Главная

Выбор и расчет шариковинтовой передачи (ШВП)

Критерии работоспособности и расчета ШВП. Шариковинтовая передача должна удовлетворять следующим критериям работоспособности:

- контактной статической прочности рабочих поверхностей винта, гайки и шариков;

- сопротивлению контактной усталости рабочих поверхностей;

- заданной жесткости;

- статической устойчивости:

- динамической устойчивости;

- прочности стержня винта.

Расчет передачи. В соответствии с основными критериями работоспособности шариковинтовых передач расчет ведут по динамической грузоподъемности для предупреждения усталостного разрушения (выкрашивания рабочих поверхностей) и по статической грузоподъемности для предупреждения пластического деформирования тел и поверхностей качения.

Исходные данные для расчета. Основными исходными параметрами при проектном расчете шариковинтовой передачи являются:

- исполнение (корпусная, бескорпусная);

- тип передачи (с предварительным натягом, с зазором);

- число заходов резьбы (z = 1…3);

- число рабочих витков гайки (i_в = 1…6);

- минимально необходимая жесткость R, Н/мкм);

- требуемый ресурс ( L_h, ч);

- вероятность безотказной работы (Рt, c)

- класс точности по ОСТ 2 РЗ1-4-88;

- твердость рабочих поверхностей (HRCэ);

- ведущий элемент (винт, гайка);

- схема закрепления винта;

- длина неопорной части винта (l, мм);

- коэффициент запаса по частоте вращения (К_в);

- коэффициент трения качения (f_к, мм);

- качество материала деталей передачи (характеристика плавки);

- циклограмма нагружения задаваемая значениями осевой силы F, (Н), частоты вращения n, (мин^-1) и времени работы t_i, (с) на каждом уровне.

Переменный режим может быть представлен общим числом r уровней нагружения. Из них j - число уровней нагружения с ocевыми силами одного (положительного) направления и (r - j) - с осевыми силами противоположного (отрицательного) направления. Условно за положительное можно принять направление действия осевой силы на передачу со стороны левой гайки, за отрицательное - со стороны правой гайки.

Выявление максимальных параметров. Из числа заданных в циклограмме нагружения выявляют наибольшую:

- силу (по абсолютной величине), Н,

F_max = |F_imax|, (1)

- частоту вращения, мин^-1,

n_max= n_imax. (2)

Определение корректирующих коэффициентов. Влияние точности изготовления передачи учитывают введением в расчетные формулы коэффициентов К_т, K_т0, К_тR(табл. 16).

При выполнении расчетов для вероятности Р_tбезотказной работы более 90% вводят коэффициент К_р (табл. 17).

Обычно применяют одноконтурную (z = 1) трехвитковую гайку: i_в = 3. Для передач с другим числом рабочих витков вводят в расчет коэффициенты K_i, K_i0 учета числа нитков гайки (табл. 18).

Такие параметры передачи, как грузоподъемность и жесткость, указаны в стандарте для ШВП с трехвитковыми гайками. При числе витков 1, 2, 4, 5 и 6 значения динамической грузоподъемности должны быть уменьшены в К_i раз, а значения статической грузоподъемности и осевой жесткости - в К_i0 раз.

Снижение динамической и статической грузоподъемности с уменьшением твердости поверхности качения ниже 61HRCэ учитывают соответственно коэффициентами К_Н и К_Н0, значения которых вычисляют по формулам [4]:

К_Н = (HRCэ/61)³; K_H0 = (HRCэ/61)^4,4.

Влияние качества материала деталей передачи ни сопротивление контактной усталости учитывают введением коэффициента K_м. Обычно K_м = 1, но при изготовлении ШВП из высококачественных сталей, полученных электрошлаковым или вакуумным переплавом, принимают Км равным 1,4 и 1,7 соответственно.

Таким образом, корректирующие коэффициенты К и K₀ для вычисления расчетных значений соответственно динамической и статической грузоподъемности

К = K_тK_pK_HK_м / К_i;

K₀ = К_т0K_H0 / K_i0.

