передаточное отношение винт гайка

Детали машин

Общие сведения и характеристики

Передача винт – гайка используется для преобразования вращательного движения одного из звеньев в поступательное движение другого звена.
Состоит такая передача из двух звеньев – винта и гайки, при этом одно из звеньев закреплено от осевого перемещения.

Достоинства и недостатки передачи винт – гайка

К достоинствам передачи винт – гайка можно отнести следующие свойства:

Основным недостатком передачи винт – гайка является низкий КПД из-за больших потерь на трение. Этот недостаток можно уменьшить использованием передачи качения, но такая передача сложнее в изготовлении.

Область применения передач винт – гайка

Материалы, применяемые в передачах винт – гайка

Материалы винта и гайки должны представлять антифрикционную пару, т. е. быть износостойкими и иметь минимальный коэффициент трения. Выбор марки материала зависит от назначения передачи, условий работы и способа обработки резьбы.

Для винтов применяют стали марок 50, 40ХГ, 65Г и др. В ответственных передачах для повышения износостойкости применяют закалку винтов до твердости ≥ 45 HRC с последующей шлифовкой резьбы.

Вместо закалки применяют азотирование, используя в этом случае стали марок 40ХФА, 18ХГТ и др. Азотирование обеспечивает максимальную твердость поверхности и минимальную деформацию винтов.

Гайки ответственных передач изготовляют из оловянных бронз марок БрО10Ф1, БрО6Ц6С3 и др., а в тихоходных передачах – из антифрикционных чугунов марок АВЧ-1, АКЧ-1 или серого чугуна марки СЧ20.

Ведущим звеном в передаче может быть как винт, так и гайка.
Скорость поступательного перемещения гайки (винта) в мм/сек можно определить по формулам:

где:
z – число заходов резьбы винта; p – шаг резьбы в мм; p_h – ход винта: p_h = pz ; n – частота вращения винта (гайки) в об/мин.

Поскольку в передаче винт – гайка одно из звеньев совершает поступательное, а другое – вращательное движение, определить передаточное число или передаточное отношение сравнением частот вращения или угловых скоростей невозможно. По этой причине сравнивают линейные перемещения или линейные скорости точек ведомого и ведущего звена.
При этом у звена, совершающего вращательное движение, определяют линейное перемещение (окружную скорость) внешней точки звена (гайки, винта) или маховика, передающего (принимающего) мощность. У звена, совершающего поступательное движение, определяют линейное перемещение (или скорость) любой из точек.

Передаточное отношение передачи винт – гайка определяется по формуле:

Окружная сила на маховике (см. рис. 1) :

где:
F_a – осевая сила на гайке (винте); i = передаточное отношение передачи; η – КПД передачи; без учета потерь в опорах КПД передачи можно подсчитать по формуле:

Допускаемые напряжения для расчета деталей передачи винт – гайка скольжения принимают по следующим рекомендациям:

1. Допускаемое давление в резьбе:
незакаленная сталь по чугуну [q]_изн = 2…5 Н/мм 2 ;
незакаленная сталь по бронзе: [q]_изн = 7…8 Н/мм 2 ;
для винтов домкратов и струбцин, т. е. сравнительно редко используемых механизмов, значения допускаемых напряжений [q]_изн повышают на 30…40 %.

2. Допускаемое напряжение [σ] на растяжение или сжатие стальных винтов вычисляют по формуле:

Критерии работоспособности передачи винт – гайка

Расчет передачи винт – гайка скольжения

Резьбу проверяют на смятие. Рассчитывают среднее давление на поверхности витков из условия невыдавливания смазочного материала. Прочность тела гайки рассчитывают из условия прочности на растяжение. Винты проверяют на сжатие и устойчивость.

При определении размеров передачи исходят из расчета на износостойкость резьбы по допускаемому давлению [q]_изн с последующей проверкой винта на прочность.

