Библиографическое описание:

Тихонов А. С., Щёголев С. Н. Использование современных винтовых механизмов в домкратах // Молодой ученый. — 2013. — №3. — С. 105-108.

При старте ракеты со специальной подвижной установки последняя испытывает значительные перегрузки. Для того чтобы уменьшить нагрузки на подвеску и обеспечить правильное положение при старте используют домкраты. В технике существует большое количество разных типов этих механизмов. У каждого из них имеются свои достоинства и недостатки. В начальной стадии проектирования необходимо выбрать тип домкрата, т. к. в зависимости от типа домкрата зависит вес машины, габариты и ее компоновочная схема.

Домкрат — устройство, предназначенное для поднятия грузов и удержания в заданном положении необходимое время.

Основные цели разработки новых конструкций и схем домкратов:

  • повышение надежности;

  • повышение нагрузочной способности;

  • повышение КПД;

  • уменьшение времени на подготовку работы;

  • упрощение конструкции путем использования более эффективных методов уплотнения (для гидравлических составляющих);

  • применение новых материалов более легких, прочных, износостойких.

Основными направлениями повышения надежности и эффективности использования горизонтирующих устройств является конструктивное усовершенствование механической части домкрата, путем применения новых типов передач.

В винтовом домкрате используется передача винт-гайка. Основными преимуществами этих передач, по сравнению с другими механизмами являются простота конструкций; изготовления и эксплуатации; высокая прочность при ударных нагрузках; возможность самоторможения и высокая кинематическая точность. Главным недостатком является большие потери на терние (в самотормозящей передаче КПД ≤ 0,5) и вследствие чего высокий износ. Все основные недостатки таких передач определяются характером сопряжения винтовых поверхностей винта и гайки и их относительного движения, так как в процессе работы происходит скольжение рабочих поверхностей друг по другу при незначительном количестве смазки между ними. Требование высокого КПД механизма обязывает для уменьшения коэффициента трения антифрикционную пару сталь — бронза. На рисунке 1 приведена схема передачи винт-гайка.

Рис. 2. Передача винт-гайка. 1 — винт; 2 — гайка


Повысить КПД можно следующим образом [1]:

  1. увеличение угла φ подъема винтовой линии на среднем диаметре резьбы d2. При этом

φ=, (1)

где: Р — шаг резьбы; z — число заходов резьбы. Из формулы (1) видно, что наиболее эффективно для повышения КПД увеличить число заходов.

  1. использование резьбы винта и гайки с малым углом наклона к вертикали рабочего профиля витка . В механизмах винт — гайка скольжения применяют трапецеидальную (=150), нереверсивную упорную (=30). Эти резьбы имеют прямолинейные боковые стороны витков резьбы для технологичности изготовления. На рисунке 2 показан профиль витка резьбы.

Рис. 2. Профиль витка резьбы


  1. использования высококачественных антифрикционных материалов для гайки, а для винта — материалов с высокой износостойкостью.

Перечисленными методами существенно повысить КПД механизмов винт — гайка скольжения не удается, поэтому были разработаны винтовые механизмы качения. Переход в винтовых механизмах от трения скольжения к трению качению стал возможен за счет введения в механизм дополнительных деталей, установленных между винтом и гайкой. Шариковинтовая передача

На рисунке 3 показана шариковинтовая передача. Для повышения технических характеристик передачи между гайкой 2 и винтом 1 установлены шарики 4, размещенные в винтовых канавках, выполненных на поверхности винта и гайки.

Рис. 3. Шариковинтовой механизм. 1- винт; 2- гайка; 3- канал возврата; 4- шарики


Эти канавки служат дорожками качения для шариков. Шарики движутся по замкнутой траектории, возвращаясь в исходное положение по каналу возврата 3, и не выходят за пределы гайки. Конструируются механизмы с одной, двумя, но чаще с тремя группами шаров, каждая из которых независимо циркулирует по своей замкнутой траектории. Шариковинтовой механизм имеет различную форму профиля винтовой канавки, выполненной на поверхностях винта и гайки [2].