16. Значения коэффициентов точности К_т, К_т0, К_тR

Коэффициент	Класс точности по ОСТ 2 РЗ1-4-88
	П1,Т1	П3, Т3	П5, Т5	П7,Т7	Т9	Т10
Кт Кт0 КтR	1,0 1,0 1,2	0,98 0,95 1,1	0,95 0,9 1,0	0,9 0,85 0,95	0,85 0,8 -	0,8 0,7 -

17. Значения коэффициента К_р

Вероятность безотказной работы, %	90	95	96	97	98	99	99,5	99,9
Кр	1,0	0,85	0,8	0,75	0,68	0,57	0,46	0,25

18. Значения коэффициентов К_i, K_i0

Коэффициент	Число витков гайки
	1	2	3	4	5	6
Ki Ki0	2,57 3,0	1,42 1,5	1,0 1,0	0,78 0,75	0,64 0,6	0,55 0,5

Предварительный выбор типоразмера ШВП. С целью ускорения выбора типоразмера ШВП из числа стандартных можно использовать следующие рекомендации.

Для передачи с натягом минимально необходимая базовая динамическая грузоподъемность из условия сохранения натяга и достижения требуемой жесткости

С_аmin= l,25F_max / К.

Для передачи с зазором минимально необходимая базовая статическая грузоподъемность из условия обеспечения статической прочности

C_0amin= F_max / K₀.

По таблицам стандарта отыскивают типоразмер, удовлетворяющий условию:

для передач с натягом С_а ≥ C_amin;

для передач с зазором С_0а ≥ С_0amin.

Выбирают по табл. 12, 3 и 4 для выбранного типоразмера ШВП значения:

d₀ - номинальный диаметр, мм;

Р - шаг, мм;

D_w - диаметр шарика, мм;

С_а - базовая динамическая грузоподъемность, Н;

C_0а - базовая статическая грузоподъемность, Н.

Вычисляют значения скорректированной динамической С_ар и скорректированной статической C_0ap грузоподъемности:

С_ар = КС_а и С_0ар = K₀C_0а. (3)

Для передачи с натягом выполняют оценку выбранного типоразмера передачи по возможной силе F_нат предварительного натяга и максимально достижимой жесткости R_mах.

Чтобы в процессе работы не произошло полной разгрузки нерабочей гайки, силу F_нaт (H) предварительного натяга назначают равной

F_нат = (0,1…0,2) С_ap

при условии

F_нат ≥ 0,25F_max.

Максимально достижимая жесткость выбранного типоразмера ШВП при силе предварительного натяга F_нат = 0,2С_ар [4]:

где K_z - коэффициент, учитывающий неполноту рабочего витка вследствие наличия шариков в перепускном канале,

Если жесткость R_mах меньше заданной R в исходных данных, то нужно перейти на следующий типоразмер передачи с большим значением динамической грузоподъемности.

Если по предварительной оценке получен положительный результат (R_mах ≥ R), то вычисляют фактическую жесткость передачи, Н/мкм:

При этом изменяют силу предварительного натяга в рекомендуемых пределах [F_нат = (0,1...0,2) С_ар] до выполнения условия обеспечения требуемой жесткости:

R_фак ≥ R

Вычисление эквивалентной нагрузки. При эксплуатации на ШВП воздействуют различные осевые силы, отличающиеся значением, направлением, временем действия при различных частотах вращения.

Под эквивалентной динамической нагрузкой ШВП понимают такую постоянную осевую силу, при действии которой долговечность передачи будет такой же, как при реальных условиях нагружения.

Методика определения эквивалентной нагрузки приведена в ОСТ 2 РЗ1-5-89.

---

email: KarimovI@rambler.ru

Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21

Теоретическая механика Сопротивление материалов

Прикладная механика Строительная механика Теория машин и механизмов

00:00:00