, способных воспринимать большие удель­ные нагрузки и обладающих антикоррозионными свойствами и хорошей прирабатываемостью. Оловянистые бронзы применяются при окружных скоростях . При окружных скоростях, меньших , применяют безоловянные бронзы, которые менее дефицитны, но имеют по сравнению с оловянными бронзами больший коэффициент трения в паре со сталью.

Передачи винт-гайка с трением качения.

Передачи винт-гайка с трением качения широко применяют в силовых и приборных механизмах ЛА. Усилие между винтом и гайкой передается через шарики, которые перемещаются в винтовых дорожках качения, выполненных на винте и в гайке. Скорость перемещения этих шариков отличается от скорости ведущего и ведомого звеньев, поэтому для обеспечения непрерывной циркуляции шариков концы рабочей части резьбы в гайке соединены возвратным каналом. Шарико-винтовые механизмы (ШВМ) применяются для рабочих нагрузок от сотен до сотен тысяч ньютон. Средние диаметры винтов в этих механизмах 5… 150 мм, диаметры шариков 1…20 мм. ШВМ имеют ряд преимуществ перед обычными передачами винт-гайка скольжения: малые потери мощности на трение качения, позволяющие повышать КПД механизма до 0,9; низкий приведенный коэффициент трения покоя и, следовательно, высокая кинематическая чувствительность; малый износ рабочих винтовых поверхностей винта и гайки, обеспечивающий высокую точность и равномерность поступательного движения с сохранением стабильности этих параметров в процессе эксплуатации; надежная работа в широком диапазоне температур и вакууме.

К недостаткам ШВМ относят относительную сложность и трудоемкость изготовления. Особенно трудоемкой является операция шлифования специального профиля резьбы гайки и ходового винта. Однако с появлением станков для шлифования профиля резьбы винта и гайки и разработкой более совершенных методов обработки деталей этот недостаток устраняется.

В ШВМ различного назначения применяют криволинейные профили резьбы винта и гайки (рис.5.4, а, в),прямолинейные (рис.5.4, г, д, е)и комбинированные (рис. 5.4, б).Для силовых ШВМ, применяемых в ЛА, рекомендуют полукруглые Профили с двухточечным контактом и углом контакта (рис.5.4, а).Прямолинейный профиль резьбы (треугольный, трапециевидный) является наиболее технологичным, но значительно уступает по нагрузочной способности криволинейному. Это объясняется тем, что допускаемая нагрузка на шарик, находящийся в желобе с профилем в виде дуги окружности, более чем в три раза выше допускаемой нагрузки на шарик, лежащий на плоской поверхности трапецеидального или Треугольного профиля. Прямолинейный профиль резьбы применяют в ШВМ для восприятия небольших осевых нагрузок, например в приборах. В измерительных устройствах с высокими требованиями к точности перемещения узла рекомендуются ШВМ с прямоугольным профилем и трехточечным контактом между шариком и элементами винта и гайки (см. рис. 5.4, г, д).При таком контакте положение шарика определяется однозначно.

Высокий КПД, надежность ШВМ в значительной степени зависят от конструкции и качества изготовления перепускного канала. Каналы должны быть просты в изготовлении и допус­ать регулировку элемента, направляющего шарики из резьбовой канавки в возвратный канал; иметь плавный переход резьбовой канавки в возвратный канал; обеспечивать минимальный путь возврата шарика при малом числе поворотов. Одним из распространенных способов перепуска является перепуск шариков по изогнутой трубке, соединяющей начало и конец винтовой канавки гайки (рис.5.5, а). Шарики направляются в трубку либо концом самой трубки, либо специальными отражателями в корпусе гайки около концов трубки. Существенным недостатком таких конструкций возврата шариков является увеличение радиальных размеров гайки.

Более рациональной является конструкция, в которой возврат шариков осуществляется с помощью специальных вкладышей, вставленных в окна гайки по диагонали и соединяющих соседние винтовые канавки ее резьбы (рис. 5.5 б). Обычно в гайке предусматривают три вкладыша, которые располагают под углом 120°, причем шарики разделены на три независимо циркулирующие группы.

Твердость контактирующих поверхностей резьбы винта и гайки определяет нагрузочную способность и долговечность ШВМ. Она должна быть не ниже 60 HRC. В случае поверхно­стного упрочнения (азотирования, объемной закалки после цементации или закалки ТВЧ) толщина слоя должна быть достаточной для восприятия высоких контактных напряжений.

Винты изготовляют из сталей ХВГ и 7ХГ2ВМ с объемной закалкой, 8ХВ с закалкой при индукционном нагреве и 20ХЗМВФ с азотированием поверхности. Для гаек применяют стали марок 9ХС, ШХ15 с объемной закалкой и цементируемые стали 18ХГТ, 12ХНЗА, 18ХНВА и др. Шарики обычно изготавливают из стали ШХ15, ШХ15СГ. Твердость поверхности шариков должна быть не ниже 63 HRC.