Тема 3.5: Передача гвинт-гайка.

План

1. Призначення, будова, застосування. Матеріали і конструкція деталей передачі.

2. Розрахунок передачі на зносостійкість і перевірка гвинта на міцність і стійкість. Вибір основних параметрів та розрахункових коефіцієнтів.

1. Призначення, будова, застосування. Матеріали і конструкція деталей передачі.

Передачі гвинт-гайка застосовують для перетворення обертального руху в поступальний.

Переваги.

1. Простота конструкції та виготовлення.

2. Компактність при високій навантажувальній спроможності.

3. Висока надійність.

4. Плавність та безшумність.

5. Великий виграш в силі.

6. Можливість забезпечення повільних переміщень з великою точністю.

Недоліки.

1. Підвищений знос різьби внаслідок великого тертя.

2. Низький к.к.д

Використання. Передача гвинт-гайка широко використовується для створення великих сил (преси, домкрати, лещата, тощо); для точних переміщень (механізми подачі верстатів, вимірюючі прилади, встановлюючі та регулюючі пристрої).

Різновиди гвинтів передачі. В залежності від призначення передачі гвинти бувають:

1) Вантажні – використовуються для створення великих осьових сил. При знакозмінному навантаженні мають трапецевидну різьбу, при великому односторонньому навантаженні – упорну. Гайки вантажних гвинтів суцільні. В домкратах для забезпечення великої сили та самовідгвинчування використовують однозаходну різьбу з малим кутом підйому Ψ.

2) Ходові –  використовуються для переміщень в механізмах подачі. Для зменшення тертя у гвинтових передачах застосовують трапецієвидну багатозахідну різьбу. Для недопущення “мертвого” ходу через знос різьби, гайки ходових гвинтів виконують роз’ємними.

3) Встановлюючі – використовуються для точних переміщень та регулювання. Мають метричну різьбу. Для забезпечення безлюфтової передачі гайки роблять спареними. В механізмах точних переміщень, де важливе мале тертя і відсутність зазору в різьбі, використовують шарикові пари, в яких тертя ковзання замінене тертям кочення. К.к.д. такої передачі складає 0,95.

Матеріали гвинта та гайки повинні складати антифрикційну пару, тобто бути зносостійкими, мати невисокий коефіцієнт тертя. Вибір марки матеріалу залежить від призначення матеріалу, умов роботи та способу обробки різьби.

Для гвинтів рекомендуються сталі Ст.5, 45, 50, 40ХГ та ін. В відповідальних передачах для підвищення зносостійкості використовують загартування гвинтів з послідуючим шліфуванням різьби.

Гайки відповідальних передач виготовляють із олов’яних бронз Бр010Ф1, Бр05Ц5С5 та ін., а в тихохідних передачах – із антифрикційних чавунів АЧВ-1, АЧС-3 та ін.

2. Розрахунок передачі на зносостійкість і перевірка гвинта на міцність і стійкість. Вибір основних параметрів та розрахункових коефіцієнтів.

Розрахунок гвинта

Гвинт у передачі гвинт-гайка являє собою циліндричну деталь значної довжини у порівнянні з діаметром, на якій нарізана різьба. На рис. 5.1 показана розрахункова схема гвинта. Для домкратів, гвинтових пресів, знімачів з ручним приводом гвинт працює на деформацію стиску,  кручення і поздовжній згин і його розраховують таким чином.

Визначають внутрішній діаметр різьби із умови міцності на стиск, з врахуванням деформації кручення

,                            (5.1)

де  - допустимі напруження на стиск, залежать від матеріалу гвинта. Гвинти виготовляють із сталей Ст. 4, Ст. 5,  Ст. 6, 35, 40, 45, 50.

 Отримане значення   округляють до стандартного і вибирають всі розміри для стандартної різьби, а для нестандартної - визначають.

Так як довгий гвинт знаходиться під дією стискаючої сили, то його розраховують на стійкість – виконують перевірочний розрахунок, якщо відома довжина або виконують проектний розрахунок, де визначають довжину

,                             (5.2)

де  - коефіцієнт приведення довжини гвинта, залежить від схеми його опор;  - модуль пружності; - осьовий момент інерції перерізу гвинта; - допустимий коефіцієнт запасу стійкості.

Різьбу перевіряють на самогальмування – виключення можливості зворотності руху гвинта від дії сили .

Має виконуватись умова  .

Рис.5.1. Розрахункова схема гвинта

Розрахунок гайки

Гайки мають форму втулки з опорним буртиком для запобігання осьовому переміщенню. При проектному розрахунку визначають висоту   і діаметр  гайки, діаметр  і висоту  опорного буртика.

Рис.5.2. Розрахункова схема гайки

Висота гайки                     ,                                              (5.3)

де  - крок різьби (див. розд. 5.2);  - число витків, визначається із трьох умов:

- обмеження питомого тиску в різьбі

;                        (5.4)

- із умови міцності витків на зріз

;                         (5.5)

- із умови міцності витків на згин

,                             (5.6)

де  - допустимий питомий тиск; - допустимі напруження на зріз; - допустимі напруження на згин. Залежать від матеріалу гайки, яким може бути сірий або антифрикційний чавуни, бронзи і латуні.

Приймається число витків більше, але має виконуватись умова 

Зовнішній діаметр гайки визначаємо із умови міцності на розтяг    

.                            (5.7)

Діаметр буртика визначаємо із умови міцності на зминання

.                             (5.8)

Висоту буртика визначаємо із умови міцності на зріз

.                                      (5.9)

Допустимі напруження розтягу  і на зминання  залежать від матеріалу гайки.

Розрахунок ручки

Для механізмів з ручним приводом необхідно розрахувати довжину і діаметр ручки (див. рис. 5.3).

Довжину ручки   визначаємо із умови рівності моментів робітника  і моментів тертя у різьбі  і опорній поверхні гвинта .

,                                       (5.10)

де   ,    або  .

Тут розміри опорній поверхні гвинта ,  i  залежать від її конструкції – кільцева п’ята, кулька або конус.

Рис.5.3. Розрахункова схема ручки

Діаметр ручки визначається із умови міцності на згин

.                                      (5.11)

Запитання для самоконтролю:

1. Для чого застосовують передачу гвинт-гайка ?

2. Які різновиди гвинтів існують для передачі гвинт-гайка ?

3. Для чого використовують вантажні, ходові та встановлюючі гвинти ?

4. З яких матеріалів виготовляють гвинти та гайки передачі ?

5. Які розрахунки виконуються для гвинта ?

6. Які розрахунки виконуються для гайки ?

Попередня тема Теоретичні відомості Наступна тема