Материал: Расчет и конструирование станков. курсовое проектирование. Пачевский В.М., Старов В.Н

Параметры характеристик в таблице 12 даны для ШВП с предварительным натягом винтовой пары F_н = 0,1Са, Н, где Са – динамическая грузоподъемность.

После выбора ШВП составляется конструктивная схема показанная на (рис. 43).

Проверка выбранной ШВП проводится по основному критерию – сопротивлению контактной усталости, выраженному в миллионах оборотов винта (гайки) по следующей зависимости:

N= , (77)

где С_ap –расчетная динамическая грузоподъемность, Н;

F_ap – расчетная осевая нагрузка, Н. При наличии предварительного натяга принимается F_ap = F_a + 0,65 F_a

С_ap = C_a K_p K_a K_н K_m К_е,

где C_a –динамическая грузоподъемность унифицированной ШВП приводится в каталогах или паспорте;

К_е – коэффициент учитывающий число витков резьбы в полугайке;

K_p – коэффициент вероятности безотказной работы;

K_а – коэффициент, учитывающий точность передачи;

K_н - коэффициент учитывающий снижение динамической грузоподъемности с уменьшением твердости поверхности качения;

K_m – коэффициент, учитывающий способ получения стали используемой для деталей ШВП.

Обычно К_m = 1, но при изготовлении деталей из высококачественных сталей полученных электрошлаковой или вакуумной переплавкой К_m = 1,4 и 1,7 соответственно. Значения коэффициентов приведены в таблицах (14, 15, 16, 17).

Таблица 14 - Значение коэффициентов грузоподъемности К_в

Таблица 15 - Значения коэффициентов вероятности безотказной работы К_р

Таблица 16 - Значения коэффициентов грузоподъемности

и жесткости К_а

Таблица 17 - Значения коэффициентов грузоподъемности К_н

Значение ресурса N должно быть не менее 10⁶.

Длинные винты проверяются на устойчивость по критической частоте вращения

, мин^-1, (78)

где d₁ – внутренний диаметр резьбы, мм;

L – расстояние между опорами, мм;

- коэффициент, учитывающий способ установки винта на опорах (если один конец установлен с защемлением, а второй свободный - = 0,7; оба конца установлены на шарнирных опорах - = 3,4; оба конца установлены с защемлением - = 4,9

К = 0,5 … 0,8 – коэффициент запаса.

Пример расчета ШВП

Требуется определить исходные данные для расчета ШВП станка. Параметры технической характеристики следующие:

наибольшая длина обрабатываемой детали – 1000мм, мощность двигателя привода продольной подачи – 4,0кВт.

По кинематической схеме устанавливаем, что электродвигатель привода продольной подачи регулируемый с номинальной частотой вращения n_д =1500мин^-1. Передача движения на винт от двигателя через муфту. Шаг винта 10мм.

Определяем линейные размеры передачи:

- по чертежу привода подачи станка базовой модели устанавливаем, что обе опоры винта упорно–радиальные роликовые подшипники;

- со стороны шпиндельной бабки установлен ограничитель хода;

- гайка ходового винта из двух полугаек с фланцами и устройством регулирующим натяг.

- натяг в опорах винта регулируется гайками.

В первом приближении линейные размеры ШВП следующие:

- число витков в гайке ШВП равно 6, следовательно, резьбовая часть равна р·z = 10 · 6, размер фланцев, уплотнений принимаем треть от длины резьбовой части,

принимаем =10 ·6 + мм;

- размер ограничителя хода примерно 0,5 ;

- размер полумуфты упругой по каталогу 40мм, 60мм;

- длину опорной части определяем по предположительным размерам подшипников и гаек: выбираем подшипник упорно–радиальный, комбинированный типа 504700 .

По таблице 10 установлено, что унифицированные ШВП с шагом 10 могут иметь номинальный диаметр от 40 до 100 мм.

По мощности станок базовой модели относится к станкам средней мощности, поэтому предполагаем, что диаметр винта может быть 40-50 мм. По каталогу размер подшипников по длине может быть 54 или 60 мм. Размер гайки с шайбой выбираем от 12 до 14 мм.

Предполагаем, что на одном конце винта подшипник установлен между двумя гайками, тогда размер опорных частей винта 2 = 2·60 + 3·14 = 162 принимаем 160 мм.

Общая длина винта равна

L_в = 1000 + 80 + 0,5 · 80 + 60 + 160 = 1340 принимаем длину винта L_в = 1300 мм. Размер между серединами опор.

