Кинематический анализ передачи винт-гайка

В ходе выполнения курсового проекта были достигнуты цели , поставленные в начале работы. Были рассмотрены и изучены :
-основные параметры передачи винт-гайка;
- классификация данной передачи;
- основные геометрические и кинематические расчетные зависимости.
Основными достоинствами передачи является самоторможение и относительная простота конструкции. Главным недостатком передачи является, износ резьбы.
КПД передачи достаточно высокий, но при вертикальном подъеме груза, резко падает и составляет всего 0,6.
После выполнения курсовой работы, я приобрел навыки в проектировании передач скольжения винт-гайка, а также закрепил теоретический материал по передачам.

...

Введение 2
1.НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО И КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕРЕДАЧИ ВИНТ-ГАЙКА 4
1.1. Назначение и устройство передачи винт-гайка 4
1.2 Классификация передач винт-гайка 8
2. МАТЕРИАЛЫ ДЕТАЛЕЙ ПЕРЕДАЧ ВИНТ–ГАЙКА И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ 13
3. РАСЧЕТ ПЕРЕДАЧ ВИНТ–ГАЙКА СКОЛЬЖЕНИЯ 15
3.1 Самоторможение резьбовой передачи. 24
3.2 КПД винтовой пары 26
Заключение 27
Список использованной литературы 28

Передачи винт–гайка скольжения достаточно широко применяются в различных отраслях техники при необходимости преобразования вращательного движения в поступательное или наоборот. Одновременно эти передачи обеспечивают скоростные и силовые преобразования в широком диапазоне.
В виду простоты конструкции передачи, компактности и высокого КПД передача нашла очень широкое применение во всех областях промышленности.
Основные достоинства:
1. возможность получения большого выигрыша в силе;
2. высокая точность перемещения и возможность получения медленного движения;
3. плавность и бесшумность работы;
4. большая несущая способность при малых габаритных размерах;
5. простота конструкции.
Недостатки передач винт-гайка скольжения:
1. большие потери на трение и низкий КПД;
2. затруднительность применения при больших частотах вращения.
Цель курсовой работы рассмотреть назначение, устройство и принцип работы передач винт-гайка, провести кинематический расчет, сделать выводы о проведенной работе.
Задача курсовой работы - научится производить кинематический расчет передач винт-гайка в соответствии с указанными формулами расчета.
Актуальность курсовой работы по этой теме всегда важна в плане совершенствования работы инженера будущего инженера и приобретения навыков проектирования.
Новизна курсовой работы заключается в том, что мы рассматриваем подробно назначение устройство, принцип передач винт-гайка, проводим кинематический расчет.
B первой части кратко излагаются назначение, устройство и классификация передач винт-гайка, приводятся схемы устройства передач.
Вторая часть работы посвящена геометрическим параметрам и силовым отношениям в передачах винт-гайка. B заключение сделан анализ проделанной работы.

