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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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 х,

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

хуг,

гг.

 

Матрица перехода от системы координат st х, 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 +

 

 

 

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.