Для проектировочного расчета передачи:

где:
ψ_H = H/d₂ – коэффициент высоты гайки, ψ_H = 1,2…1,5 (для цельных гаек); ψ_H = 2,5…3,5 (для разъемных и сдвоенных гаек);
ψ_h – коэффициент высоты профиля резьбы; ψ_h = 0,5 (для трапецеидальной резьбы); ψ_h = 0,75 (для упорной резьбы).

Наружный диаметр гайки:

Потеря устойчивости длинных сжатых винтов тоже может явиться причиной отказа передачи, поэтому их проверяют на статическую устойчивость по формулам Эйлера или Ясинского.

Сильно нагруженные винты (винтовые толкатели, прессы и т. п.) поверяют на прочность по эквивалентному напряжению σ_экв (по гипотезе энергии формоизменения):

где:
σ_экв – эквивалентное напряжение для опасной точки расчетного сечения винта;
N и M_K – продольная сила и крутящий момент, действующие в проверяемом сечении;
d₃ – внутренний диаметр резьбы винта по дну впадины.

КПД передачи винт – гайка

В передаче винт – гайка скольжения потери возникают в резьбе и в опорах. Потери в резьбе составляют главную часть. Они зависят от профиля резьбы, ее заходности, материала винтовой пары, точности изготовления, шероховатости контактирующих поверхностей и вида смазки.

В общем случае КПД передачи определяется по формуле:

где η_оп – коэффициент, учитывающий потери в опорах (при опорах на подшипниках качения η_оп = 0,98).

Рекомендации по конструированию передачи винт – гайка

1. Винты не должны иметь высокие буртики и глубокие канавки, в противном случае в местах резкого изменения поперечного сечения винта будут возникать высокие местные напряжения.

2. Во избежание большой деформации гайки при запрессовке и уменьшения вследствие этого зазора в резьбе толщина тела гайки должна быть δ ≥ 4 мм.

3. Для повышения долговечности передачи винты защищают от загрязнений телескопическими трубами или цилиндрическими гармониками.

Источник

Лекция 40. Передача винт — гайка

Иметь представление о назначении передачи, о материалах деталей передачи, о факторах, влияющих на КПД.

Знать виды разрушений и критерии работоспособности; формулы для кинематического и геометрического расчетов.

Передача винт — гайка используется для преобразования враща­тельного движения одного из звеньев в поступательное движение дру­гого (рис. 7.1).

Винты в передаче делятся на

Грузовые винты используют в домкратах, винтовых прессах и на­жимных устройствах.

Ходовые винты применяют в станках и измерительных приборах для установочных, рабочих и холостых перемещений.

Основное требование к передаче — износостойкость и длительное сохранение точности.

В зависимости от вида трения в резьбе передачи делятся на

· переда­чи скольжения и

· передачи качения (рис. 7.2).

В домкратах и винтовых прессах применяют упорную резьбу, в вин­товых передачах обычно используют трапецеидальную резьбу.

Передаточное отношение передачи винт — гайка

где D — диаметр маховика; p_h — ход винта (см. рис. 7.1): p_h = pz, где р — шаг резьбы; z — число заходов резьбы.

Ведущим звеном может быть как винт, так и гайка. Скорость поступательного движения, мм/с, в зависимости от угло­вой скорости ω, рад/с, винта

Источник

Передача “винт – гайка”. Основные параметры и особенности расчёта

Механизмы винт — гайка используются для преобразования вра­щательного движения в поступательное. Для преобразования посту­пательного движения во вращательное эти механизмы применяются 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, а недостаток — большие потери на трение в винтовой паре, что обусловливает низкий КПД и повышенный износ.

Основными элементами механизмов винт — гайка являются винт 1 и гайка 2. Материалы винта и гайки должны обладать низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью и хоро­шо обрабатываться.

Винт представляет собой цилиндр, на части которого нарезана резьба. Изготавливают винты обычно из сталей 45 и 50, а в кинематических передачах — и из пластмасс. Гайка представляет собой втулку или корпус с резьбой в отверстии. Для уменьшения трения скольже­ния гайки изготавливают из пластмасс, оловянистых бронз типа БрОЦС6-6-3, латуни Л60. 62. С целью уменьшения по­терь на трение применяют механизмы винт — гайка с трением каче­ния. 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.