Профиль канавки является специальным модифицированным для реализации определенной цели. На рисунке 4 показаны основные профили винта и гайки шариковинтовой передачи. На рисунке 4 а — полукруглый профиль копирует профиль шара и обеспечивает одноточечный начальный контакт шара с канавкой, на рисунке 4 б — прямолинейный профиль, и на рисунке 4 в — комбинированный профиль.

Рис. 4. Профили винта и гайки шариковинтовой передачи


Основные достоинства шариковинтовой передачи:

  • Малые потери на трение;

  • Высокая нагрузочная способность при малых габаритах;

  • Размерное поступательное перемещение с высокой точностью;

  • Высокое быстродействие;

  • Плавный и бесшумный ход.

К недостаткам шариковинтовой передачи можно отнести:

  • Сложность конструкции гайки;

  • Ограничение по скорости вращения винта (из-за вибрации);

  • Высокую стоимость (исполнения с шлифованным винтом).


Роликовинтовая передача

На рисунке 5 показана простейшая конструкция ПРВМ с короткими роликами, между резьбовыми деталями которой имеются осевые зазоры. Механизм состоит из многозаходных винта 1 и гайки 5, между которыми установлены n резьбовых однозаходных роликов 4. По одной образующей витки резьбы каждого ролика находятся в зацеплении с витками резьбы гайки, а по противоположной образующей — с витками резьбы винта. Торцовые шейки роликов установлены в отверстиях сепараторов 2. Чтобы ролики относительно винта имели одну степень свободы и синхронно работали, их дополнительно связывают с гайкой с помощью зубчатых зацеплений. Для этого на концах каждого ролика непосредственно по резьбе нарезают наружные зубья, которые зацепляются с внутренними зубьями, нарезаемыми на втулках 3, которые закреплены в гайке [3].

Рис. 5. Планетарный роликовинтовой механизм. 1-винт; 2- сепаратор; 3- втулки 4- ролики; 5- гайка


При вращении винта гайка поступательно перемещается вдоль его оси, а ролики совершают планетарное движение. Каждый ролик вращается вокруг своей оси, и все ролики вместе с сепараторами вращаются вокруг оси винта. Размеры деталей ПРВМ так подобраны, что ролики обкатываются по гайке, а в точке начального контакта сопрягаемых витков винта и ролика вектора их линейных скоростей практически совпадают. Таким образом, ПРВМ относятся к винтовым механизмам, в которых реализуется трение качения. В некоторых конструкциях ПРВМ ведущим звеном является вращающаяся гайка, а винт зафиксированный от вращения совершает поступательное движение.

Основные достоинства роликовинтовые передачи:

  • Очень высокой грузоподъемностью (статическая нагрузка до 1000 тонн, динамическая нагрузка до 200 тонн);

  • Очень высокой допустимой скоростью вращения (для РВП диаметром 48 мм — 3000 об/мин);

  • Очень высокими допустимыми ускорениями (7000 рад/сек кв.);

  • Долгим сроком службы даже при постоянной работе;

  • Высочайшей надежностью;

  • Хорошей сопротивляемостью агрессивным средам (пыль, песок, лёд);

  • Хорошей сопротивляемостью ударным нагрузкам и вибрациям;

  • Прекрасной повторяемостью позиционирования (шаг 1 мм);

Наиболее эффективными методами увеличения коэффициента полезного действия, нагрузочной способности и жесткости механизма является применение современных передач. В современной технике широкое применение находят шариковинтовая и роликовинтовая передачи. Исследованы недостатки и достоинства этих передач. Несмотря на то что себестоимость этих домкратов больше их целесообразно использовать т. к. они обладают лучшими характеристиками и имеют больший срок службы.

Эти передачи являются наиболее перспективными в развитии современной техники.


Литература:

  1. Решетов Д. Н. Детали машин: Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов. — М.: Машиностроение, 1989. — 496 с.

  2. Павлов Б. И. Шарико-винтовые механизмы в приборостроении. Ленинград-Москва, Машиностроение, 1968. — 134 с.

  3. Блинов Д. С. Планетарные роликовинтовые механизмы. Конструкции, методы расчетов / Под ред. О. А. Ряховского. — М.: МГТУ, 2006. — 222 с.




Обсуждение

Социальные комментарии Cackle