№01 (Лабораторные работы)

Методические указанияк лабораторной работе № 1ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕДАЧИВИНТ-ГАЙКАУтверждено методическойкомиссией кафедры РЛ-5Москва, 2012МУ к л/р №1, «Винт-гайка»ВведениеИзвестно использование резьбы для разъемного соединения деталей (резьбовогосоединения). Оно конструктивно выполняется при помощи винта (или болта) и гайки, либо деталис резьбой, выполняющей роль гайки.Резьба, кроме того, является основой построения винтовой передачи (передачи винт-гайка).Применение, достоинства и недостатки передачи винт-гайка.Передачи винт-гайка применяют в механизмах приборов и машин для преобразованиявращательного движения в поступательное; кроме того, эти передачи используются для получениязначительных осевых усилий при сравнительно малых вращающих моментах.

В связи с этимпередачи винт-гайка разделяют на:1. силовые, от которых требуется создание осевых усилий в осевом направлении;2. кинематические (отсчетные), от которых не требуется создание больших усилий, нокоторые должны обеспечивать осевые перемещения с заданной, часто высокойточностью.Наиболее характерные области применения передачи винт-гайка в приборостроении:– в микрометрических устройствах и приборах точного измерения линейных размеров, дляфокусировки объективов и окуляров оптических приборов, в механизмах настройкирадиоаппаратуры и волноводов (для преобразования вращательного движения впоступательное перемещение, точно заданное по величине);– в передаточных механизмах, при этом используется свойство получения в передачемалых линейных перемещений при значительных углах поворота;– в испытательных стендах для создания значительных осевых усилий при сравнительнонебольших крутящих моментах;– для перемещения кареток, суппортов и аналогичных частей различных испытательныхустановок, в устройствах подъема антенн, в исполнительных устройствах системуправления положением закрылков и стабилизаторов в летательных аппаратах (в этихслучаях используется совокупность получения точных продольно-осевых перемещений изначительных осевых усилий).– Основными достоинствами передачи винт-гайка являются:– простота получения медленного движения в осевом направлении;– возможность достижения высокой точности продольных перемещений;– способность работать при значительных осевых нагрузках;– небольшие габариты;– простота конструкции передачи и ее изготовления.К недостаткам передачи винт-гайка следует отнести большие потери на трение и, какследствие, низкий коэффициент полезного действия, а поэтому, невозможность применения прибольших скоростях перемещений.Основные характеристики передачи винт-гайка определяются параметрами используемой вней резьбы.

Этими параметрами являются (рис.2):1. Форма профиля резьбы.В передачах винт-гайка используют различные по форме резьбы: метрическую (рис.2а),прямоугольную (рис.2б) и трапециидальную (рис.2в).Метрическую резьбу применяют в винтовых передачах приборов, где нагрузка на винтневелика, трение между винтом и гайкой не имеет существенного значения, а усилия,передаваемые винтом незначительны (отсчетные передачи). Изготовление метрической резьбыпроще, чем других видов резьб.Прямоугольная резьба обеспечивает наименьшее трение в винтовой передаче, но она сложнав изготовлении и не стандартизирована, поэтому применяется реже.Трапециидальная резьба применяется, как правило, в винтовых передачах оптикомеханических приборов, где винтовая пара (винт и гайка) должна иметь малое трение.

Потери натрение в трапециидальной резьбе лишь незначительно больше, чем в прямоугольной, нотрапециидальная резьба более удобна в изготовлении и более прочна, чем прямоугольная.1МУ к л/р №1, «Винт-гайка»2. Наружный диаметр d резьбы является ее номинальным диаметром.3. Внутренний диаметр d1.4.

Средний диаметр d2. Средний диаметр резьбы равен d2=(d+d1)/2.5. Угол подъема резьбы β (рис.3).6. Шаг резьбы S.7. Ход резьбы S1 – расстояние, на которое переместиться винт (гайка) вдоль осевой линии заодин оборот при неподвижной гайке (винте).8. Число заходов резьбы Z (число ниток резьбы). Для однозаходной резьбы шаг и ход резьбыравны между собой.

Из развертки на плоскость винтовой линии по среднему диаметру резьбы(рис.3), следует, что S1=d2•tg β.Для однозаходной резьбы S1=d2•tg β, т.к. для нее S1=S. Для многозаходной резьбы (с числомзаходов Z) будем иметь S1=Z•S.Форма и размеры профиля у метрической и трапециидальной резьбы определяются шагомрезьбы S, высотой теоретического профиля H – т.е. высотой треугольного профиля с острымиуглами, рабочей высотой профиля h – т.е. высотой, на которой поверхности винта и гайкисоприкасаются по профилю, углом профиля резьбы α – углом между прямолинейными боковымисторонами профиля.2МУ к л/р №1, «Винт-гайка»Цель работы:1.

Практическое ознакомление с передачей винт-гайка и ее функционированием.2. Получение экспериментальных зависимостей, характеризующих работу передачи винтгайка в виде графиков при различных условиях её нагружения, сопоставление полученныхрезультатов с соответствующими теоретическими зависимостями (в виде графиков).3. Практическое ознакомление с экспериментальной установкой. Самостоятельноепроведение измерений.Краткие теоретические сведенияПостроение и работа передачи.Деталями винтовой передачи являются:1) винт, в виде цилиндра с наружной резьбой (охватываемая деталь);2) гайка, в виде кольца (втулки) с внутренней резьбой (охватывающая деталь).3МУ к л/р №1, «Винт-гайка»3) При работе передачи может быть получено:4) поступательно-осевое перемещение винта при его вращении в неподвижной гайке(рис.1а);5) поступательно-осевое перемещение гайки, лишенной возможности вращательногодвижения (но не лишенной возможности поступательного перемещения), при вращениивинта, закрепленного в осевом направлении (рис.1б);6) поступательное движение гайки при ее вращении на закрепленном неподвижном винте(рис.1в);7) поступательно-осевое движение винта, сообщаемое ему вращающейся гайкой, лишеннойвозможности двигаться поступательно в осевом направлении (рис.1г).Ведущей деталью в винтовой передаче, как правило, является винт.Коэффициент полезного действия ήэ передачи винт-гайка с трапецеидальной резьбой приэксцентричной нагрузке Р2 (на плече L) без учета веса гайки описывается формулой:ηэ=A пэ=Aэ1s in β⋅[1 +⋅L1 + fb s i n (αf(s in βc o s (α2)2L2+b ⋅ s i n (α) c o s β − f ⋅ s in β2)(1))]где:1P2 ⋅ d 2 ⋅ t g β – полезная работа при эксцентрической нагрузке;2L s in β1+ fb s i n (α )1f2L2–()]Aэ =P2 ⋅ d 2 [ t g β ++2c o s β c o s (α ) c o s β − f ⋅ s i n βb ⋅ s i n (α )22затраченная работа;f – коэффициент трения;L – плечо эксцентричной нарезки (расстояние от оси винта до оси действия эксцентричнойнагрузки).Aпэ =Если имеется только осевое нагружение (осевой силой Р), это соответствует L=0, токоэффициент полезного действия:ηосгде A п о =A0 ==A пo=A0[1 +1P ⋅d22⋅ tg β1f(s in βc o s (α,12) c o s β − f ⋅ s in β(2))]– полезная работа при осевой нагрузке1fP ⋅ d 2 [tg β +(2cos βc o s (α12) c o s β − f ⋅ s in β)]–затраченнаяработа при осевом нагружении;Ро – вес гайки;Р1 – осевая нагрузка;Р=Ро+Р1.При комбинированном нагружении (осевой и эксцентричной силой вместе):ηк =АпкАпк=АкАо + Аэ4МУ к л/р №1, «Винт-гайка»где Апк =1Рк ⋅ d 2 ⋅ tg β – полезная работа при комбинированной нагрузке Рк = Р0 + Р1 + Р2211f1⋅d 2 ⋅ tg β ( P + P2 ) + d 2 ⋅[22cos β (cos(α ) cos β − f ⋅ sin β )2L sin β2L⋅( P + P2 + f ⋅ P2) + P2]b sin(α )b ⋅ sin(α )22Ак = А0 + Аэ =ηк =P + P2fL sin β12L( P + P2 ) +[) + P2]⋅ ( P + P2 + f ⋅ P2b sin(α )sin β (cos(α ) cos β − f ⋅ sin β )b ⋅ sin(α )222(3)Конструкция лабораторной установкиЛабораторная установка (рис.6) состоит из: передачи винт-гайка, размещенной междуверхним 3 и нижним 4 основаниями; электродвигателя 5; редуктора 6; устройства измерениямомента; приспособления для тарировки.В исследуемой передаче вращается винт 1, установленный вертикально на подшипниках воснованиях и приводимый в движение через редуктор от электродвигателя.

Вал электродвигателяи винт передачи винт-гайка соосны. На винте расположена гайка 2, которая лишена возможностиповорачиваться, и может лишь перемещаться поступательно вверх и вниз. От поворота гайкаудерживается при помощи рычага 7, на конце которого установлен ролик 8, помещенный впрорезь направляющей 9, выполненной в вертикальной стойке. Движение гайки по винтуограничено крайними верхним и нижним положениями, в которых установлены концевыевыключатели 14. При нажатии гайкой на верхний из них происходит смена направления вращениявинта и гайки начинает двигаться вниз. При нажатии нижнего выключателя отключается питаниеот двигателя.Экспериментальное исследование передачи винт-гайка проводится при движении гайкивверх.

Движение гайки вниз считается холостым ходом. При проведении испытаний гайканагружается осевой и эксцентричной нагрузкой. Для создания осевой нагрузки грузыустанавливаются сверху на самой гайке. Для получения эксцентричной нагрузки гайка снабжена5МУ к л/р №1, «Винт-гайка»рычагами, на которые подвешивают грузы.