В механизмах винт — гайка применяют трапецеидальные, метриче­ские, прямоугольные и упорные резьбы. Наибольшее применение полу­чили прямоугольные, трапецеидальные и метрические резьбы. Прямо­угольную и трапецеидальную резьбы рекомендуют применять с шагом р > 1 мм, метрическую — в механизмах с мелкими шагами.

КПД винтовых механизмов рассчитывают по той же формуле, что и червячных передач. Наибольшим КПД обладает прямоугольная резьба, наимень­шим — метрическая.

В винтовых механизмах вращение винта или гайки осуществляют обычно с помощью маховика, шестерни и т. п. При этом передаточное отношение условно можно выразить отношением окружного перемещения маховичка к перемещению гайки (винта) :

где ‑ диаметр маховичка (шестерни и т. п.);

‑ ход винта.

При малом и сравнительно большом можно получить очень большое i. Например, при = 1 мм и = 200 мм, i = 628.

Зависимость между окружной силой на маховичке и осевой силой Q на гайке (винте) запишем в виде

где ‑ КПД винтовой пары.

При простой и компактной конструкции передачи винт ‑ гайка позволяет получить большой выигрыш в силе или осуществлять медленные и точные перемещения.

Основным критерием работоспособности этих резьб является износостойкость. В целях уменьшения износа применяют антифрикционные пары материалов (сталь ‑ чугун, сталь ‑ бронза и др.), смазку трущихся поверхностей, малые допускаемые напряжения смятия [ ]. Величина в ходовой резьбе

Для проектного расчета используют формулу:

‑ коэффициент высоты гайки

— коэффициент высоты резьбы

После расчета по формуле величину d₂ согласуют со стандартом.

Рычажные передачи применяются в общем машиностроении для переда­чи и преобразования движений, перемещений, скорос­тей, силовых воздействий.

Такие передачи называются силовой механической проводкой (механическим приводом). В основном она применяется в сочетании с другими видами приводов (гидравлическими, электрически­ми и др.).

Основные преимущества рычажных передач — просто­та конструкции, малогабаритность, надежность в работе, уни­версальность, малые потери на трение и более высокий, чем у зубчатых передач, КПД. Рычажные механизмы преобразуют движение с высокой точностью, так как элементы их кинема­тических пар — простые поверхности (плоскость, цилиндр или сфера).

К недостаткам рычажных передач можно отнести ог­раниченность угловых и линейных перемещений, зазоры в шарнирах, снижающие точность передачи. Принципиальный недостаток силовой механической проводки — возможная по­теря устойчивости контура управления. По этой причине для обеспечения управления в контур включаются дополнитель­ные устройства — гидроусилители (бустера), загрузочные сис­темы и другие элементы гидромеханических или электроме­ханических систем. В результате усилие, действующее со сто­роны рабочего органа, полностью уравновешивается давлением гидросмеси, находящейся в цилиндрегидроусилителя, и на рычаг управления не передается.

Источник

Статья «Методология расчетов передачи винт-гайка»

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Методология расчетов передачи винт-гайка

Назначение и область применения передачи винт-гайка

Передача винт-гайка предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное движение рис. 1. При этом как винт, так и гайка могут иметь либо одно из названных движений, либо оба движения одновременно.

Рисунок 1. Схема действия передачи винт-гайка

Применяют поднятия грузов (домкраты), создание больших усилий до 1000 кН при малых перемещениях (прессы, нажимные устройства, тиски и т.п.) и получения точных перемещений (ходовые винты станков, измерительные приборы, делительные и регулировочные устройства).

Достоинства передачи винт-гайка

Большой выигрыш в силе;

Возможность получения медленного движения с высокой точностью перемещения; компактность при высокой нагрузочной способности;

Простота конструкции и изготовления;

Плавность и бесшумность;

Недостатки передачи винт-гайка

1. Повышенный износ резьбы, вызываемый большим трением;

Различные два типа передач винт-гайка:

— передачи с трением скольжения рис. 2, а,

— передачи с трением качения рис. 2, б.

