Исследование винтового механизма

(ПЕРЕДАЧИ ВИНТ – ГАЙКА)

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

1. Ознакомиться с винтовыми механизмами.

2. Определить зависимость коэффициента полезного действия винтовой пары от величины осевой и эксцентричной нагрузки на гайку.

 

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

Винтовые механизмы используются для преобразования вращательного движения в поступательное. Для преобразования поступательного движения во вращательное эти механизмы используются редко (механизм перемещения пленки фотоаппарата).

Достоинствами таких механизмов являются высокая точность и плавность поступательного перемещения, простота конструкции и изготовления, компактность, надежность в работе, возможности получения самотормозящей передачи и создания значительных усилий при малых перемещениях. Недостатки механизмов винт – гайка – большие потери на трение в винтовой паре, что обусловливает низкий КПД и повышенный износ.

Механизмы винт – гайка применяют для перемещения магнитных и оптических головок считывания и записи информации в дисководах ПЭВМ; перемещения координатных столов технологического оборудования при изготовлении полупроводниковых и электронных приборов; настройки волноводов; фокусировки окуляров и объективов: перемещения кареток и суппортов станков; измерительных и регулировочных устройств; рабочих органов роботов, испытательных машин и т.д.

Основными элементами механизмов винт – гайка являются винт 1 и гайка 2 (рис. 2.1, а). Материалы винта и гайки должны обладать низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью и хорошо обрабатываться.

в

б

а

	Рис. 2.1

Винт представляет собой цилиндр, на части которого нарезана резьба. Изготавливают винты обычно из сталей 45 и 50, а в кинематических передачах – из пластмасс. Гайка представляет собой втулку или корпус с резьбой в отверстии. Для уменьшения трения скольжения (рис. 2.1, б) гайки изготавливают из пластмасс, оловянистых бронз типа БрОЦС 6-6-3, латуни Л60 … 62. С целью уменьшения потерь на трение применяют механизмы винт – гайка с трением качения (рис. 2.1, в). В этой более сложной конструкции резьба заменена винтовыми канавками кругового профиля. Канавки на винте и гайке образуют замкнутую винтовую поверхность, ограничивающую полость, в которую помещаются шарики. Контакт между винтом и гайкой осуществляется посредством шариков. При вращении винта шарики увлекаются в направлении его поступательного движения, попадают в отводной канал в гайке и снова возвращаются в полость между винтом и гайкой.

Простейшие винтовые механизмы могут состоять из двух и трех звеньев. Наибольшее распространение получили трехзвенные схемы. Рассмотрим возможные кинематические схемы винтовых механизмов:

– двухзвенный механизм (рис. 2.2). Винт 1 вращается и одновременно движется поступательно, гайка 2 неподвижна. Механизмы с такой схемой обладают наибольшей точностью получения линейных перемещений при ограниченной величине этих перемещений (до 50 мм). Применяют эту схему в измерительных устройствах (микрометры), механизмах настройки волноводов;

	P

Рис. 2.2

– трехзвенный механизм (рис. 2.3, а). Ведущий винт 1 образует со стойкой вращательную пару и винтовую пару с гайкой 2, которая движется поступательно по неподвижным направляющим. Механизмы с такой схемой обладают меньшей точностью, но значительным линейным перемещением гайки. Используют их для перемещения координатных столов технологического оборудования при изготовлении полупроводниковых приборов и для перемещения магнитных и оптических головок в дисководах ПЭВМ;

а б в

 

Рис. 2.3

– трехзвенный механизм с двумя разными резьбами на винте (рис. 2.3, б). Винт 3 вращается и движется поступательно. Обе гайки 1 и 2 имеют резьбы с одинаковым направлением, но с разным шагом (p₁ ≠ p₂). Гайка 1 движется поступательно относительно направляющих. При вращении винта перемещение и скорость относительного движения гайки пропорциональна разности (p₁ – p₂) шагов. Такие винтовые механизмы называют дифференциальными. Они позволяют получать очень малые перемещения за один оборот винта;

– трехзвенный механизм, отличающийся от предыдущей схемы тем, что резьбы на винте 3 имеют разное направление, одна – правая, вторая – левая. В этом механизме перемещение и скорость относительного движения гайки пропорциональна сумме (p₁ + p₂) шагов резьб. Такие механизмы позволяют получать большие перемещения гайки за один оборот винта, их называют интегральными.

В механизмах винт – гайка с трением скольжения резьба нанесена непосредственно на детали винтовой пары. Характеризуется резьба винта (гайки)следующими геометрическими параметрами (рис. 2.4): d (D) – наружный диаметр резьбы; d₁ (D₁) – внутренний диаметр резьбы; d₂ (D₂) – средний диаметр резьбы; р – шаг резьбы – расстояние, измеренное вдоль оси резьбы, между параллельными сторонами соседних витков; р_h –ход резьбы, для однозаходной р_h = р, а для многозаходной – р_h = zр, где z – число заходов; h – рабочая высота профиля; a – угол профиля, угол между смежными боковыми сторонами резьбы в плоскости осевого сечения; g – угол подъема резьбы (рис. 1.5) образован касательной к винтовой линии в точке на среднем диаметре резьбы и плоскостью, перпендикулярной к оси резьбы, и определяется из выражения

tg g = z p/p d₂. (2.1)

В механизме, показанном на рис. 2.3, а, перемещение ℓ гайки при повороте винта на угол φ определяется соотношением ℓ = p_hφ/(2π), а скорость гайки – v = p_hω/(2π), где p_h – шаг винтовой линии; ω – угловая скорость винта.

В дифференциальном винтовом механизме (рис. 2.3, б) относительное перемещение гайки при повороте винта на угол φ будет ℓ = (p_h1 – p_h2)φ/(2π), а скорость – v = (p_h1 – p_h2)ω/(2π).

В интегральном винтовом механизме (рис. 2.3, в) относительное перемещение и скорость гаек определяют по формулам ℓ = (p_h1 + p_h2)φ/(2π); v = (p_h1 + + p_h2)ω/(2π).