Первый способ достигается установкой двух раздвигаемых гаек, например, пружиной, второй - разрезной гайки, втягиваемой цанговым зажимом.Достоинства и недостатки передачи винт-гайка скольжения.Основные достоинства:1. возможность получения большого выигрыша в силе;2. высокая точность перемещения и возможность получения медленного движения;3. плавность и бесшумность работы;4. большая несущая способность при малых габаритных размерах;5. простота конструкции.Недостатки передач винт-гайка скольжения:1. большие потери на трение и низкий КПД;2. затруднительность применения при больших частотах вращения.Достоинства и недостатки шариковинтовой передачи.Основные достоинства:1. малые потери на трение. КПД передачи достигает 0,9 и выше;2. высокая несущая способность при малых габаритах;3. возможностьполучения малых и точных перемещений;4. отсутствие осевого и радиального зазоров (то есть мертвого хода);5. высокий ресурс.Недостатки.1. Требование высокой точности изготовления, сложность конструкции гайки.2. Требование хорошей защиты передачи от загрязнений.Применение:Шариковинтовые передачи применяют в механизмах точных перемещений, в следящих системах и в ответственных силовых передачах (станкостроение, робототехника, авиационная и космическая техника, атомная энергетика и др.).  При вращении  винта шарики вовлекаются в движение по винтовым канавкам (см. рис. 5), поступательно перемещают гайку и через перепускной канал возвращаются обратно. Перепускной канал выполняют между соседними или между первым и последним (рис. 5) витками гайки. Таким образом, перемещение шариков происходит по замкнутой внутри гайки траектории.В станкостроении применяют трехвитковые гайки. Перепускной канал выполняют в специальном вкладыше, который вставляют в овальное окно гайки. В трехвитковой гайке предусматривают три вкладыша, расположенные под углом 120° один к другому и смещенные до длине гайки на один шаг резьбы по отношению друг к другу. Таким образом, шарики в гайке разделены на три (по числу рабочих витков) независимые группы. При работе передачи шарики, пройдя по винтовой канавке на винте путь, равный длине одного витка, выкатываются из резьбы в перепускной канал вкладыша и возвращаются обратно в исходное положение на тот же виток гайки.Шариковинтовые передачи выполняют с одной или чаще с двумя гайками, установленными в одном корпусе. В конструкциях с двумя гайками наиболее просто исключить осевой зазор в сопряжении винт-гайка и тем самым повысить осевую жесткость передачи и точность перемещения. Устраняют осевой зазор и создают предварительный натяг путем относительного осевого (например, с помощью прокладок) или углового смещения двух гаек.По конструкции винт представляет собой цилиндрический стержень цельной (см. рис.3) или сборной конструкции с резьбой.Резьба образуется путем нанесения на цилиндрический стержень винтовых канавок с сечением определенного профиля.По форме профиля резьбы делят на треугольные (рис.6, а), прямоугольные (рис. 6, б), трапецеидальные (рис.6, в), упорные (рис. 6, г), круглые (рис.6, д).Рисунок - 6. Профили резьб: а — треугольная; б — прямоугольная; в — трапецеидальная; г — упорная; д — с круговым профилемЧтобы увеличить КПД в передачах применяют трапецеидальные и упорные резьбыТрапецеидальная резьба:Рисунок - 7. Трапецеидальная резьба: d – наружный диаметр резьбы винта; d3 – внутренний диаметр резьбы по впадине; d2 – средний диаметр; H1 – рабочая высота профиля; P - шаг.Упорная резьбаРисунок - 8. Упорная резьба: d – наружный диаметр резьбы винта; d3 – внутренний диаметр резьбы по впадине; d2 – средний диаметр; H1 – рабочая высота профиля; P - шагТрапецеидальная резьба в основном диапазоне диаметров бывает мелкая, средняя и крупная. В передачах используют в основном среднюю резьбу. Мелкую резьбу применяют в механизмах, где требуется повышенная точность перемещений, например в микрометрах, крупную — когда передача плохо защищена от пыли и грязи и подвержена износу. Упорные резьбы применяют, когда на передачу действует односторонняя нагрузка, например в нажимных устройствах прокатных станов.Рисунок - 9. Несоосная передача винт-гайка скольжения.