Технические науки / 3. Отраслевое машиностроение

Дудников В.С., Хорищенко А.А., Некрасов В.Е.

Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара, Украина

ШАРИКОВИНТОВОЙ МЕХАНИЗМ

В различных отраслях народного хозяйства широко используются шариковинтовые механизмы в составе силовых приводов.

Практически в большинстве серийно реализованных шариковинтовых механизмов отечественного и зарубежного производства используется полукруговой профиль канавок на винте и гайке, обеспечивающий в нагруженном состоянии угол давления [1].

В тоже время известно, что нагрузка на шарик обратно пропорциональна угла давления [2], т.е. при увеличении угла давления нагрузка на шарик уменьшается. Уменьшение же нагрузки на шарик способствует уменьшению контактных напряжений и, следовательно, увеличению долговечности.

В работе [3] отмечается, что при угле давления не больше статическая и динамическая прочность гребня канавки полностью удовлетворительная. Поэтому, по нашему мнению, целесообразно увеличить угол давления до .

Для этого предлагается изменить устоявшееся соотношение геометрических размеров элементов гайки и винта без изменения технологии изготовления, а именно, диаметры по дну канавок на гайке и винте соответственно увеличить и уменьшить настолько, что угол давления достигает величины , а глубину канавок увеличить настолько, что угол полураствора канавок достигает величины . Размеры всех остальных элементов конструкции определяются из соотношений (рис. 1, 2)

– радиальный зазор в цепи винт-гайка-шарик; – диаметр по дну канавки гайки;

– диаметр по дну канавки винта;

– внешний диаметр винта;

– внутренний диаметр гайки;

– угол полураствора канавки гайки;

– угол полураствора канавки винта;

– глубина канавки на винте;

– глубина канавки на гайке;

– радиальный зазор между винтом и гайкой;

– осевой зазор,

где – угол давления ();

– диаметр расположения центров шариков (номинальный диаметр механизма);

– диаметр шариков;

– радиус профиля канавки гайки;

– радиус профиля канавки винта.

Шариковинтовой механизм содержит винт 1, гайку 2, шарик 3, которые располагаются в винтовых канавках 4, 5, выполненных соответственно на винте 1 и гайке 2. Канавки 4, 5 имеют в нормальном поперечном сечении форму дуги окружности радиусами и соответственно. При нагружении собранного шариковинтового механизма внешней осевой нагрузкой происходит взаимное осевое смещение гайки и винта до выборки осевого зазора . При этом шарики устанавливаются на диметре и контактируют с беговыми дорожками канавок винта и гайки под углом , передавая под этим углом нагрузку от гайки к винту или наоборот, в зависимости от того, кто из них является ведущим, а кто ведомым звеном в шариковинтовом механизме.

В таблице представлены результаты расчета геометрических параметров винта, гайки, канавок, а также нагрузочной способности и долговечности

Зависимость геометрических параметров, нагрузочной способности и долговечности от угла давления

	3,12	3,12	3,12	3,12	3,12
	3,12	3,12	3,12	3,12	3,12
	6	6	6	6	6
	0,140	0,315	0,355	0,3966	0,438
	69,07	69,157	69,177	69,198	69,219
	56,93	56,842	56,822	56,801	56,781
	61,2	62,5	62,5	62,5	62,5
	63,9	63,5	63,5	63,5	63,5
	80,126	84,64	84,82	85,01	85,21
	71,596	84,65	84,83	85,02	85,21
	2,135	2,829	2,839	2,849	2,859
	2,585	2,829	2,839	2,849	2,859
	1,35	0,5	0,5	0,5	0,5
	1	1,3289	1,366	1,392	1,4088
	1	2,347	2,549	2,701	2,796
	0,183	0,275	0,292	0,308	0,324
	35,126	14,64	9,82	5,01	0,21
	26,596	14,65	9,83	5,02	0,21

Рисунок. 1 – Взаимное положение шариков и беговых дорожек винта и гайки

Рисунок. 2 – Профили и размеры беговых дорожек винта и гайки

для различных значений угла давления в работающей передаче на примере передачи с номинальным диаметром и шагом .

Для сравнения приведены размеры такого же серийно изготовляемого шариковинтового механизма с углом [4]. При имеем , , , , , .

Как видно из таблицы при нагрузка на шарик составляет 75 и 73% соответственно от нагрузки при , что приводит к повышению долговечности в 2,347 и 2,549 раза соответственно. Анализируя , видно, что с учетом размеров пятна контакта шарика с желобами винта и гайки и их технологическим закруглением углы давления не могут быть реализованы.

Предполагаемое изменение соотношения геометрических размеров элементов шариковинтового механизма приводит к существенному увеличению угла давления, нагрузочной способности и долговечности по сравнению с известными в настоящее время и серийно изготавливаемыми конструкциями шариковинтовых механизмов отечественного и зарубежного исполнения с . Предложенные изменения не вызывают никаких технологических трудностей, не требуют изменения отработанных технологических процессов изготовления деталей, т.е. являются технологичными.

Литература

1. Павлов Б.И. Шариковинтовые механизмы в приборостроении. Ленинград. Изд-во «Машиностроение», 1968. – С. 64, табл. 7

2. Веселов Р.С. Детали и механизмы роботов: Основы расчета, конструирования и технологии производства: /Р.С. Веселков, Т.Н. Гонтаровская, В.П. Гонтаровский и др.; Под ред. Б.Б. Самотокина – К.: Вища шк., 1990. – С. 120, формула (2.209).

3. Пясик И.Б. Шариковинтовые механизмы – М.: Машгиз, 1962. – С. 46.

4. СТП 2-0222337-345-85, Детали передачи винт-гайка качения, конструкция и исполнительные размеры. -Взамен СТП 345-77. Дата введения 1985-07-26. -Д.: КБЮ, 1985. – 71 с.