Рисунок 2. Передача с трением скольжения а), с трением качения б)

Разновидности винтов передачи

В зависимости от назначения передачи винты бывают:

1) Грузовые. Применяются для создания больших осевых сил. Такие винты, если они работают при знакопеременной нагрузке, имеют трапецеидальную резьбу, при большой односторонней нагрузке – упорную. В домкратах для большого выигрыша в силе и обеспечения самоторможения применяют однозаходную резьбу с малым углом подъема. Гайки грузовых винтов изготавливают цельными рис. 3.

Рисунок 3. Цельная гайка грузового винта

2) Ходовые. Применяют для перемещений в механизмах подачи. Для уменьшения трения в ходовых винтах применяют трапецеидальную многозаходную резьбу. Из-за повышенного износа резьбы гайки ходовых винтов изготавливают разъемными рис. 4. Появляющийся зазор в резьбе регулируют с помощью набора металлических прокладок.

Рисунок 4. Разъемная гайка ходового винта

Установочные. Применяют для точных перемещений и регулировок. Установочные винты имеют метрическую резьбу. В механизмах точных перемещениях важно малое трение и отсутствие зазора в резьбе. Для обеспечения безлюфтового перемещения гайки делают сдвоенными рис. 5.

Рисунок 5. Сдвоенная гайка установочного винта

Сдвоенная гайка имеет неподвижную и подвижную части: последняя (правая) может смещаться в осевом направлении относительно первой, что обеспечивает устранение зазора. Смещение можно достигнуть с помощью клина, пружины или резьбы.

Уменьшение трения достигается заменой трения скольжения на трение качения (используется шариковая винтовая пара рис. 6).

Рисунок 6. Шариковая винтовая парa

В таких механизмах между витками винта шарики увлекаются в направлении его поступательного движения, попадают в перепускной канал в гайке и возвращаются в полость между винтом и гайкой. Таким образом, перемещение шариков происходит по замкнутому каналу, соединяющему первый и последний витки резьбы гайки. Достоинства шариков винтовых механизмов: высокий КПД (до 0,9); возможность полного устранения осевого и радикального зазоров. Их применяют в механизмах подач станков с числовым программным управлением, механизмах подъёма и спуска шасси в самолётах и т.п.

Передачи с трением скольжения имеют наибольшее распространение в виду простоты устройства.

Материалы винта и гайки

Материалы винта и гайки должны иметь низкий коэффициент трения и повышенное сопротивление износу. Выбор марки материала зависит от назначения передачи и условий работы. Для уменьшения потерь на трение подбирают пару сталь – бронза. Винты передач без термообработки изготовляют из сталей 45, 50 и др., в ответственных передачах – из сталей 40Х, 40ХГ, 65Г и др., с закалкой винтов до твёрдости более 50HRC, с последующим шлифованием резьбы. Гайки ответственных передач (высокие окружные скорости – v = 6…15 м/мин и нагрузки) изготовляют из оловянных бронз Бр010Ф1, Бр06Ц6С3 и др., а при работе с большим перерывом, а также при малых нагрузках и скоростях – из антифрикционного чугуна марок АЧВ-1, АЧС-3, АЧК-2, или серого чугуна марок СЧ15, СЧ20.

,

А – площадь рабочей поверхности витка,

d2 – средний диаметр резьбы,

– число витков в гайке, где р- шаг резьбы рис. 7.

Рисунок 7. Геометрические параметры передачи винт-гайка

Расчет на прочность

Основным критерием работоспособности и расчёта передачи является износостойкость.

Основной причиной выхода из строя винтов и гаек является большое изнашивание их резьбы. Поэтому при определении размеров передачи исходят из расчета на износостойкость резьбы по допускаемому давлению. Потом проводят расчет на прочность винта, то есть определяют его диаметр.