Разновидностью передач винт — гайка является несоосная резьбовая передача (рис. 9). Гайка в этой конструкции выполнена свободно вращающейся в подшипниках, наружные кольца которых установлены в корпусе, перемещающемся в осевом направлении. При одинаковых шагах резьбы средний диаметр винта d 2 В меньше, а следовательно, угол подъема резьбы ψВ, больше, чем у гайки (соответственно d 2 Г и ψГ ). При повороте винта на один оборот точка, взятая на линии контакта, переместится по винтовой линии гайки из положения О в положение А (рис. 10), т. е. пройдет путь, равный длине винтовой линии винта. При этом гайка повернется на угол:ψГ = ψВ* d 2 В *cosψГ /( d 2 Г*cosψВ)А относительное осевое перемещение винта и гайки составит:l=hВ - hГ = 0,5 φВ* d 2 В *g * ψВ (1 - sinψГ/ sinψВ )Основной недостаток несоосных резьбовых передач — зависимость кинематических параметров от нагрузки, как это имеет место воРисунок - 10. Развертки винтовых линий винта и гайки несоосной .Основной недостаток несоосных резьбовых передач — зависимость кинематических параметров от нагрузки, как это имеет место во фрикционных передачах . Этот недостаток отсутствует в волновых передачах винт—гайка (рис. 11), в которых, так же как и в несоосных, средний диаметр резьбы гайки больше среднего диаметра резьбы винта, но гайка и винт соосны.Гайку 1 выполняют тонкостенной (гибкой), а ее резьба вводится в контакт с резьбой винта 2 за счет радиальных деформаций, осуществляемых генератором волн 3. Если гайку закрепить, то при вращении генератора винт получает осевые перемещения.Рисунок - 11. Конструктивная схема волновой передачи винт-гайка.В паре винт—гайка скольжения для повышения износостойкости и снижения склонности к заеданию материал одной из деталей должен быть антифрикционным. Поэтому обычно используют стальные винты в сочетании с бронзовыми, реже чугунными гайками. Для изготовления винтов применяют стали 45, 50 улучшенные, стали 65Г, 40Х с закалкой и последующей шлифовкой, стали 40ХФА, 18ХГТ с азотированием для уменьшения искажения формы и размеров винтов в результате закалки. Гайки выполняют из оловянистых бронз, например БрО10Ф1, в менее ответственных конструкциях из безоловянистого сплава ЦАМ 10-5, а при малых скоростях скольжения и нагрузках используют антифрикционный чугун.2.Геометрические параметры, кинематические и силовые соотношения в передач винт-гайка2.1 Геометрические параметры передач винт-гайкаОсновные параметры цилиндрической резьбы рассмотрены на примере резьбы с трапецеидальным профилем (рисунок 12):Рисунок - 12. Геометрические параметры передачи.d , D – наружный диаметр резьбы, являющийся номинальным диаметром резьбового соединения;d 1 , D 1 – внутренний диаметр резьбы соответственно винта и гайки;d 2 , D 2 – средний диаметр резьбы, т. е. диаметр воображаемого цилиндра, на котором ширина витка равна ширине впадины;H – высота исходного контура, равная высоте профиля (без учета скругления вершин и впадин);h – рабочая высота профиля, по которой соприкасаются витки винта и гайки;ас – радиальный зазор;P – шаг резьбы, равный расстоянию между одноименными сторонами двух соседних витков, измеренному по образующей цилиндра;Ph – ход резьбы, равный расстоянию между одноименными сторонами двух соседних витков одной и той же винтовой поверхности (рис. 13); - для однозаходных резьб, - для многозаходных резьб,где n – число заходов;α – угол профиля резьбы;γ – угол подъема резьбы, равный углу подъема винтовой линии на среднем цилиндре резьбы,Рисунок - 13. Резьба.Все геометрические параметры большинства резьб и допуски на их размеры стандартизованы.Основной причиной выхода из строя винтов и гаек передач является изнашивание их резьбы. Износостойкость оценивают по значению среднего давления p между витками резьбы винта и гайки.2.2 Критерии расчета передач трением качения и трением скольженияОсновным критерием расчета является изнашивание.Критерии расчета:1) Расчет из условия износостойкостигде F – осевая сила, d2 – средний диаметр резьбы, H1 – рабочая высота профиля, z=Hг/P – число витков резьбы, приходящаяся на высоту гайки.Эта формула неудобна для практического использования, т.к. резьбы геометрически подобны, то вводят коэффициенты (рабочей высоты винта) и (высоты гайки).2) Если не допущена обратимость движения то проверка выполняется на условие самоторможения.Ψ<φ13) Если стержень работает на сжатие выполняют проверку винта на устойчивостьгде A – площадь сечения винта по внутреннему диаметру, [σ]сж – допустимое напряжение сжатия. φ – коэффициент понижения допускаемого напряжения, который выбирают по таблице в зависимости от гибкости винта.