Леонтьев

Общие сведения о передачах винт-гайка
Передача состоит из винта и гайки. Различают передачи скольжения, работающие на движение с трением скольжения, и передачи качения, работающие преимущественно на движение с трением качения. В передачах скольжения используют резьбы различного профиля.

В передачах качения между витками винта и гайки размещены тела качения – шарики .
Передача винт-гайкаслужит для преобразования вращательного движения в поступательное.При этом вращение закрепленной от осевых перемещений гайки вызывает поступательное перемещение винта, или вращение закрепленного от осевых перемещений винта приводит к поступательному перемещению гайки.
Возможность преобразования поступательного движения во вращательное в силовых передачах вследствие низкого КПД не используют.
Основные геометрические параметры передачи скольжения: наружный диаметрd, средний диаметрd2 и шагР резьбы;передачи качения.
– номинальный диаметр d0, т.е. диаметр расположения центров тел качения, шагР резьбы и диаметрDw тел качения.

Достоинства передачи винт–гайка.
1.Возможность создания больших осевых сил, значительный выигрыш
В силе (вследствие клинового действия резьбы).
2.Возможность получения медленного поступательного перемещения с высокой точностью.
3.Малые габариты при высокой несущей способности.
Недостатками передач скольжения являются повышенные потери на трение, изнашивание и низкий КПД. Передачи качения лишены этих недостатков, но их конструкция сложнее, а стоимость значительно выше.
Применение. Передачи винт–гайка применяют в станкостроении (механизмы подачи), авиастроении (механизмы управления), в точных измерительных приборах (механизмы делительных перемещений), в приводах нажимных устройств прокатных станов и др.
В качестве ведущего звена в передаче используют как винт, так и гайку.

Кинематика передачи. Скорость поступательного перемещения гайки (винта), м/с:
v = zPw/60 000,
где z – число заходов резьбы;Р – шаг резьбы, мм;
п — частота вращения винта (гайки), мин-1.
Многозаходные резьбы позволяют получить высокую скорость осевых перемещений исполнительных механизмов.
Развиваемая передачей осевая сила Fa (H) связана с вращающим моментомТ (Н∙м) зависимостью
Fa 2 103 πTη /(zP) ,
где η – КПД передачи.
В предварительных расчетах можно принимать: для передачи скольжения η = 0,25– 0,35; для передачи качения η = 0,9–0,95.

Винтовые передачи
Винтовая передача служит в основном для преобразования вращательного движения в прямолинейное поступательное; превращение прямолинейного поступательного движения во вращательное с помощью винтового механизма встречается редко и применяется в некоторых областях техники, например в приборостроении.

Достоинство винтовых передач:
простота конструкции;
большое передаточное число;
самоторможение;
возможность изготовления с большой точностью по шагу.
Недостатки винтовых передач:
сравнительно большое трение в резьбе;
износ;
низкий КПД передачи.

Область применения
Характерные области применения винтовых передач: поднятие грузов (в домкратах); осуществление процесса механической обработки (в станках); управление машинами (например, усилитель руля); точные делительные перемещения (в измерительном деле); перемещения в следящих системах и сервоприводах.

Винтовые передачи могут быть:
скольжения
качения (когда гайка содержит канавки с помещенными туда шариками)
планетарными роликовыми (перспективные передачи, обладающие большой точностью и жесткостью);
волновые (для очень малых поступательных перемещений);
гидростатические (с малыми трением, износом и повышенной точностью).

Материалы
Материалы винтов должны обладать высокой износостойкостью, прочностью и хорошей обрабатываемостью. Слабонагруженные и тихоходные винты, не подвергаемые закалке, изготавливают из сталей 45, 50, У10А; а подвергаемые закалке – из сталей 40Х, 65Г; азотируемые (азотирование повышает износостойкость) – из сталей 40ХФА, 18ХГТ.
Материал гаек – бронзы оловянные Бр010Ф1, Бр04Ц7С5, цинковый сплав ЦАМ10-5, а при малых скоростях и нагрузках – антифрикционный чугун. Гайки больших и средних диаметров заливают антифрикционным сплавом.

Расчет на износостойкость по среднему удельному давлению производится по формуле:
где: Q - наибольшая тяговая сила;
s - шаг винтовой линии резьбы;
t2 - рабочая высота витка;
L - длина гайки;
z - число заходов резьбы;
dср - средний диаметр резьбы.

Обозначая соотношение , получим:
откуда:
Для стандартных трапециидальных резьб:

тогда:
[с]=12Ч106 н/м2;
мм.
Принимаем dср=27мм, dmax=30мм, dmin=23мм.

Расчёт ходовых винтов на прочность
Ходовой винт работает одновременно на растяжение (или сжатие) и кручение и рассчитывается на прочность по приведенному напряжению:
где: - площадь поперечного сечения стержня винта;

мм2;
Mк - крутящий момент передаваемый винтом;
- момент сопротивления сечения при кручении.
После подстановки получим:
где - к.п.д. винтовой пары: