Файл: Литвин Ф.Л. Проектирование механизмов и деталей приборов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 272
Скачиваний: 3
Передача сил и к. п. д. В шариковинтовом механизме условия передачи сил и к. п. д. определяются зависимостями, аналогич ными ранее приведенным зависимостям в винтовом механизме с трением скольжения. Будем различать два случая: движущим
является |
момент |
М, |
Q — сила |
полезного |
сопротивления |
||||||||||
(рис. |
12.8, |
а, |
г); движущей |
является сила Q, М — момент сопро |
|||||||||||
тивления. В |
первом |
случае |
используются |
следующие |
уравнения: |
||||||||||
|
|
D |
- |
|
QCOSP* |
|
Q * - 3 r |
C W |
k |
\ |
J |
( I 2 |
> 3 4 ) |
||
|
|
|
|
n sin acos(^. + |
p*)' |
v |
* d l L |
l g \ r |
sin a) ' |
|
|
|
|||
Во |
втором |
случае |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
0 _ |
|
M |
|
|
t g q - p * ) . |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
4 ~ |
V?tg(X - p»)' |
| |
— |
tg Я |
' |
|
|
|
|
||
|
|
|
= |
nR sin al(X-P*) |
|
; |
Р * = а Г С ^ ( т ж ) - |
(1 2 -3 5 ) |
|||||||
В |
этих |
зависимостях |
k — коэффициент трения |
качения; |
a — |
||||||||||
угол |
контакта; г — радиус |
шарика; |
/? —расстояние |
центра |
ша |
рика от оси винта; п — число шариков; Я — угол подъема винтовой линии на цилиндре радиуса R; Rn — нормальное давление, при ходящееся на один шарик.
Опасность заклинивания шариковинтового механизма, приво димого в движение усилием Q, значительно меньше, чем в винто вом механизме с трением скольжения. Самотормозящимися яв
ляются |
шариковинтовые |
механизмы, |
у которых |
|
|
К< |
Р * = arctg |
. |
(12.36) |
Для |
вывода зависимостей (12.34) и (12.35) обратимся к построе |
ниям рис. 12.12. Представим, что винт / совершает винтовое дви
жение и к нему приложены движущий момент М и сила сопроти |
||||
вления Q (рис. 12.12, а). Профили винта / |
и гайки 2 изображены |
|||
в сечении их |
винтовых поверхностей |
плоскостью |
#1 = |
0 |
(рис. 12.12,6). |
Вспомогательная система координат sx (хх, |
ух, |
z) |
проведена таким образом, что ее начало совпадает с центром С
шарика (рис. 12.12, а, |
б), а ось ух |
с касательной к винтовой линии |
|||||
на цилиндре радиуса |
R. Точки В |
и Г |
контакта шарика с винтом |
||||
и гайкой |
изображены |
в плоскости ух |
= 0 (рис. 12.12, |
б ) и в пло |
|||
скости, |
проведенной |
через ось |
ух |
и |
линию ВГ |
(рис. 12.12, б). |
|
К шарику 3 приложены: а) нормальные составляющие реакций |
|||||||
Rn1 3 ) и |
R^2 3 ) ; б) касательные |
составляющие |
реакций — силы |
||||
трения |
покоя F n o K |
и F{,2OK- |
Указанные реакции |
передаются |
|||
шарику 3 от винта / |
и гайки 2. Шарик перекатывается по винту |
||||||
и гайке с угловой скоростью сош |
(верчением шарика'пренебрегаем). |
Нормальные составляющие реакции смещены на величину коэф фициента трения качения k относительно точек В и Г (рис. 12.12, в) Силы, приложенные к шарику, уравновешиваются, поэтому
/7(13) |
Ы23) _ |
(13) |
(23) |
(12.37) |
1 пок |
пок — ' |
|
|
В дальнейшем понадобится определить угол, образуемый ортом нормали е к поверхности винта с его осью. Проекции орта нор мали е х в системе sx можно определить, используя выражение
е 1 = а 1 х Ь 1 . |
(12.38) |
Здесь а х — орт касательной к профилю винта, полученного как сечение поверхности винта плоскостью у1 = 0 (рис. 12.12, б);
Рис. 12.12
« с о
Ь х — орт касательной к винтовой линии. Эти векторы опреде ляются выражениями
|
а х = sin a i x + |
cos акі, |
Ьх = j x , |
(12.39) |
где i x , j i |
и k x — орты осей |
х1г уг, |
гг. |
|
Матрица перехода от системы координат st (хх, ylt |
zt) к си |
|||
стеме s (х, |
у, z) определяется |
выражением |
|
|
|
1 |
0 |
0 |
|
|
^-oi — 0 |
cos А, —sin Я, |
(12.40) |
|
|
0 |
sin Я |
cos К |
|
Используя выражения (12.38)—(12.40), получим |
|
|
е = |
—cosai — sin a sin Ц + sin a cos Як. |
(12.41) |
На основании |
выражения (12.41) |
|
|
ек = cos (е, z) — sin a cos Я. |
(12.42) |
Зависимость (12.42) может быть также определена на основании построений на рис. 12.12, а, б.
Для определения зависимости, связывающей движущий мо
мент М и силу сопротивления |
Q, воспользуемся |
уравнениями, |
|||||||
аналогичными |
ранее составленным уравнениям |
(12.19) |
и (12.20): |
||||||
|
|
( S R | 1 |
3 1 4 S F n ^ + Q)k = |
0; |
|
|
(12.43) |
||
|
|
2 > = |
Мю + |
Е F n 3 oiv + |
Qpa>. |
|
|
(12.44) |
|
Здесь |
£ R^31) — геометрическая |
сумма |
нормальных |
составляю |
|||||
щих |
реакций, |
передаваемых от |
всех шариков |
винту; |
2 Рпок — |
||||
силы трения покоя (силы сцепления), являющиеся |
касательными |
||||||||
составляющими |
реакций, передаваемыми от всех шариков винту; |
||||||||
рю — скорость |
поступательного движения |
винта; |
£ N — алге |
браическая сумма мощностей сил, приложенных к винту. |
|
||||||||||||
Развернув |
выражение |
(12.43), получим |
|
|
|
|
|||||||
|
2 Rnl) |
cos A, sin a— |
2 ^пок sin А, — Q = 0. |
|
(12.45) |
||||||||
Подставив выражение |
(12.37) |
в |
(12.45), получим |
|
|
||||||||
|
|
^ R(n31) |
(cos A. sin a —sin Я |
= |
|
Q. |
|
(12.46) |
|||||
Введем |
обозначение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
—?— = tg р*, |
|
|
|
(12.47) |
||||
|
|
|
|
|
г sin a |
° г |
' |
|
|
|
4 |
' |
|
где р * — приведенный |
угол |
трения. |
|
|
|
|
|
|
|||||
На |
основании |
выражений |
|
(12.46) |
и (12.47) |
получим |
|
||||||
|
|
|
У Я < з і ) = |
|
Q c o s n p * |
P*) |
. |
|
(12.48) |
||||
|
|
|
|
" |
|
sin a cos (К + |
|
|
|
7 |
|||
Перейдем |
теперь к |
преобразованиям |
выражения |
(12.44) |
|||||||||
|
|
М с о - |
|
|
|
- |
QP« = 0. |
|
|
(12.49) |
|||
Используя |
выражения |
(12.49), (12.48) и (12.37), после преобра |
|||||||||||
зований |
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М |
= QR tg (Я + р *) |
|
|
|
(12.50) |
||||
К. п. д. шариковинтового механизма определится |
уравнением |
||||||||||||
|
|
|
n |
|
QP" |
|
|
|
|
|
|
П2 5П |
Для расчета на контактную прочность необходимо определить величину нормального давления, приходящегося на единичный шарик. Используя выражение (12.48), получим
Ы31) _ р(із) _ Qcosp* n 9 W
где п — число шариков.
Аналогичным образом определяются уравнения для случая, когда движение винта совершается под действием движущего усилия Q.
12.6. ТОЧНОСТЬ ВИНТОВЫХ МЕХАНИЗМОВ
Виды погрешностей. Будем различать в последующем: а) кине матическую погрешность, проявляющуюся при движении в одном направлении; б) мертвый ход, возникающий при реверсе движе ния. Под кинематической погрешностью понимается разность функций
As = s (ср) — ру. |
(12.53) |
Здесь s (ф) — зависимость между поступательным |
перемещением |
и углом поворота в реальном винтовом механизме; рф — теорети ческая зависимость, связывающая поступательное перемещение и угол поворота в идеальном винтовом механизме.
Кинематическая погрешность является следствием накоплен ной и местной ошибок шага, вызываемых погрешностями шага и биением винтовой пары станка, износом инструмента (это осо бенно важно при шлифовании), ошибками деления по заходам (при изготовлении многозаходных винтов), упругими деформа циями при изготовлении винтовой пары и т. д.
Для сопряжения винтовой пары с погрешностями шага необ
ходимо создать определенный |
зазор между |
неконтактирующими |
||
поверхностями винта и гайки. |
Это достигается |
за счет |
допусков |
|
на толщину витков и ширину |
впадин винта |
и |
гайки. |
Так как |
ошибка шага является переменной, то в процессе зацепления винта и гайки величина бокового зазора изменяется. Вследствие бокового зазора появляется мертвый ход при реверсе движения,
выражающийся |
в том, что при перемене |
направления вращения |
||||
поступательное |
перемещение начинается |
лишь |
после |
поворота |
||
на |
некоторый угол, после |
того как будет |
выбран боковой зазор |
|||
в |
винтовой паре. Вторая |
причина появления |
мертвого |
хода — |
осевой зазор между торцевыми поверхностями винта и его базы. При перемене направления вращения меняется направление осе вой составляющей усилия, прижимающего винт к его опорной базе, что приводит к осевому смещению винта.