L = 1300 – (0,5·162+60) = 1159, принимаем расчетный размер L = 1100. Уточняем принятый расчетный размер диаметра винта: в соответствии с рекомендациями L (от 20 до 30) d₀ .

Принимаем d₀ = мм.

Диаметр опорных шеек d₀ = 0,8d₀ = 30мм.

Выбираем материал винта - сталь 20Х3ВМФ с азотированием, σ_в = 880 МПа, твердость 61 HRC (217HB) материал гайки 18ХГТ с цементацией, σ_в = 1000МПа твердость 61 HRC (217HB).

По мощности электродвигателя привода определяем крутящий момент на винте и осевую нагрузку на ШВП .

F_a = .

По рассчитанным исходным данным и установленному типоразмеру ШВП по каталогу определяем ее параметры (см. таблице 12):

• номинальный диаметр = 40 мм;

• шаг резьбы р = 10 мм;

• диаметр шарика d_ш = 6мм;

• статистическая грузоподъемность С = 85900Н;

• динамическая грузоподъемность С_а = 54700Н;

• момент холостого хода min 0,45 Нм, max 0,95 Нм;

• жесткость j = 680 Н/мкм для класса ПЗ.

Проверяем выбранную ШВП на сопротивление контактной усталости по ресурсу в миллионах оборотов:

N = .

C_ap = C_a · K_p · K_a · K_н · K_m ; F_ap = F_a + 0,65F_a.

Коэффициенты К для проектируемой ШВП:

К_Р = 1, принимаем вероятность безотказной работы 90 %;

К_а = 0,98, для класса точности ПЗ;

К_н = 1 для твердости HRC61;

К_m = 1 так сталь для винта и гайки получена обычным способом, тогда С_ар= 54700 · 0,98 · 1,02 = 54678 Н. Коэффициент 1,02 введен в равенство, так как гайка с вкладышами.

F_ap = 5330 + 3464,5 = 8794,5 Н.

N = 10⁶ .

Винтовая передача может выдержать 238 10⁶ оборотов.

6.3 Гидростатическая передача винт-гайка

Гидростатическая передача «ходовой винт-гайка» работает в условиях жидкостного трения. Преимуществами перед известными конструкциями, работающими с трением скольжения или качения, являются следующие:

- отсутствие износа;

- механизм безлюфтовый, т. к. резьбовой зазор заполнен масляным слоем, жесткость которого превышает контактную жесткость передачи винт-гайка скольжения;

- малое значение коэффициента трения и, следовательно, высокий к.п.д. - (0, 99);

- возможность корректировать погрешности винтовой поверхности за счет изменения давления с разных сторон витка;

- возможность изготовления деталей из легко обрабатываемых материалов;

- хорошее демпфирование позволяет вести обработку с ударными нагрузками.

Недостатками конструкции являются сложность гидравлической аппаратуры, высокие требования к фильтрации масла и отсутствие самоторможения.

Основное требование к конструкции - обеспечение определенного расположения гайки относительно винта, которое обеспечивается самоустанавливающейся гайкой с центрированием по винту принудительной посадкой или силовым уравновешиванием.

Резьбовая поверхность винтовой пары представляет собой трапецеидальную резьбу с увеличенным в два раза профилем по сравнению со стандартным .

Рисунок 44 - Конструкции гидростатических передач вин гайка станка:

а) с принудительной посадкой;

б) с силовым уравновешиванием

На боковых поверхностях резьбового профиля гайки выполняют карманы, к которым через сверления в гайке подводится смазочная жидкость (рис. 45).

Рисунок 45 - Гидростатическая передача винт – гайка:

1- ходовой винт; 2 - гайка; 3, 8 - канал; 4, 7 - дроссель;

5 - фильтр; 6 - насос; 9, 10 - карман

Независимый подвод жидкости через дроссели к противоположным боковым сторонам профиля резьбы обеспечивает восприятие осевой нагрузки.

Исходные данные для расчета гидростатической винтовой передачи следующие: принятые конструктивные параметры винтовой пары (длина винта, способ установки винта в опорах, приближенные размеры резьбовой поверхности); значения максимальной осевой нагрузки (тяговой силы) на передачу; ряд частот вращения винта (гайки); принятый расчетный эксцентриситет; марка используемой рабочей жидкости (масла).

Длина винта устанавливается по станку базовой модели. Способ установки винта в опорах – по модернизируемому приводу. Для выбора приближенных расчетных размеров резьбовой части передачи рекомендуется использовать экспериментальные данные, приведенные в таблице 18 .

Таблица 18 - Основные параметры гидростатической пары