Винтовые механизмы

Основными свойствами пространственной кинематической пары «винт-гайка» являются следующие:

• Если винт находится в неподвижном состоянии, то один оборот гайки приводит к его продольному перемещению на величину, называемую величиной хода

• Если в неподвижном состоянии находится гайка, и она закреплена, то один оборот винта приводит к его продольному перемещению на величину хода

Передачи типа «винт-гайка» в технике используются для того, чтобы преобразовывать вращательные движения в поступательные. Отличительными особенностям таких передач является их бесшумность, достигаемая благодаря тому, что зацепление между винтом и гайкой имеет повышенную плавность, простота конструкции, несложность в производстве. Благодаря применению передач «винт-гайка» удается получать значительный выигрыш в силе.

Имеют такие передачи и свои недостатки, к числу которых относятся: невысокий коэффициент полезного действия, тихоходность, а также склонность к заеданию.

Сфера применения передач типа «винт-гайка» достаточно широка. Они используются в механизмах подачи рабочего инструмента станочного оборудования; в разнообразных подъемных механизмах; для точных перемещений в измерительных приборах (дифференциальные и микрометрические винты); в прокатных станах металлургических производств (нажимные винты, механизмы регулировки и установки подшипников).

В принципе, винтовые механизмы практически не имеют никаких отличий от резьбовых соединений, однако поскольку они используются для того, чтобы передавать полезное движение, то им надлежит обладать минимальным значением трения в резьбе.

Чтобы в полной мере обеспечить соблюдение этого условия, можно использовать прямоугольную резьбу, однако она имеет один весьма существенный недостаток: дело в том, что ее невозможно нарезать на резьбофрезерных станках. Кроме того, она, в отличие от трапецеидальной резьбы, обладает относительно невысокой прочностью, и это является еще одной причиной того, что применяют ее нечасто. Наиболее распространенным типом резьбы, используемым в пространственных кинематических парах «винт-гайка» является трапецеидальная, причем она может иметь мелкий, средний и крупный шаг. Помимо нее используется также и упорная резьба.

Чаще всего в винтовых передачах используется трапецеидальная резьба, имеющая средний шаг. Если необходимо обеспечить относительно небольшие линейные перемещения, то применяют шаг мелкий, а крупный наилучшим образом подходит для использования в тяжелых условиях эксплуатации.

Благодаря особенностям профиля, трапецеидальная резьба обеспечивает не только прямое, но и реверсивное перемещение.

Упорная резьба применяется в устройствах, которые испытывают значительные односторонние нагрузки, например, в домкратах, прессах, нажимных устройствах прокатных станов и т.п.

В винтовых передачах широко используются правые и левые, однозаходные и многозаходные резьбы.

Материалы винтовых механизмов

Поскольку винтовые механизмы испытывают повышенные нагрузки, то те материалы, из которых они изготавливаются, должны обладать высокой износостойкостью, прочностью, и при этом хорошо обрабатываться.

Те винты, которые не подвергаются закалке, выпускаются из сталей марок А50, 50, 45. В тех случаях, когда технологический процесс производства предполагает закалку, используют стали марок 40ХГ, 40Х, У65, У10 и некоторых других. Что касается гаек, то они изготавливаются из оловянной бронзы марок БрОЦС-6-6-З, БрОФЮ-1.

Как именно оформляется та или иная винтовая передача, в решающей степени зависит от того, для каких именно целей она применяется. Самые простые винтовые механизмы устанавливаются в домкратах.

Основными составными частями любого винтового домкрата являются: ходовой силовой винт, гайка (она неподвижно закрепляется в корпусе), рукоятка и храповой механизм, обеспечивающий преобразование качательного движения в прерывистое вращательное. На силовом винте располагается опорная головка, которая может иметь различную конструкцию.

Ходовые винты станков с числовым программным управлением, механизмы наводки ракет и червяки рулевого управления автомобилей имеют в своей конструкции шариковые винты.

В осевом сечении шариковые винты и гайки имеют канавки полукруглой формы. В винтовом пространстве, которое располагается по всей длине гайки, в желобе, располагаются вплотную примыкающие друг к другу шарики. После того, как при вращении они проходят желоб, попадают в специальный канал, имеющий трубчатую форму, по которому возвращаются в рабочую зону.

Поскольку трение в резьбе шариковой винтовой пары невелико, то КПД ее существенно выше, чем у обычной.

В таких передачах рабочие поверхности подвергаются закалке, вследствие чего они обретают достаточную твердость HRC 60. Для изготовления винтов используются стали 7ХГ2ВМ и ХВГ с объемной закалкой, а для изготовления гаек – стали ХВГ, ШХ15, 9ХС, с объемной закалкой.