Общие сведения о винтовых механизмах

Винтовые механизмы предназначены для преобразования вращательного движения в поступательное (реже наоборот). Основным элементом любого винтового механизма является винтовая пара, состоящая из винта и гайки.

Винтовые пары в механизмах могут быть парами скольжения или качения, кроме того, выполняются винтовые механизмы с гидростатическимивинтовыми парами. Они могут быть с ручным или механическим приводом. Наименьшим КПД обладают пары скольжения (примерно 0,3), пары качения и гидростатические пары имеют более высокий КПД (до 0,9).

В заданиях к работе предлагаются только механизмы с ручным приводом, для которых значение КПД не имеет большого значения, поэтому далее рассматриваются только винтовые пары скольжения. Информацию о винтовых парах качения и гидростатических парах можно найти в литературе по деталям машин.

1.1 Достоинства и недостатки винтовых механизмов

Винтовые пары скольжения обладают рядом преимуществ:

1. Простота конструкции и изготовления;

2. Компактность при высокой несущей способности;

3. Высокая надежность;

4. Большой выигрыш в силе;

5. Плавность и бесшумность работы;

6. Возможность медленного и точного перемещения.

Недостаткивинтовых пар скольжения:

1. Повышенный износ из-за трения;

2. Большие потери на трение и низкий КПД;

3. Невозможность применения при больших скоростях.

1.2 Область применения

Основные области применения винтовых механизмов

· Домкраты – грузоподъемные устройства, для подъема груза на небольшую высоту, используемые для выполнения монтажных и ремонтных работ;

· Прессы – нажимные устройства для создания воздействующей силы на обрабатываемое изделие;

· Зажимные устройства – зажимы, прижимы, струбцины, тиски – устройства для фиксации обрабатываемого изделия;

· Натяжные устройства – служат для создания и поддержания постоянным натяжения гибкого тягового органа в машинах непрерывного транспорта, цепных и ременных передачах и т.д.

1.3 Исполнения винтовых механизмов

Исполнениявинтовых механизмов могут быть:

1. С вращающимся винтом и поступательно движущейся гайкой. Такие передачи применяются, например, в винтовых стяжках – талрепах, в станках для подач рабочего инструмента, в нажимных и натяжных устройствах.

2. С вращающимся и поступательно передвигающимся винтом при неподвижной гайке. Домкраты, винтовые прессы, натяжные устройства.

3. С вращающейся гайкой и поступательно перемещающимся винтом, например в механизмах изменения вылета кранов стрелового типа.

4. С поступательно движущимся винтом и вращающейся гайкой. В таких механизмах применяется резьба с большим углом наклона винтовой линии. Такие механизмы используются крайне редко.

1.4 Конструкция винтов и гаек

Основные элементы любой винтовой пары это винт и гайка.

Винты представляют собой стержни с нанесенной на них резьбой. Концевые участки винтов имеют участки, предназначенные для крепления других элементов винтовой пары (например, рукояток, маховиков и т.д.) или для установки винта в опорах. Одной из опор будет являться гайка. Длинные винты могут делаться составными.

Очень длинные винты выполняют с промежуточной опорой, поддерживающей нарезанную часть винта. Промежуточные опоры выполняют переставными вдоль оси, или откидными, или половинными, полуохватывающими винт, чтобы они не мешали перемещению гайки, выполняемую тоже половинной.

Рис. 1.1. Примеры конструкции ходовых винтов: а) винт прижимного устройства; б) винт домкрата; в) винт натяжного устройства

Гайки представляют собой втулки с внутренней резьбой и фланцем для осевого крепления (рис. 1.2а). Иногда гайки выполняют составными (рис. 1.2б) для облегчения сборки, состоящими из двух половин с разъемом в диаметральной плоскости. Применяются также и половинные гайки, при необходимости быстрого сцепления–расцепления.

Рис. 1.2. Гайки винтовых механизмов

Для винтовых механизмов применяют резьбы с малыми углами профиля для уменьшения потерь на трение. Наиболее распространена трапецеидальная резьба со средними шагами (рис. 1.3а).

Для высоконагруженных винтов домкратов и других механизмов с односторонним действием нагрузки целесообразно применять упорную резьбу (рис. 1.3б). Потери на трение в упорной резьбе меньше чем в трапецеидальной, но она сложнее в изготовлении.

Прямоугольная резьба обладает еще более низкими потерями на трение, но применяют ее редко. Недостатком прямоугольной резьбы является трудность изготовления, т.е. невозможность окончательной обработки фрезерованием и шлифованием. Поэтому в предложенных для проектирования механизмах применять ее не рекомендуется.

Иногда, в порядке исключения, применяется метрическая резьба для винтовых механизмов с малой нагрузочной способностью (небольшие струбцины) или в измерительных инструментах (микрометры).

а	б
Рис. 1.3. Профили трапецеидальной а) и упорной б) резьб

Размеры резьб, применяемых в винтовых механизмах, приведены в приложении.

Для уменьшения потерь на трение в винтовых парах скольжения применяют смазку, обычно консистентную. Для обеспечения долговечности желательно защищать смазку от загрязнения. Для этого нужно, по возможности, располагать винтовую пару в корпусе, который является защитой от загрязнения или предусматривать козырьки, гофрированные кожухи, телескопические трубы т.д.

1.5 Материалы винтов и гаек

Материалывинтов должны обладать высокой износостойкостью, хорошей обрабатываемостью, высокой прочностью. Таким требованиям лучше всего отвечают стали. Для слабонапряженных и тихоходных винтов применяют стали 45, 50 (ГОСТ 1050-88), для более ответственных механизмов – стали, подвергаемые закалке – 40Х, 40ХГ (ГОСТ 4543-71), 65Г (ГОСТ 1050-88), для ходовых винтов станков – азотируемые стали 40ХФА, 18ХГТ (ГОСТ 4543-71).

Поскольку в ходовых винтах присутствует скольжение, для уменьшения трения гайки делают из антифрикционных материалов – оловянных бронз БрО10Ф1, БрО6Ц6С3 (ГОСТ 613-79), безоловянной бронзы БрА9Ж3Л (ГОСТ 493-79), чугунов СЧ 12-28, СЧ 15-32, СЧ 18-36 (ГОСТ 1412-70). В отдельных случаях возможно изготовление гайки из стали. Следует иметь в виду, что антифрикционные свойства у бронзы улучшаются с увеличением содержанием олова, а у чугуна – с уменьшением прочности. Кроме того, следует учитывать, что самый дешевый материал – чугун, а стоимость бронзы тем выше, чем больше содержание олова.