- •Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
- •Isbn 5-7723-0716-9 Севмашвтуз, 2007
- •1 Основные понятия теории машин и механизмов
- •1.1 Основные понятия и определения
- •1.1.4 Общие рекомендации при проектировании
- •1.1.5 Особенности расчетов при проектировании
- •1.1.6 Порядок проектирования
- •1.2 Краткие сведения о машиностроительных материалах
- •1.3 Краткие сведения о стандартизации и взаимозаменяемости деталей машин, допусках и посадках
- •2 Соединения деталей машин
- •2.1 Резьбовые соединения
- •2.2 Заклепочные соединения
- •Достоинства заклепочных соединений:
- •Недостатки заклепочных соединений:
- •Область применения заклепочных соединений:
- •2.3 Сварные соединения
- •2.3.3 Достоинства сварных соединений:
- •2.3.5 Расчет сварных соединений
- •2.3.5.2 Угловые соединения
- •2.3.6 Допускаемые напряжения
- •2.4 Соединения с натягом
- •2.5 Шпоночные соединения
- •2.6 Шлицевые соединения
- •3 Винтовые механизмы
- •3.4 Расчет передачи «винт-гайка»
- •3.4.2 Проверка на самоторможение
- •3.4.4 Расчет прочности винта
- •3.4.5 Проверка винта на устойчивость
- •4 Задания на контрольную работу
- •4.1 Контрольная работа №1
- •4.2 Контрольная работа №2
- •Список литературы
- •Бабкин Александр Иванович
- •Сдано в производство 04.09.2007 г. Подписано в печать 19.09.2007 г.
- •164500, Г. Северодвинск, ул. Воронина, 6.
3 Винтовые механизмы
3.1 Общие сведения
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 гидростатическими винтовыми 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).
3.1.1 Достоинства винтовых механизмов:
Простота конструкции и изготовления;
Компактность при высокой нагрузочной способности;
Высокая надежность;
Большой выигрыш в силе;
Плавность и бесшумность работы;
Возможность медленного и точного перемещения.
Недостатки винтовых механизмов скольжения:
Повышенный износ из-за трения;
Большие потери на трение и низкий КПД;
Невозможность применения при больших скоростях.
3.1.2 Область 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 обрабатываемый предмет;
Зажимные устройства – зажимы, прижимы, струбцины, тиски – устройства для фиксации обрабатываемого предмета;
Натяжные устройства – служат для создания и поддержания постоянным натяжения гибкого тягового органа в машинах непрерывного транспорта, цепных и ременных передачах и т.д.
3.1.3 Исполнения винтового механизма могут быть:
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.
С вращающимся и поступательно передвигающимся винтом при неподвижной гайке: домкраты, винтовые прессы, натяжные устройства.
С вращающейся гайкой и поступательно перемещающимся винтом, например в механизмах изменения вылета кранов стрелового типа.
С поступательно движущимся винтом и вращающейся гайкой. В таких механизмах применяется резьба с большим углом наклона винтовой линии. Такие механизмы используются редко.
3.2 Конструкция винтов и гаек
Основные элементы любой винтовой пары это винт и гайка.
Винты представляют собой стержни с нанесенной на них резьбой (рис. 3.1). Концевые участки винтов имеют участки, предназначенные для крепления других элементов винтовой пары (например, рукояток, маховиков и т.д.) или для установки винта в опорах. Длинные винты делают составными.
Рис. 3.1. 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. 3.2а). Иногда гайки выполняют разрезными (рис. 3.2б).
Рис. 3.2. 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. 3.3а).
а |
б |
Рис. 3.3. Профили трапецеидальной а) и упорной б) резьб |
Для высоконагруженных винтов домкратов и других механизмов с односторонним действием нагрузки целесообразно применять упорную резьбу (рис. 3.3б). Потери на трение в упорной резьбе меньше чем в трапецеидальной, но она имеет более сложный профиль.
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.
Иногда, в порядке исключения, применяется метрическая резьба для винтовых механизмов с малой нагрузочной способностью (небольшие струбцины) или в измерительных инструментах (например, микрометры).
Основные геометрические параметры резьбы подробно представлены в разделе 2.1 «Резьбовые соединения».
3.3 Материалы винтов и гаек
Материалы винтов 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 винтовых парах 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.