Алгоритм решения работы

Задания для решения работы

Определить силу, которую можно приложить к ключу длиной L=300 мм при завинчивании болта с резьбой М16 2 по приведенному рисунку, до появления в резьбе болта напряжений смятия и напряжений среза резьбы. Трением на торце болта пренебречь. Исходные данные: средний диаметр резьбы
d2 = 14,7 мм, внутренний диаметр резьбы d1 = 13,8 мм, предел текучести материала болта по напряжениям смятия σсм=250 МПа, по напряжениям среза τср= 150 МПа, коэффициент трения болта по гайке f= 0,15; угол профиля резьбы α=600, коэффициент неравномерности распределения нагрузки по виткам резьбы k= 0,87; коэффициент заполнения резьбы km= 0,65. Высота витка резьбы h= 1 мм. Высота гайки приведена в таблице. Задачу решить по одному из вариантов, отмеченному преподавателем.

Варианты заданий по высоте гайки Н:

Источник

Тема 3.5 Передача винт-гайка

Раздел 3. Детали машин

Передачей винт — гайка называется механическая передача, состоящая из винта и гайки и предназначенная для преобразования вращательного движения в поступательное или наоборот.

Достоинства передачи винт—гайка:

· компактность и технологичность конструкции,

· большой выигрыш в силе,

· возможность получения медленного движения при высокой точности перемещений,

· большая нагрузочная способность,

· плавность и бесшумность работы.

· большое передаточное отношение;

· самоторможение в передаче;

Недостатки:

· значительное трение в резьбовой паре, вызывающее повышенный износ;

· сравнительно низкий КПД. (η – 0,6-0,8; для самотормозящих пар η

Винты передачи делятся на грузовые, применяемые для создания больших осевых сил, и ходовые, применяемые для осуществления точных перемещений.

Винты силовых передач при реверсивной нагрузке имеют трапецеидальную резьбу, имеющую более высокий КПД благодаря меньшему углу профиля. Для получения точных перемещений в механизмах приборов применяют треугольную резьбу с мелким шагом. Прямоугольная резьба, в которой трение наименьшее, не имеет широкого применения, так как она нетехнологична (ее нельзя фрезеровать и шлифовать).

Гайки винтовой пары скольжения могут быть цельными (для грузовых или неточных ходовых винтов) и составными (для механизмов точных перемещений). На рис. показана составная гайка, имеющая возможность устранения зазора в резьбе за счет смещения подвижной части гайки относительно неподвижной. Гайка ходового винта токарно-винторезного станка имеет разъем по диаметральной плоскости, что дает возможность периодического расцепления винта и гайки.

Примеры применения винтовых передач	Для уменьшения трения и износа применяют шариковые винтовые пары качения, имеющие высокую нагрузочную способность, малые потери на трение и высокую кинематическую точность, высокий к.п.д.- η=0,95, является беззазорной. В таких винтовых парах шарики циркулируют по замкнутому каналу, соединяющему первый и последний витки винтовой канавки гайки.
	Ручной винтовой пресс, позволяющий создавать давление в несколько десятков килоньютонов. Винт имеет однозаходную резьбу с малым углом подъема, чтобы обеспечить самоторможение и большой выигрыш в силе.
	Ручная дрель, у которой ведущее звено — гайка 1 — перемещается возвратно-поступательно вдоль винта 2, приводя во вращение закрепленное в патроне 3 сверло 4; вместо сверла может быть поставлена отвертка. Резьба винта многозаходная с большим углом подъема.
	Схема рулевого управления речного судна. При вращении штурвала 1 вращается винт 2, имеющий на одном конце левую, а на другом — правую резьбу. Гайки 3, перемещаясь поступательно в противоположные стороны, посредством тяг 4 поворачивают руль.
	Схема электрифицированного домкрата. Электродвигатель через зубчатые передачи передает вращение винтам 1, имеющим правую и левую резьбу, и смонтированным на упорных подшипниках 3. При своем вращении винты 1поднимают и опускают платформу 2 с грузом. За один оборот винтов груз получает осевое перемещение, равное ходу резьбы (для однозаходных резьб ход равен шагу).

Зная частоту вращения вала электродвигателя и передаточные числа зубчатых передач, легко вычислить скорость платформы.

Источник